技术与设计2--结构与设计

蜂巢•蜂巢的结构精巧又美观•蜂巢的结构用材最少，容积最大•蜂房是六角形的，0.073毫米的巢壁，蜂房微微向内倾斜，排列成行，但彼此嵌合得天衣无缝，构成一个整体，牢固无比。重40克的蜂房，却能容纳2000克蜜蜂。科罗拉多大峡谷1.无处不在的结构吉隆坡双子大厦白金汉宫克里姆林宫故宫布达拉宫长城赵州桥埃菲尔铁塔卢浮宫•看了以上精妙绝伦的建筑，我们不禁为设计师们精彩的设计艺术而感叹！•大家也注意到这些建筑使用的材料没什么特殊，却千姿百态，风格迥异，它们在设计上有什么不同？•主要是结构不同。•那么，什么是结构呢？•结构（structure)：是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。•世界上任何事物都存在结构,结构多种多样且决定着事物存在的性质。石墨与金刚石金刚石石墨苍耳子植物形态一年生草本，三角状卵形，先端锐尖，基部心形。边缘有缺刻或3～5浅裂，有不规则粗锯齿，两面有粗毛；头状花序顶生或腋生，雌雄同株，雄花序在上，球形，花冠筒状，5齿裂；雌花序在下，卵圆形，外面有钩刺和短毛。花期7～10月，果期8～11月。生于荒地、山坡等干燥向阳处。分布于全国各地。案例1与尼龙搭扣案例2人类飞翔的梦想源于展翅高飞的鸟，鸟因为有它自由流畅的体形和翅膀结构，飞机原型源于飞鸟形体结构的仿生。鹰眼与导弹跟踪系统马上行动在生产生活中那些产品的结构是受到自然物体的结构的启发而产生的?请阅读P4魁斗克大桥的坍塌•结构与力•从力学角度来说，结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。•每个物体都有它的特定的架构形态，这种架构形态体现着它的结构。•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。如自行车的车轮，它是由辐条、轮胎、车圈、气门等构件组成的。2.构件的受力形式受拉受剪切受弯曲受扭转受压1.受拉2.受压3.受剪切4.受扭转5.受弯曲3.请连线，把左右对应的项目连接起来：A.构件承受使之产生弯曲的力B.构件承受两个矩离很近、大小相等、方向相反的平行力C.构件承受使之被挤压的力D.构件承受拉拽力E.构件两端承受方向相反的均匀的力，使它发生扭转形变马上行动结构的类型实体结构框架结构壳体结构结构的类型组合结构实体结构结构体是实心的。受力情况：外力分布在整个体积中。举例：实心墙、实心柱、实心球、大坝。•框架结构：由细长的构体组成。支撑空间而不充满空间。可以承受压力和拉力受力情况：空间框架体。如铁塔架，脚手架，建筑框架体。壳体结构受力特点：外力作用在结构体的表面上。特别是当顶部受到压力时，它能将力均匀扩散。•经典壳体建筑欣赏。悉尼歌剧院•壳体结构：经典壳体建筑欣赏。广州新体育馆国家大剧院练习：当出现交通事故时，摩托车手的头盔是如何避免外力对头骨的撞击的？参考：摩托车手头盔的某一部位受到一个大的撞击力，由于头盔的壳体结构，使得所受力迅速分布到其表面，形成整个头盔表面均匀受力，而不是某一点受很大的力……动动脑找一找1、栅栏２、圆形陶瓷装饰品３、冰山４、高层建筑的穹顶５、钢化玻璃锅盖６、竹排７、汽车外壳８、人的头盖骨９、埃菲尔铁塔１0、头盔11、大坝3111675481092实体结构：框架结构：壳体结构：组合结构：翻倒的自行车风中摇坠的行人二、稳固结构的探析1、结构与稳定性2、结构与强度3、结构与功能思考：同样在台风的破坏下，为什么有一些树、房子或广告牌等被刮倒，而其它的却稳如泰山一点都不受台风影响呢？结构的稳定性：是指结构在荷载的作用下，维持原有平衡状态的能力。这是结构的重要性质之一。1.什么叫做结构的稳定性？在建筑中必须考虑到结构的稳定性。在日常生活设计产品时也要考虑到结构的稳定性。2.影响结构稳定性的主要因素比萨斜塔“斜而不倒”影响结构稳定性的主要因素•结论1：•结构的稳定性与重心的位置的高低有关。问题：你是如何理解支撑面和接触面的呢？请你说说图1~3中那个椅子最稳定？对支撑面而言，说说在图1~3中哪个最大哪个最小？图1图2图3•结论2：•结构的稳定性与结构与地面接触所形成的支撑面的大小有关。•结论2：结构的重心落在支撑面内。