1、稳稳 固固 结结 构构 的的 探探 究究技技 术术 与与 设设 计计 2 2各种各样的结构各种各样的结构埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔技技 术术 与与 设设 计计 2 22019年年8月月7日甘肃舟曲县发生灾难性泥石流日甘肃舟曲县发生灾难性泥石流技技 术术 与与 设设 计计 2 2不堪重负的拖拉机在转弯处翻到不堪重负的拖拉机在转弯处翻到2、意义：结构的、意义：结构的重要性质重要性质之一。如之一。如果一个结构不能果一个结构不能有有效的抵御效的抵御常见的外常见的外力的作用，那么该力的作用，那么该结构是很难承受负结构是很难承受负载而载而保持原有的平保持原有的平衡状态，最终衡状态，最终导致导致结构遭受破坏。结构
2、遭受破坏。34一、结构的稳定性：一、结构的稳定性：1、定义：结构、定义：结构在在的作用下的作用下56二、奇特结构欣赏：二、奇特结构欣赏：不倒翁是一种形状不倒翁是一种形状像人而在造形和重像人而在造形和重量上制成一经触动量上制成一经触动就摇摆然后恢复直就摇摆然后恢复直立状态的玩具，具立状态的玩具，具有很强的稳定性。有很强的稳定性。它是意大利比萨城它是意大利比萨城大教堂的独立式钟大教堂的独立式钟楼，从楼，从1174年始建年始建1350年竣工，经历年竣工，经历了了176年。但由于年。但由于塔身过重，地质松塔身过重，地质松软，因此塔身仍以软，因此塔身仍以每年每年125毫米的毫米的速度向南倾斜，但速度向南
3、倾斜，但至今仍然斜而不倒。至今仍然斜而不倒。78910三、探究试验：三、探究试验：1、探究活动一：、探究活动一：金属构件和塑料构金属构件和塑料构件的组合体件的组合体结论结论1：重心位置的高重心位置的高低对结构的稳低对结构的稳定性有影响定性有影响重心重心2、探究活动二：、探究活动二：人字梯的使用人字梯的使用结论结论2：结结构的形状构的形状影响结构影响结构的稳定性的稳定性钢性大桥的结构性状钢性大桥的结构性状3、探究活动三：、探究活动三：桌子的稳定性一桌子的稳定性一组试验组试验结论结论3：结结构与地面接构与地面接触所形成的触所形成的支撑面的大支撑面的大小影响结构小影响结构的稳定性的稳定性提示：注意接
4、触面与支撑面的区分。提示：注意接触面与支撑面的区分。结构的支撑面结构的支撑面结构的接触面结构的接触面 问题：问题：你是如何理解你是如何理解支撑面支撑面和和接触面接触面的呢？请的呢？请你说说图你说说图13中那个椅子中那个椅子最稳定？对支撑面而言，最稳定？对支撑面而言，说说在图说说在图13中那个最大中那个最大那个最小？那个最小？图图1图图2图图3返回返回为什么大坝的横截面总是建成梯形？为什么大坝的横截面总是建成梯形？大坝需要承受很大的力的作用，如大坝需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的冲击力、压力等等，自身的重力，水的冲击力、压力等等，要起到防洪的作用，大坝必须要求非常要起到防洪的作用，大坝
5、必须要求非常稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，稳定性就越好。稳定性就越好。4、探究活动四：、探究活动四：砝码位置与稳定砝码位置与稳定性的关系性的关系结论结论4：对于一：对于一个结构而言，个结构而言，如果重心所在如果重心所在的垂线落在结的垂线落在结构底面范围内，构底面范围内，就是稳定的。就是稳定的。结构稳定的基本条件结构稳定的基本条件重心所在点的垂线落在结构底面的范围内重心所在点的垂线落在结构底面的范围内试验总结：试验总结：影响结构稳定性的主影响结构稳定性的主要因素：要因素：一、结构的重心位
6、置的一、结构的重心位置的高低（低稳）高低（低稳）三、结构与接触面接三、结构与接触面接触形成的支持面得大触形成的支持面得大小（大稳）小（大稳）二、结构本身的形状二、结构本身的形状（三角形）（三角形）结构稳定性的基本结构稳定性的基本条件：条件：重心所在点的重心所在点的垂线落在结构垂线落在结构底面的范围内底面的范围内 分析不同垒法的墙的稳定性，当施加同样的分析不同垒法的墙的稳定性，当施加同样的力时，哪种垒法的墙不容易倾倒？你认为最好力时，哪种垒法的墙不容易倾倒？你认为最好的的垒法是什么？垒法是什么？讨论与分析：讨论与分析：我们在设计中尽可能的增加结构我们在设计中尽可能的增加结构的稳定性，那么凡是不稳
