1、第三节 简单结构的设计结构设计的重要性 结构设计对于我们的日常生活、对于各结构设计对于我们的日常生活、对于各种各样的生产活动都非常重要。种各样的生产活动都非常重要。日常生活中日常生活中,没有丰富的结构设计没有丰富的结构设计,产产品将会造型单一、功能单调品将会造型单一、功能单调,那些大型建筑那些大型建筑物、交通运输工具等更是无法产生物、交通运输工具等更是无法产生;生产活动中生产活动中,产品制造技术、结构安全产品制造技术、结构安全性及耐久性评估、维修加固技术等性及耐久性评估、维修加固技术等,都离不都离不开结构的设计和研究。开结构的设计和研究。一、结构设计应考虑的主要因素 装修居室过程中装修居室过程
2、中若为了美观而损坏承若为了美观而损坏承重柱或墙，将留下重重柱或墙，将留下重大安全隐患。大安全隐患。汽车的安全气囊设计不达标，不仅起不到汽车的安全气囊设计不达标，不仅起不到保护作用，还可能会酿成事故。保护作用，还可能会酿成事故。汽车的外形汽车的外形设计，若为美观设计，若为美观而影响安全驾驶，而影响安全驾驶，同样是不可取的。同样是不可取的。1.结构设计的目标及要求结构设计的目标及要求应以一种或几种功能的实现为目标，满足设应以一种或几种功能的实现为目标，满足设计规范，满足使用者的基本需要。计规范，满足使用者的基本需要。儿童自行车的结构设计儿童自行车的结构设计：首先应以代步、锻炼首先应以代步、锻炼儿童
3、的手脚协调能力为儿童的手脚协调能力为设计目标设计目标。同时要满足童车结构同时要满足童车结构设计的国家标准和规范设计的国家标准和规范要求要求,如自行车的链轮、如自行车的链轮、链条、车把、车闸有一链条、车把、车闸有一定的要求，否则设计应定的要求，否则设计应视为不合格。视为不合格。阅读：商业建筑的设计规范阅读：商业建筑的设计规范门净宽度不得小于1.4m，不应设门槛。室内楼梯每梯段净宽不应小于1.4m，踏步高度不应大于0.16m，宽度不应小于0.28m。轮椅坡道坡度不应大于1：12，两侧应设高度为0.65m的扶手。水平投影长度超过15米，宜设休息平台。标准化的作用 标准化为科学管理奠定了基础标准化为科
4、学管理奠定了基础 促进经济全面发展促进经济全面发展,提高经济效益提高经济效益 标准化是科研标准化是科研,生产生产,使用三者之间的桥梁使用三者之间的桥梁 标准化为组织现代化生产创造了条件标准化为组织现代化生产创造了条件 促进对资源的合理利用促进对资源的合理利用,保持生态平衡保持生态平衡,维护人类社会当前和长维护人类社会当前和长远的利益远的利益 合理发展产品品种合理发展产品品种,提高企业应变能力提高企业应变能力,以更好地满足社会需求以更好地满足社会需求 保证产品质量保证产品质量,维护消费者利益维护消费者利益 在社会生产组成部分之间进行协调在社会生产组成部分之间进行协调,确立共同遵循的准则确立共同遵
5、循的准则,建立建立稳定地秩序稳定地秩序 消除贸易障碍消除贸易障碍,促进国际技术交流和贸易发展促进国际技术交流和贸易发展,提高产品在国际提高产品在国际市场上的竞争能力方面有重大地作用市场上的竞争能力方面有重大地作用 保障身体健康和生命安全保障身体健康和生命安全,大量地环保标准大量地环保标准,卫生标准和安全标卫生标准和安全标准制定发布后准制定发布后,用法律形式强制执行用法律形式强制执行,对保障人民的身体健康和对保障人民的身体健康和生命财产安全具有重大作用生命财产安全具有重大作用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 结构设计应考虑的主要因素有结构设计应考虑的主要因素有:符合使用者对设
6、计对象的稳定符合使用者对设计对象的稳定性和强度要求性和强度要求,安全因素安全因素,公众和使用者的审美需求公众和使用者的审美需求,使用者的个使用者的个性化需要性化需要,对设计对象的成本控制要求和一定的使用寿命对设计对象的成本控制要求和一定的使用寿命等。等。无论在哪一类用途的结构设计中无论在哪一类用途的结构设计中,安全安全都是至关重要的因素。都是至关重要的因素。安全问题安全问题功能问题功能问题成本问题成本问题案例分析：案例分析：户外广告牌结构设计中的抗风问题户外广告牌结构设计中的抗风问题美观问题美观问题马上行动设计方案设计方案内容内容实现方式实现方式方案方案1增加结构强度增加结构强度加固支撑架、连
