1、三三 简单结构的设计简单结构的设计 在我们的日常生产生活中，如果没有丰富在我们的日常生产生活中，如果没有丰富的结构设计，我们的生活就会单调而乏味；的结构设计，我们的生活就会单调而乏味；如果没有丰富的结构设计，我们的生活会黯如果没有丰富的结构设计，我们的生活会黯淡无光；如果没有丰富的结构设计，我们将淡无光；如果没有丰富的结构设计，我们将生活在没有色彩的世界里。因此，结构设计生活在没有色彩的世界里。因此，结构设计对我们的日常生产生活起着极其重要的作用。对我们的日常生产生活起着极其重要的作用。1.1.结构设计的目标及要求结构设计的目标及要求以一种或几种以一种或几种功能功能的实现的实现为基本目标，为基
2、本目标，应满足设计应满足设计规范规范，满足使用者的满足使用者的基本需求基本需求。例：例：儿童自儿童自行车行车的结构的结构设计设计代步、代步、锻炼手脚锻炼手脚链轮和链条不可裸露链轮和链条不可裸露车把车闸内距不超车把车闸内距不超6cm6cm，外距不超，外距不超8cm8cm功能功能基本需求基本需求规范规范外形、色彩外形、色彩等等商业建筑设计商业建筑设计规范规范商店营业厅的商店营业厅的出入门、安全门出入门、安全门净宽度不应净宽度不应小于小于1.40m1.40m，不应设置门槛。，不应设置门槛。营业部分的公用营业部分的公用楼梯、坡道楼梯、坡道应符合下列规应符合下列规定：定：（1 1）室内楼梯）室内楼梯（2
3、 2）室外台阶）室外台阶（3 3）轮椅使用的坡道）轮椅使用的坡道 一项产品在结构设计时不仅要考虑其功能或目标的实现，还应注意产品结构设计的国家标准和规范要求。v【马上行动】列举你所知道或听说过的关于结构设计类的国家标准或规范。生活中：。工农业生产中：。铅笔的设计标准、饮料包装盒的食品安全标志等 儿童玩具安全规范、药品名称规范等 桥功能问题桥功能问题桥功能问题桥功能问题桥功能问题桥功能问题桥功能问题桥功能问题成本问题成本问题安全问题安全问题美观问题美观问题2.2.结构设计应考虑的主要因素结构设计应考虑的主要因素(观察观察:桥梁桥梁结构设计所考虑的因素结构设计所考虑的因素!)!)强度强度稳定性稳定
4、性美观美观安全安全寿命寿命等等个性化需要个性化需要功能功能成本成本结构结构设计设计v【案例分析】户外广告牌结构设计中的抗风问题【案例分析】户外广告牌结构设计中的抗风问题 在户外广告牌的结构设计中，应该考虑其抗风性能，以减小在户外广告牌的结构设计中，应该考虑其抗风性能，以减小正面风的压力。请你就户外广告牌设计中的抗风问题，提出正面风的压力。请你就户外广告牌设计中的抗风问题，提出两种以上可行的方案两种以上可行的方案设计方案设计方案内容内容实现的方式、方法、途径实现的方式、方法、途径方案方案1方案方案2方案方案3增加结构的强度增加结构的强度加固支撑架、连接点加固支撑架、连接点减小受力面积减小受力面积
5、采用通风孔采用通风孔改变结构形状改变结构形状采用立体环绕采用立体环绕3 简单结构的设计案例简单结构的设计案例斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔型斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔型式有式有A型、倒型、倒Y型、型、H型、独柱，材料有钢和混型、独柱，材料有钢和混凝土的。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜凝土的。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面等。索面等。世界首座弧形钢塔斜拉桥南京建成通车世界首座弧形钢塔斜拉桥南京建成通车 07年年5月月13日