7、定的结构设的稳定性，那么凡是不稳定的结构设计都应该放弃吗？计都应该放弃吗？1、倒置的啤酒瓶可以预报地震。、倒置的啤酒瓶可以预报地震。2、在打水的桶口扣一重物，在、在打水的桶口扣一重物，在井里能自动翻倒打水井里能自动翻倒打水探究探究 静止停放的自行车要有三个支撑静止停放的自行车要有三个支撑点才能稳定，而不会倒下；但是，点才能稳定，而不会倒下；但是，自行车在骑起来时，却只有两个支自行车在骑起来时，却只有两个支撑点，为什么却不会倒下？撑点，为什么却不会倒下？生活中有这样的情况，人坐在一只小板凳上，用生活中有这样的情况，人坐在一只小板凳上，用力摇几下，板凳就坏了，人也摔倒在地上。人踩在窗力摇几下，板凳
8、就坏了，人也摔倒在地上。人踩在窗户的防盗网上擦玻璃，防盗网合金条的焊接处断裂，户的防盗网上擦玻璃，防盗网合金条的焊接处断裂，险些酿成大祸。险些酿成大祸。结构的强度：结构具有的抵抗被外力破坏的能力。结构的强度：结构具有的抵抗被外力破坏的能力。抗压强度、抗拉强度、抗弯强度抗压强度、抗拉强度、抗弯强度稳定性是研究物体的保持平衡状态稳定性是研究物体的保持平衡状态 的能力，强度是研究不被外力破坏的能的能力，强度是研究不被外力破坏的能力。力。用应力来衡量强度用应力来衡量强度 应力是构件的单位横截面上所产生的内应力是构件的单位横截面上所产生的内力。力。当应力达到某一极限值时当应力达到某一极限值时,结构就会遭
9、结构就会遭到破坏。到破坏。F 内力，当一个结构受到外力作用时，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。抵抗的力。S 受力面积受力面积 应力应力 =F/s三角形形状三角形形状 三角形是框架结构中最基本的形状之一三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、它结实、稳定、所用材料最少。稳定、所用材料最少。探究一探究一：宽度厚度相同的纸条与钢条的抗宽度厚度相同的纸条与钢条的抗弯弯 或抗扭强度一样吗？或抗扭强度一样吗？结论结论1 1：结构的强度与结构的强度与材料材料有关。有关。混泥土擅长混泥土擅长抗压抗压力，而钢筋
10、擅长力，而钢筋擅长抗拉抗拉力力探究二探究二 不同截面形状的构件不同截面形状的构件做成的梁的抗弯强度做成的梁的抗弯强度采用不同连接方式的构架的抗压强度采用不同连接方式的构架的抗压强度探究探究活动活动探究三探究三小实验：小实验：测试用不同截面形状的构件做成测试用不同截面形状的构件做成的悬梁的强度的悬梁的强度在所有构件梁中，一在所有构件梁中，一字形的强度是最弱的；字形的强度是最弱的；U形梁的强度最大；形梁的强度最大；L形梁的强度介于中形梁的强度介于中间。间。结构的形状：结构的形状：外部形状外部形状：三角形、拱形等三角形、拱形等；截面形状截面形状：工字形、十字形、长方工字形、十字形、长方形、形、L形、
11、圆形、形、圆形、U形。形。蜂窝构造的应用蜂窝构造的应用塑性材料，防塑性材料，防挤压、冲撞，挤压、冲撞，做包装填充物。做包装填充物。应用于高层建筑的外墙应用于高层建筑的外墙上，具有高强的抗挠曲上，具有高强的抗挠曲能力，而且质轻，刚度能力，而且质轻，刚度大、板面平整度好，更大、板面平整度好，更具有良好的隔音、隔热、具有良好的隔音、隔热、防震、防火作用，实为防震、防火作用，实为一种优良的节能环保建一种优良的节能环保建筑装饰材料筑装饰材料工字形截面工字形截面圆形截面：圆形截面：连接方式连接方式铰连接铰连接刚连接刚连接应用应用 铰连接铰连接 刚连接刚连接（1）对一个用）对一个用4根小木条钉成的相根小木条