7、接点加固支撑架、连接点方案方案2减少受力面积减少受力面积设计通风孔设计通风孔方案方案3改变结构形状改变结构形状采用立体环绕采用立体环绕二、简单结构的设计案例复习设计的一般过程是怎样的？设计的一般过程是怎样的？1.1.发现和明确问题发现和明确问题 2.2.制定设计方案制定设计方案 3.3.制作模型或原型制作模型或原型 4.4.测试、评估及优化测试、评估及优化 5.5.产品的使用和维护产品的使用和维护1.能方便地取放照片。能方便地取放照片。2.具有一定的稳定性和强度。具有一定的稳定性和强度。3.具有一定的装饰性。具有一定的装饰性。4.结构设计有创新性和新颖性结构设计有创新性和新颖性设计要求：设计要
8、求：美观美观,个性化需要个性化需要,稳定性稳定性,成本成本 制作简易相片架应考虑哪些方面的因素?设计分析：设计分析：框架、玻璃板、底板、支架框架、玻璃板、底板、支架(1)(1)分析相框的构成：分析相框的构成：(2)(2)分析相框的强度分析相框的强度(3)(3)制作相片架的材料和工具制作相片架的材料和工具(4)(4)分析支架的结构分析支架的结构:a a支架的支撑形式的选择。支架的支撑形式的选择。b b支架构件的截面形状以及连接。支架构件的截面形状以及连接。方案方案A方案B方案C创意相框设计制作评价 在实现基本功能的基础上,增加多种功能 注意结构的灵活应用 注意提高技术性 注意融入文化,增强文化底
9、蕴 增加修饰,增强美感“木板夹心”房 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）技术的角度主要有：结构功能、稳固耐用、）技术的角度主要有：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）文化的角度主要有：文化寓意与传达，公众）文化的角度主要有：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。著名桥梁设计 赵州
10、桥坐落在河北赵州桥坐落在河北省赵县洨河上。建于隋省赵县洨河上。建于隋代（公元代（公元581581618618年）年）大业年间（公元大业年间（公元605605618618年），由著名匠师李年），由著名匠师李春设计和建造，距今已春设计和建造，距今已有约有约14001400年的历史，是年的历史，是当今世界上现存最早、当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩保存最完善的古代敞肩石拱桥。石拱桥。饕餮（饕餮（to tito ti）,是传说中龙的第五子，是一种是传说中龙的第五子，是一种存在于传说、想象的神秘怪兽。古书山海经介绍其存在于传说、想象的神秘怪兽。古书山海经介绍其特点是：其状如羊身人面，其目在腋下，
11、虎齿人爪，其特点是：其状如羊身人面，其目在腋下，虎齿人爪，其音如婴儿。最贪吃音如婴儿。最贪吃,能吃能喝能吃能喝,常饰于鼎的盖子上。因它常饰于鼎的盖子上。因它能喝水能喝水,几乎在古代桥梁外侧正中都能见到几乎在古代桥梁外侧正中都能见到,防止大水将防止大水将桥淹没。桥淹没。赵州桥栏板上的饕餮赵州桥栏板上的饕餮(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
12、。多瑙河桥多瑙河桥是跨越多瑙河的一座混凝土是跨越多瑙河的一座混凝土斜拉桥斜拉桥，全长全长406m406m，通航孔，通航孔177m177m，截面采用具有较好，截面采用具有较好的抗风和抗震性能的箱形截面。的抗风和抗震性能的箱形截面。著名桥梁设计 福斯湾悬臂钢福斯湾悬臂钢桁架桥桁架桥位于英国位于英国苏格兰东海岸，苏格兰东海岸，为为1919世纪末期世世纪末期世界上最大的双线界上最大的双线铁路、悬臂刚铁路、悬臂刚桁桁架桥，该桥架桥，该桥1883年开工，年开工，1889年年竣工。竣工。著名桥梁设计 高明桥高明桥是一跨是一跨越西江的大型公路越西江的大型公路桥，主通航孔采用桥，主通航孔采用中承式钢管混凝土中承
