通用技术学案5（课本P148-P160）

通用技术学案5
1. 结构的类型
根据物体的结构形态，通常将结构分为实体结构、框架结构和壳体结构。
结构类型 概 念 受力特点 举 例
实体结构 结构体本身是实心的结构 外力分布在整个体积中 实心墙、大坝
框架结构 结构体由细长的构件组成的结构 支撑空间而不充满空间 铁架塔、建筑用的脚手架
壳体结构 结构体是层状的结构 外力作用在结构体的表面上 贝壳、头盔
2. 结构与力
结构：从力学角度界定，结构是指可承受一定应力的架构形态，结构可以抵御能引起形状和大小改变的力。
构件：一个较复杂的结构由许多不同的部分组成，这些组成部分通常称为构件。
内力：当一个结构受到外力作用时,内部各质点之间的相互作用会发生改变，产生一种抵抗的力，称为内力。
应力：构件的单位横截面上所产生的内力。 应力达到某一极限值时，结构就会遭到破坏。用公式表示应力为
σ= F/s, 其中, F是内力, S是受力面积, σ是应力。
构件的基本受力形式：拉力、压力、剪切力、扭转力、弯曲力。
受力形式 概 念
拉力 物体所承受的拉拽力
压力 挤压物体的力
剪切力 两个距离很近,大小相等,方向相反,且作用于同一物体上的平行力
扭转力 反方向向物体两端均匀施力,使物体发生扭转形变的力
弯曲力 作用于物体,使它产生弯曲的力
3．结构与稳定性
1）结构的稳定性：是指结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。(例：跨栏在跑步中被碰倒)
2）影响结构稳定性的主要因素：重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小、结构的形状等。
重心位置的高低：结构的重心越低，结构越稳定。例如，独脚茶几的高度设计的比较低，底座采用较重的材料，台面采用比底座轻的材料，使茶几的重心降低，以提高稳定性。
结构与地面接触所形成的支撑面的大小：结构的底座越大，结构越稳定。例如，建筑、桥梁这类大型的固定结构，底座越大越坚实，稳定性越好。
结构的形状：例如，不在同一直线上的三条腿的板凳就比两条腿的板凳稳定性好。
材料也是影响结构稳定性的因素。例如，汽车的车体采用壳体结构和薄钢板制造，壳体结构可以将结构表面所受到的力分散，薄钢板使车体的质量较轻。
4．结构与强度
1）结构的强度：是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。（例：地震中楼房的倒塌）
2）影响结构强度的主要原因：结构的形状、使用的材料、构件之间的连接方式等。
结构的形状：一是结构的外部形状，二是结构的构件截面形状。
三角形是框架结构中最基本的形状之一，它结实、稳定，所用材料最少。
构件使用的材料：不同材料构成的结构强度各不相同。如一根两端被托起的梁，它的下部经受拉力，上部经受压力。一个坚固的梁的材料必须具有好的抗拉力、压力、剪切力和扭曲力的性能，所以梁通常由不止一种材料制成。如一根混凝土梁含有加固钢筋，混凝土擅长抗压力，而钢筋擅长抗拉力，他们共同形成了非常牢固的结构。
构件之间的连接方式常见的有两类：
铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动，具体有松螺栓、松铆等，如折叠伞伞骨间的连接、门与门框的连接等。
刚连接：被连接的构件在连接处既不能相对移动又不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接、铆接、螺接等，如固定铁床间的连接、不可移动的桌腿与桌面的连接等。
5、结构设计
1）设计的目标及要求：结构设计应以一种或几种功能的实现为基本目标，应满足设计规范，满足使用者的基本需要。
2）结构设计应考虑的主要因素有：符合使用者对设计对象的稳定性和强度要求，安全因素，公众和使用者的审美需求，使用者的个性化需要，对设计对象的成本控制要求和一定的使用寿命等。
3）在工程的结构设计中，应考虑结构的安全性、适用性和耐久性。在考虑结构的稳定性和强度，使结构在规定的条件下和规定的使用期限内，能实现一定的功能的同时，还要考虑经济因素，如做到用料省、成本低等，也就是说，力求以最低的成本使所建造的结构达到预定的要求。
4）不同的结构设计，应考虑的因素各有侧重，但无论在哪一类用途的结构设计中，安全都是至关重要的因素。
5）在结构设计中还有一些需要考虑的因素，如材料、民俗文化、地域特点等，还可以引导学生思考是否还有其他需要考虑的因素。
6、经典结构设计的欣赏
1）技术的角度：结构使用功能的实现、结构的稳固耐用、结构造型设计的创意和表现力、材料使用的合理性、工艺制造的精美程度等。
2）文化的角度：结构的文化寓意与传达、公众认可的美学原则、反映的时代，民族，习俗方面的特征、结构的个性特征等。
巩固提高
1．下图中，吊兰的支撑架承受__________力，桥墩承受来自桥面及桥上负载的_________力，两端被托住的桥梁受_____________力，大坝承受______________力。
2.观察学校的篮球架，并思考：篮球架要有较高的稳定性，需具备哪些条件？
4、设计一个简易的壁挂书架，综合考虑它的稳定性和强度，并选择合适的材料加以制作。
5、2004年5月23日，巴黎戴高乐机场2E候机厅顶棚发生坍塌事故，造成包括两名中国公民在内的4人死亡，3人受伤。事后法国戴高乐机场2E候机厅坍塌事故专门调查委员会15日公布调查报告认为：由于最初的安全准备不足，顶棚处于“濒临死亡”状态，虽然支撑了一段时间，但抵抗外力的能力却逐渐减弱。一系列结构上的问题使顶棚抗外力强度逐渐受损，最终导致结构坍塌。
调查委员会还指出该建筑的一些缺陷：钢筋混凝土骨架强度不够或定位不好、缺乏当某一局部构件出现问题时向其他区域分散压力的可能性、连接水泥顶棚和下层玻璃的承梁抗击外力的能力不足等。
调查报告分析认为，由于顶棚的抗外力强度不断减弱乃至消失，在某些因素的触发下，顶棚就会发生坍塌。调查委员会认为，事故有两个可能的触发因素。其中一个是气温，事故发生那天早晨的气温是4.1摄氏度，为当月最低温度。另一个因素是顶棚支柱的卡箍松弛。
请你从上述案例分析影响结构稳定性的原因是什么？以及结构的稳定性在工程技术设计中的重要性。
构件的横截面形状
功能
成本
强度
人的个性化需要
寿命
安全
稳定性
美观
……
结构设计