12、钉成的相片框片框,使它更牢固的做法是什么使它更牢固的做法是什么?（2）在自行车各部件之间的连接中在自行车各部件之间的连接中,三角架属于三角架属于_连接；刹车连杆之间属于连接；刹车连杆之间属于_连接；连接；辐条与钢圈之间属于辐条与钢圈之间属于_连接。连接。马上行动马上行动可用直角铁片固定在连接处的背面。可用直角铁片固定在连接处的背面。刚连接；刚连接；铰连接铰连接铰连接。铰连接。（3）比较左图中同一结构的几种连接方式）比较左图中同一结构的几种连接方式,请预言请预言哪种连接方式的强度更好。哪种连接方式的强度更好。左边的左边的榫卯连接榫卯连接的强度最大，上下、左右、前的强度最大，上下、左右、前后各方向
13、都被牢牢固定住，所以强度最大。中间后各方向都被牢牢固定住，所以强度最大。中间的连接方式强度最小，钉子是从侧面钉进去的，的连接方式强度最小，钉子是从侧面钉进去的，中间的横梁不能承受较重物体的压力，所以强度中间的横梁不能承受较重物体的压力，所以强度最小。最小。影响结构强度的几个主要因素影响结构强度的几个主要因素结构的形状结构的形状使用的材料使用的材料构件之间的连接方式构件之间的连接方式结构外部形状结构外部形状结构的构件截面形状结构的构件截面形状铰连接铰连接刚连接刚连接茅草房框架的搭建流程茅草房框架的搭建流程立柱立柱搭梁搭梁搭椽子搭椽子搭檩条搭檩条思考与讨论：思考与讨论：为什么矿泉为什么矿泉水瓶表面
14、上水瓶表面上有若干凸起有若干凸起的横向纹路，的横向纹路，它的作用是它的作用是什么什么?结构不仅是事物存在的一种形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式，而且对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变可能导着直接的影响，结构的改变可能导致功能的变化。致功能的变化。结构与功能：结构改变结构改变功能改变功能改变小结小结一、结构的稳定性一、结构的稳定性影响结构稳定性的三个因素：影响结构稳定性的三个因素：重心位置、重心位置、支撑面积的大小和结构的形状支撑面积的大小和结构的形状二、结构的强度二、结构的强度影响结构强度的三因素：影响结构强度的三因素：结构的形状、结结构的形状、结构的材
15、料与连接构的材料与连接三、结构与功能三、结构与功能 设计分析题：设计分析题：1.高二（高二（1）班李明同学在教室）班李明同学在教室 里布置了一些花草，他把直杆里布置了一些花草，他把直杆AB的的一端固定在墙上将吊兰挂起来，如右一端固定在墙上将吊兰挂起来，如右图所示。图所示。（1）结构受力的五种基本形式有弯曲）结构受力的五种基本形式有弯曲力、扭转力、压力、拉力和剪切力。力、扭转力、压力、拉力和剪切力。请说出请说出AB杆的主要受力形式。杆的主要受力形式。答案：AB杆主要受力形式是弯曲力和拉力。（2）简述这个结构存在的缺陷。缺陷是：AB杆容易弯曲变形。（3）在不改变杆的固定点）在不改变杆的固定点A和悬
16、挂点和悬挂点B的前提下，的前提下，你对这个结构有什么改进建议？请用一句话说你对这个结构有什么改进建议？请用一句话说明并在原图上直接标注。明并在原图上直接标注。建议：要使横杆AB稳定，必须用绳CB或撑杆DB拉紧、固定或用绳CB和撑杆DB同时拉紧、固定。（见下图）ABCABDABDC方案1：方案2：方案3：湖州二中 例例3 如图所示是某厂家生产的塑料凳，很多客户反如图所示是某厂家生产的塑料凳，很多客户反映凳脚映凳脚强度不足强度不足，容易变形或断裂。针对这个问题，容易变形或断裂。针对这个问题，请根据所学的结构方面知识，就提高凳脚强度给厂家请根据所学的结构方面知识，就提高凳脚强度给厂家提三点合理的建议。提三点合理的建议。6分分 参考答案与评分标准：参考答案与评分标准：1、改变凳脚截面形状。、改变凳脚截面形状。（或将截面形状增加凹槽凸起）（或将截面形状增加凹槽凸起）2、改变凳脚所用材料。、改变凳脚所用材料。（或采用强度更高的塑料）（或采用强度更高的塑料）3、增加凳脚用料。、增加凳脚用料。（或提高凳脚的厚度）（或提高凳脚的厚度）4、在相邻凳脚间增加横档。、在相邻凳脚间增加横档。（或斜撑）（或斜撑）