13、式钢管混凝土拱，引桥系钢筋混拱，引桥系钢筋混凝土肋拱，属于凝土肋拱，属于弓弓形拱桥。形拱桥。著名桥梁设计 维拉札诺桥维拉札诺桥位位于美国纽约，是跨于美国纽约，是跨越维拉札诺海峡的越维拉札诺海峡的双层公路双层公路悬索桥悬索桥。双面悬索，每面均双面悬索，每面均为双索。为双索。著名桥梁设计案例分析：案例分析：飞檐、斗拱飞檐、斗拱 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。黄鹤楼黄鹤楼飞檐飞檐斗拱斗拱 斗拱是中国木构
14、架建斗拱是中国木构架建筑特有的结构构件，在结筑特有的结构构件，在结构上挑出承重，并将屋顶构上挑出承重，并将屋顶的大面积荷载经斗拱传递的大面积荷载经斗拱传递到柱上。它有一定的装饰到柱上。它有一定的装饰作用，又是屋顶和屋身的作用，又是屋顶和屋身的过渡。此外，它还是封建过渡。此外，它还是封建社会森严的等级制度的象社会森严的等级制度的象征和重要的建筑尺度衡量征和重要的建筑尺度衡量标准。斗拱一般使用在高标准。斗拱一般使用在高级的官式建筑中，称为大级的官式建筑中，称为大式建筑。因为斗拱的重要式建筑。因为斗拱的重要性，历代建筑对它十分重性，历代建筑对它十分重视，使它成为判断建筑时视，使它成为判断建筑时代的重
15、要标志之一。代的重要标志之一。释迦木塔位于应县城内西北释迦木塔位于应县城内西北佛宫寺内，俗称应县木塔。建于佛宫寺内，俗称应县木塔。建于辽清宁二年（公元辽清宁二年（公元1056年），年），金明昌六年（公元金明昌六年（公元1195年）增年）增修完毕。是我国现存最高最古的修完毕。是我国现存最高最古的一座木构塔式建筑。为全国重点一座木构塔式建筑。为全国重点文物保护单位。文物保护单位。应县木塔的设计，广泛采用应县木塔的设计，广泛采用斗拱结构，全塔共用斗拱斗拱结构，全塔共用斗拱54种，种，每个斗拱都有一定的组合形式，每个斗拱都有一定的组合形式，设计科学严密，构造完美，巧夺设计科学严密，构造完美，巧夺天工，
16、是一座既有民族风格、民天工，是一座既有民族风格、民族特点，又符合宗教要求的建筑，族特点，又符合宗教要求的建筑，在我国古代建筑艺术中可以说达在我国古代建筑艺术中可以说达到了最高水平，即使现在也有较到了最高水平，即使现在也有较高的研究价值。高的研究价值。应县木塔应县木塔 中国古建筑以木材、砖瓦为主要建筑材料，以木中国古建筑以木材、砖瓦为主要建筑材料，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、顺檩横梁、顺檩ln等主要构件建造而成，各个构件之间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。木构架的结点以榫卯相吻合，构
17、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，结构有很多优点。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、隔热防屋顶重力由木构架来承担，外墙起遮挡阳光、隔热防寒的作用，内墙起分割室内空间的作用。由于墙壁不寒的作用，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，承重，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有利于防震、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构，由于木材具有的特性，且构架的结构所用斗拱和榫卯又都有若干伸缩余地，
18、因此在一定限度内可减少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对这种构架所引起的危害。由地震对这种构架所引起的危害。“墙倒屋不塌墙倒屋不塌”形形象地表达了这种结构的特点。象地表达了这种结构的特点。中国古代建筑的特点中国古代建筑的特点 ln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世纪丹世纪丹麦最有成就的建筑师，室内设计师，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