6、，法国马拉松赛参日，法国马拉松赛参赛者在世界最高斜拉桥上飞奔。赛者在世界最高斜拉桥上飞奔。该桥横跨法国南部城镇密佑附近该桥横跨法国南部城镇密佑附近的塔恩河上的山谷的塔恩河上的山谷,高高343米，甚米，甚至高过了埃菲尔铁塔而且仅仅比至高过了埃菲尔铁塔而且仅仅比帝国大厦低帝国大厦低38米，堪称世界最壮米，堪称世界最壮观的公路桥。密佑高架桥长观的公路桥。密佑高架桥长2460米，整个结构耗费钢材米，整个结构耗费钢材36000吨，占大桥重量的四分之吨，占大桥重量的四分之一，其他部分是用混凝土建造的。一，其他部分是用混凝土建造的。杭州湾大桥的设计方案杭州湾大桥的设计方案杭州钱江大桥结构杭州钱江大桥结构 多
7、瑙河桥多瑙河桥是跨越是跨越多瑙河的一座多瑙河的一座混混凝土斜拉桥凝土斜拉桥，全，全长长406m406m，通航，通航孔孔177m177m，截面，截面采用具有较好的采用具有较好的抗风和抗震性能抗风和抗震性能的箱形截面。的箱形截面。著名桥梁设计著名桥梁设计稳定性稳定性 强度强度 成本成本 功能功能 美观美观 个性化需要个性化需要 寿命寿命 安全等安全等 福斯湾悬臂钢福斯湾悬臂钢桁桁架桥架桥位于英国苏位于英国苏格兰东海岸，为格兰东海岸，为1919世纪末期世界世纪末期世界上最大的上最大的双线铁双线铁路、悬臂刚路、悬臂刚桁架桁架桥桥，该桥，该桥1883年年开工，开工，1889年竣年竣工。工。著名桥梁设计著
8、名桥梁设计稳定性稳定性 强度强度 成本成本 功能功能 美观美观 个性化需要个性化需要 寿命寿命 安全等安全等 著名桥梁设计著名桥梁设计稳定性稳定性 强度强度 成本成本 功能功能 美观美观 个性化需要个性化需要 寿命寿命 安全等安全等高明桥高明桥是一跨是一跨越西江的大型越西江的大型公路桥，主通公路桥，主通航孔采用中承航孔采用中承式钢管混凝土式钢管混凝土拱，引桥系钢拱，引桥系钢筋混凝土肋拱，筋混凝土肋拱，属于属于弓形拱桥弓形拱桥。著名桥梁设计著名桥梁设计稳定性稳定性 强度强度 成本成本 功能功能 美观美观 个性化需要个性化需要 寿命寿命 安全等安全等维拉札诺桥维拉札诺桥位位于美国纽约，于美国纽约，
9、是跨越维拉札是跨越维拉札诺海峡的双层诺海峡的双层公路悬索桥。公路悬索桥。双面悬索双面悬索，每，每面均为双索面均为双索工艺品设计工艺品设计稳定性稳定性 强度强度 成本成本 功能功能 美观美观 个性化需要个性化需要 寿命寿命 安全等安全等4.4.案例案例:简易相片架的设计简易相片架的设计（1 1）设计要求：）设计要求：（2 2）设计分析：）设计分析：（3 3）设计准备：）设计准备：（4 4）设计方案：）设计方案：稳定性稳定性 强度强度 成本成本 功能功能 美观美观 个性化需要个性化需要 寿命寿命 安全安全等等相框相框的设计的设计支架支架设计设计相框与支架的相框与支架的连接连接相片架设计方案相片架设
10、计方案A A方案方案B B方案方案C C创意相框设计创意相框设计创意相框设计创意相框设计结构设计的目标和主要因素 结构设计以一种或几种结构设计以一种或几种功能的实现功能的实现为基为基本目标，应满足本目标，应满足设计规范设计规范，满足使用者的，满足使用者的基基本需求本需求。主要因素：主要因素：稳定性、强度、安全因素、稳定性、强度、安全因素、审美需求、个性需要、成本、使用寿命审美需求、个性需要、成本、使用寿命等等等等 优秀的结构设计不仅表现在结构的优秀的结构设计不仅表现在结构的实用功能实用功能上上,也表现在也表现在形式形式上上,特别是特别是功能功能与形式与形式 的统一的统一上。古今中外许多能工巧上
11、。古今中外许多能工巧匠把结构的功能与形式恰当地结合起来匠把结构的功能与形式恰当地结合起来,形成了一些经典的结构。形成了一些经典的结构。如何赏析结构设计作品？如何赏析结构设计作品？赏析结构设计作品赏析结构设计作品,可从可从技术技术与与文化文化两个角度进行。两个角度进行。（1）技术的角度技术的角度主要有：结构功能、稳固耐用、主要有：结构功能、稳固耐用、造型设计的创意和表现力、材料使用的合理性，造型设计的创意和表现力、材料使用的合理性，工艺制造的精湛程度等。工艺制造的精湛程度等。（2）文化的角度文化的角度主要有：文化寓意与传达，公众主要有：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