静态自行车•结论3：结构的稳定性与结构的形状有关。问题：三角形和四边形那个结构最稳定？你能说出生活中应用三角型稳定性的事例吗？相机支撑架•结论3：结构的稳定性与结构的形状有关。桁架3.结构稳定性的应用例如在地震多发地区，人们将酒瓶之类的物体倒置在地上，利用这一不稳定的结构实现感知地震的功能。一方面人们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载。另一方面人们又利用不稳定的结构实现某些功能。2结构与强度结构的强度是指结构具有抵抗被外力破坏的能力。海啸大坝拔河：绳子的强度结构强度与稳定性的区别稳定性：指在外力的作用下不容易翻倒强度：指在外力的作用下结构体本身不容易遭到破坏影响结构强度的主要因素一、结构的形状三角形是框架结构最基本的形状之一，结实、稳定、材料最少。在四边形、六边形构件中，加上三角形支撑件，就可大大增加构件的牢固程度。1、结构的外部形状影响结构强度的主要因素一、结构的形状2、结构的构件横截面形状不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样的。金刚石分子为四面体，每个四面体有四个角、四个面，且每个面为三角形。二、使用的材料结构的强度与材料有关纸杯钢杯塑料杯三、构件之间的连接方式铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但能相对转动。铰连接刚连接刚连接：被连接的构件在连接处既不能相对移动，也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。榫接胶接焊接影响结构强度的主要因素结构的强度与结构的形状、使用的材料、构件之间的连接方式等因素有密切的关系。结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的功能和作用产生着直接影响，结构的改变可能导致功能的变化。结构与功能结构的改变导致功能的改变结构决定着事物的性质，也直接影响事物的功能结构设计个性化需求强度功能成本安全寿命稳定性美观其他结构设计的目标和主要因素赏析结构设计作品，可从技术与文化两个角度进行。技术角度：使用功能、稳固耐用、造型设计的创意和表现力、材料合理性、工艺精湛程度等。文化角度：文化寓意与传达，美学原则，反映时代、民族、习俗方面特征，个性特征等。课堂小结一、结构的类型三、结构强度：结构具有的抵抗被外力破坏的能力。影响结构强度的因素：1.材料2.形状3.连接方式铰连接刚连接实体结构壳体结构框架结构二、结构稳定性：是指结构在荷载的作用下，维持原有平衡状态的能力。影响结构稳定性的因素：1.重心的位置的高低2.结构与地面接触所形成的支撑面的大小。结构重心落在支撑面内。3.结构的形状小试身手•1、吊兰支撑架使用三角形支架结构，而不用由一根直杆挑起的结构，这说明以下哪个因素（）影响着结构强度？A．材料B．形状C．构件D．连接方式B•2、分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物，竹竿比脆性塑料杆能挂更多重物而不会断裂，说明在这个试验中影响结构的强度主要是：（）A．材料B．结构的形状C．构件横截面形状D．构件的连接方式A•3、某些支撑阳台的梁做成如下图所示形状，这主要是出于对（）的考虑。A．美观B．强度C．安装D．稳定性墙体台面挑梁B•4、使用A字形（人字）梯，往往在梯子中间用一根拉杆或绳子固定，其主要目的是（）A．增加梯子强度B．减小人对梯子的压力C．增加梯子的稳定性D．促使梯子美观C如图所示，某村庄旁边的小河上原有一座限重1.5吨的简易梁式桥。桥下的河水较浅，不能通航。现在由于经济的发展．运输量有了极大的增加．必须使桥梁的承重能力加以提高。但是又不能把桥拆掉后重新再建．因为这是该村唯一的公路桥。那么我们应该如何进行改进，设计出符合要求的桥梁结构呢?请同学们设计出3种以上的改良方案。技术分析:你能帮帮我吗？选择合适的材料制作斜拉索，并在桥两侧安装足够强度的立柱。由于小河不能通航，所以可以增加一个或几个桥墩来加大承重。在桥面下增加拱形结构，在不影响桥面通行的情况下，可以增加桥梁的承重。在桥的两侧增加钢制的三角形桁架结构。