12、面认可的美学原则，反映的时代、民族、习俗方面的特征、结构的个性特征等。的特征、结构的个性特征等。阅读：课本阅读：课本3030页案例分析页案例分析赵州桥赵州桥 赵州桥又名安济桥，建于隋大业赵州桥又名安济桥，建于隋大业(公元公元605-618)605-618)年间，是著名匠师李春建造。桥长年间，是著名匠师李春建造。桥长64.4064.40米，跨径米，跨径37.0237.02米，是当今世界上跨径最大、建造最早的单米，是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。因桥两端肩部各有二个小孔，不孔敞肩型石拱桥。因桥两端肩部各有二个小孔，不是实的，故称敞肩型，这是世界造桥史的一个创造是实的，故称敞肩型，
13、这是世界造桥史的一个创造（没有小拱的称为满肩或实肩型）。赵州桥距今已（没有小拱的称为满肩或实肩型）。赵州桥距今已14001400年，经历了年，经历了1010次水灾，次水灾，8 8次战乱和多次地震，次战乱和多次地震，特别是特别是19661966年邢台发生的年邢台发生的7.67.6级地震，邢台距这里级地震，邢台距这里有有4040多公里，这里也有四点几级地震，赵州桥都没多公里，这里也有四点几级地震，赵州桥都没有被破坏，著名桥梁专家茅以升说，先不管桥的内有被破坏，著名桥梁专家茅以升说，先不管桥的内部结构，仅就它能够存在部结构，仅就它能够存在14001400多年就说明了一切。多年就说明了一切。19631
14、963年的水灾大水淹到桥拱的龙嘴处，据当地的老年的水灾大水淹到桥拱的龙嘴处，据当地的老人说，站在桥上都能感觉桥身很大的晃动。据记载，人说，站在桥上都能感觉桥身很大的晃动。据记载，赵州桥自建成至今共修缮赵州桥自建成至今共修缮8 8次。次。饕餮饕餮,最贪吃最贪吃,能吃能喝能吃能喝,常饰于鼎的盖子常饰于鼎的盖子上。因它能喝水上。因它能喝水,几乎在古代桥梁外侧正中都几乎在古代桥梁外侧正中都能见到能见到,防止大水将桥淹没。防止大水将桥淹没。赵州桥赵州桥栏板上的饕餮栏板上的饕餮(仿隋朝栏板）仿隋朝栏板）1991 1991年年9 9月，赵州桥被美国土木工程师学会选定月，赵州桥被美国土木工程师学会选定取为第十
15、二个取为第十二个“国际土木工程里程碑国际土木工程里程碑”，并在桥北，并在桥北端东侧建造了端东侧建造了“国际土木工程历史古迹国际土木工程历史古迹”铜牌纪念铜牌纪念碑。碑。案例分析：案例分析：飞檐、斗拱飞檐、斗拱 （课本（课本3131页）页）飞檐飞檐5层，从层，从楼的纵向看各层楼的纵向看各层排檐与楼名直接排檐与楼名直接有关，形如黄鹤，有关，形如黄鹤，展翅欲飞。整座展翅欲飞。整座楼的雄浑之中又楼的雄浑之中又不失精巧，富于不失精巧，富于变化的韵味和美变化的韵味和美感。感。黄鹤楼黄鹤楼斗拱斗拱 斗拱是中国木构架斗拱是中国木构架建筑特有的结构构件，建筑特有的结构构件，在结构上挑出承重，并在结构上挑出承重，
16、并将屋顶的大面积荷载经将屋顶的大面积荷载经斗拱传递到柱上。它有斗拱传递到柱上。它有一定的装饰作用，又是一定的装饰作用，又是屋顶和屋身的过渡。此屋顶和屋身的过渡。此外，它还是封建社会森外，它还是封建社会森严的等级制度的象征和严的等级制度的象征和重要的建筑尺度衡量标重要的建筑尺度衡量标准。斗拱一般使用在高准。斗拱一般使用在高级的官式建筑中，称为级的官式建筑中，称为大式建筑。因为斗拱的大式建筑。因为斗拱的重要性，历代建筑对它重要性，历代建筑对它十分重视，使它成为判十分重视，使它成为判断建筑时代的重要标志断建筑时代的重要标志之一。之一。释迦木塔位于应县城内西释迦木塔位于应县城内西北佛宫寺内，俗称应县木
17、塔。北佛宫寺内，俗称应县木塔。建于辽清宁二年（公元建于辽清宁二年（公元1056年），金明昌六年（公元年），金明昌六年（公元1195年）增修完毕。是我国现存最年）增修完毕。是我国现存最高最古的一座木构塔式建筑。高最古的一座木构塔式建筑。为全国重点文物保护单位。为全国重点文物保护单位。应县木塔的设计，广泛采应县木塔的设计，广泛采用斗拱结构，全塔共用斗拱用斗拱结构，全塔共用斗拱54种，每个斗拱都有一定的组合种，每个斗拱都有一定的组合形式，设计科学严密，构造完形式，设计科学严密，构造完美，巧夺天工，是一座既有民美，巧夺天工，是一座既有民族风格、民族特点，又符合宗族风格、民族特点，又符合宗教要求的建筑，
18、在我国古代建教要求的建筑，在我国古代建筑艺术中可以说达到了最高水筑艺术中可以说达到了最高水平，即使现在也有较高的研究平，即使现在也有较高的研究价值。价值。应县木塔应县木塔太和殿俗称太和殿俗称“金銮殿金銮殿”，殿高，殿高35.05米，为重檐庑殿式，面积米，为重檐庑殿式，面积2,377平方米平方米,共共55门门,72根大柱根大柱,其中其中6根是缠龙金柱根是缠龙金柱,是宫中最高大是宫中最高大的建筑的建筑 中和殿。在太和殿举行大典时，皇帝先到中和殿稍事休息，中和殿。在太和殿举行大典时，皇帝先到中和殿稍事休息，更衣后再到太和殿。更衣后再到太和殿。保和殿。每年除夕，清代皇帝在保和殿举行宴会，赐宴外藩、蒙保
19、和殿。每年除夕，清代皇帝在保和殿举行宴会，赐宴外藩、蒙古王及文武大臣。这里也是考状元的地方，殿试由皇帝亲自命题，古王及文武大臣。这里也是考状元的地方，殿试由皇帝亲自命题，前十名的卷子还要由皇帝亲自阅看，前三名分别为状元、榜眼、前十名的卷子还要由皇帝亲自阅看，前三名分别为状元、榜眼、探花，赐进士及第。探花，赐进士及第。重脊的顶端为骑凤仙人，后面依次排列鴟吻重脊的顶端为骑凤仙人，后面依次排列鴟吻(音吃吻，音吃吻，龙的九子龙的九子 之一之一)、狮子、天马、海马、狻猊、狎鱼、獬豸、斗牛、行什。装、狮子、天马、海马、狻猊、狎鱼、獬豸、斗牛、行什。装饰物越多，建筑等级越高。太和殿是我国唯一有十个饰物的建筑
20、。饰物越多，建筑等级越高。太和殿是我国唯一有十个饰物的建筑。中国古建筑以中国古建筑以木材、砖瓦木材、砖瓦为主要建筑材料，以木为主要建筑材料，以木构架结构为主要的结构方式。此结构方式，由立柱、构架结构为主要的结构方式。此结构方式，由立柱、横梁、顺檩等主要构件建造而成，各个构件之间的结横梁、顺檩等主要构件建造而成，各个构件之间的结点以榫卯相吻合，构成富有弹性的框架。木构架结构点以榫卯相吻合，构成富有弹性的框架。木构架结构有很多优点。首先，承重与围护结构分工明确，屋顶有很多优点。首先，承重与围护结构分工明确，屋顶重力由木构架来承担，外墙起遮挡阳光、隔热防寒的重力由木构架来承担，外墙起遮挡阳光、隔热防
21、寒的作用，内墙起分割室内空间的作用。由于墙壁不承重，作用，内墙起分割室内空间的作用。由于墙壁不承重，这种结构赋予建筑物以极大的灵活性。其次，有利于这种结构赋予建筑物以极大的灵活性。其次，有利于防震、抗震。木构架结构很类似今天的框架结构，由防震、抗震。木构架结构很类似今天的框架结构，由于木材具有的特性，且构架的结构所用斗拱和榫卯又于木材具有的特性，且构架的结构所用斗拱和榫卯又都有若干伸缩余地，因此在一定限度内可减少由地震都有若干伸缩余地，因此在一定限度内可减少由地震对这种构架所引起的危害。对这种构架所引起的危害。“墙倒屋不塌墙倒屋不塌”形象地表形象地表达了这种结构的特点。达了这种结构的特点。中国
22、古代建筑的特点中国古代建筑的特点 阅读：案例分析阅读：案例分析 蛋形椅（课本蛋形椅（课本3232页）页）阿纳阿纳 雅格布森被认为是雅格布森被认为是2020世纪世纪丹麦最有成就的建筑师，室内设计师，丹麦最有成就的建筑师，室内设计师，家具设计师和手工艺品设计师，也是家具设计师和手工艺品设计师，也是仅有的几个将自己的名字镌刻在建筑仅有的几个将自己的名字镌刻在建筑与设计这两个领域历史里的设计师。与设计这两个领域历史里的设计师。他的作品不仅是博物馆中的经典藏他的作品不仅是博物馆中的经典藏品，更成为丹麦人日常生活中不可缺品，更成为丹麦人日常生活中不可缺少的一部分，如一个杯子或者一盏壁少的一部分，如一个杯子
23、或者一盏壁灯。灯。练习：课本练习：课本3333页页盖里椅盖里椅 功能：在使用功能上，盖里椅具功能：在使用功能上，盖里椅具有其他椅子相同的功效，唯一的缺点有其他椅子相同的功效，唯一的缺点是没有扶手，而且椅子面过于平直，是没有扶手，而且椅子面过于平直，坐久了人会觉得不舒服。坐久了人会觉得不舒服。结构设计：盖里椅结构上简洁大结构设计：盖里椅结构上简洁大方方,线条明快线条明快,有流动感。占地面积小，有流动感。占地面积小，却十分平稳。但椅子的旋转性差，不却十分平稳。但椅子的旋转性差，不能随意转动使得它灵活性也差。能随意转动使得它灵活性也差。制造技术：盖里椅要达到整体统制造技术：盖里椅要达到整体统一的完美
24、线条和弯曲效果，还要考虑一的完美线条和弯曲效果，还要考虑到重心的位置高低和椅子承受能力的到重心的位置高低和椅子承受能力的大小，对制造来说，是一次挑战。大小，对制造来说，是一次挑战。审美：盖里椅的结构传达出一种审美：盖里椅的结构传达出一种盘旋上升、奋发向上的精神，具有雕盘旋上升、奋发向上的精神，具有雕塑般的美感和强烈的时代气息，形成塑般的美感和强烈的时代气息，形成了优雅的浪漫主义设计风格。了优雅的浪漫主义设计风格。作为当代杰出设计大师雅格布森作为当代杰出设计大师雅格布森的设计作品，盖里椅流畅柔软的线条的设计作品，盖里椅流畅柔软的线条带给人轻松的心情，金属的质感透过带给人轻松的心情，金属的质感透过
25、视觉冲击人们的内心。坐着的人在不视觉冲击人们的内心。坐着的人在不知不觉中陷入雅格布森那宁静而又充知不觉中陷入雅格布森那宁静而又充满想象的世界。满想象的世界。“最好的设计便是最好的设计便是没有设计。没有设计。”正如这句话一样，盖里正如这句话一样，盖里椅的设计其实算不上设计，但它确给椅的设计其实算不上设计，但它确给了人们另一番感受。了人们另一番感受。单元小结单元小结v1、结构对自然界、技术领域和社会领域具有普遍意义、结构对自然界、技术领域和社会领域具有普遍意义v2、从力的角度来看、从力的角度来看,结构是指可承受一定力的架构形结构是指可承受一定力的架构形态态,它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。它可
26、以抵抗能引起形状和大小改变的力。v3、结构构件的基本受力有受拉、受压、受剪切、受扭、结构构件的基本受力有受拉、受压、受剪切、受扭转和受弯曲。转和受弯曲。v4、结构类型主要有实体结构、框架结构和壳体结构。、结构类型主要有实体结构、框架结构和壳体结构。不同的结构类型有不同的受力特点。现实生活中遇到的不同的结构类型有不同的受力特点。现实生活中遇到的结构更多的是若干结构类型的组合。结构更多的是若干结构类型的组合。v5、结构的稳定性和强度是结构设计必须考虑的重要内、结构的稳定性和强度是结构设计必须考虑的重要内容容,二者相互联系二者相互联系,相互影响。结构的稳定性主要取决于相互影响。结构的稳定性主要取决于
27、重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小和结构的形状等。结构的强度主要取决于结构的组成小和结构的形状等。结构的强度主要取决于结构的组成形式、构件的几何形状、截面形式、材料以及构件的连形式、构件的几何形状、截面形式、材料以及构件的连接方式等。接方式等。v6 6、在进行结构设计时，必须明确设计的目标和要求，、在进行结构设计时，必须明确设计的目标和要求，以实现一种或几种功能为基本目标，满足国家标准和设以实现一种或几种功能为基本目标，满足国家标准和设计规范，必须抓住主要因素，如功能、稳定性、强度、计规范，必须抓住主要因素，如功能、稳定性、强度、美观、成本、安全、个性化需要等。美观、成本、安全、个性化需要等。v7、结构设计中的美学因素、环境因素、安全因素以及、结构设计中的美学因素、环境因素、安全因素以及时尚、个性、文化等都已成为人们进行结构设计时必须时尚、个性、文化等都已成为人们进行结构设计时必须综合考虑的重要因素。结构的牢固、稳定、简约、和谐、综合考虑的重要因素。结构的牢固、稳定、简约、和谐、美观是结构设计不变的追求。美观是结构设计不变的追求。