19、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，如一个杯子或者一盏壁灯。灯。它的作品呈现出一种批判的地方色彩它的作品呈现出一种批判的地方色彩，是传统手法与功能信条的冲撞。他的每，是传统手法与功能信条的冲撞。他的每一个作品均具有适合的尺度、细节和意念一个作品均具有适合的尺度、细节和意念。他还为自己的大部分建筑作品设计家具。他还为自己的大部分建筑作品设计家具和配件。对作品，他注重细节，材料的选和配件。对作品，他注重细节，材料的选用，传统与实用的
20、结合。雅格布森是个功用，传统与实用的结合。雅格布森是个功能主义者，但他是个浪漫的功能主义者。能主义者，但他是个浪漫的功能主义者。他的整体设计思想，包括建筑概念，平面他的整体设计思想，包括建筑概念，平面设计，构成比例，色彩、质料、陈设、灯设计，构成比例，色彩、质料、陈设、灯光、织物等都应表达相同的内涵和主题。光、织物等都应表达相同的内涵和主题。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
21、了人会觉得不舒服。结构设计：盖里椅结构设计：盖里椅结构上简洁大结构上简洁大方方,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
22、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
23、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。中国古典家具榫卯结构欣赏中国古典家具榫卯结构欣赏 古代的木工技艺一直是中国古典家具中令古代的木工技艺一直是中国古典家具中令人神往的一面，木工运用巧妙的构思创造出传人神往的一面，木工运用巧妙的构思创造出传奇般的榫卯结构。奇般的榫卯结构。中国榫卯的起源可能比汉字中国榫卯的起源可能比汉字还要早。早在还要早。早在7000年前的河姆渡文化中，榫卯年前的河姆渡文化中，榫卯技术已经出现在原始先民们居住的木结构的房技术已经出现在原始先民们居住的木结构的房子中。榫卯是中国建筑中最早具有科学设计意子中。榫卯是中国建筑中最早具有科学设计意义的
24、语言，在我们民族文明发展史上，如同汉义的语言，在我们民族文明发展史上，如同汉字的发明源远流长、自成体系。家具发展规律字的发明源远流长、自成体系。家具发展规律是传承了传统建筑木结构原理。传统建筑的精是传承了传统建筑木结构原理。传统建筑的精华是以无与伦比、错综复杂的榫卯斗拱设计而华是以无与伦比、错综复杂的榫卯斗拱设计而赋予它生命的。经典的家具如同建筑的浓缩，赋予它生命的。经典的家具如同建筑的浓缩，让我们更容易体会先民们的智慧。让我们更容易体会先民们的智慧。中国传统家具的榫卯结构到明代达到高峰。中国传统家具的榫卯结构到明代达到高峰。海外性坚质细的硬木因郑和下西洋而不断进入海外性坚质细的硬木因郑和下西
25、洋而不断进入中国。使匠师们对于硬木操作积累了丰富的经中国。使匠师们对于硬木操作积累了丰富的经验，把复杂而巧妙的榫卯结构按照他们的意图验，把复杂而巧妙的榫卯结构按照他们的意图制造出来。构件之间，完全不用金属钉子。全制造出来。构件之间，完全不用金属钉子。全凭榫卯就可以做到上下、左右、粗细斜直连接凭榫卯就可以做到上下、左右、粗细斜直连接合理，面面俱到。其工艺之精确，扣合之严密，合理，面面俱到。其工艺之精确，扣合之严密，使人有天衣无缝之感。硬质材料对榫卯要求特使人有天衣无缝之感。硬质材料对榫卯要求特别高，这是硬质材料本身的特点所致，它不像别高，这是硬质材料本身的特点所致，它不像其他软木那样有耐受性。硬
26、质木材顾名思义就其他软木那样有耐受性。硬质木材顾名思义就是一个是一个“硬硬”字，大凡硬木都坚而脆，无伸缩字，大凡硬木都坚而脆，无伸缩性。性。榫卯必须做得松紧得宜、科学合理，榫卯必须做得松紧得宜、科学合理，如果榫大眼小，装榫时用力过大则易开裂，如果榫大眼小，装榫时用力过大则易开裂，榫小眼大则易脱落。而软木榫眼，一般榫榫小眼大则易脱落。而软木榫眼，一般榫大眼小，用力装榫，打入眼中，眼不裂而大眼小，用力装榫，打入眼中，眼不裂而榫则压缩变小不会损坏。标准要求是：硬榫则压缩变小不会损坏。标准要求是：硬木榫用锤子轻轻敲打可以装入眼中，即不木榫用锤子轻轻敲打可以装入眼中，即不裂开，也不脱落。裂开，也不脱落。明式家具制造工艺技术明式家具制造工艺技术之精湛，结构之合理可以说是史无前例的，之精湛，结构之合理可以说是史无前例的，在使家具达到所需要的力学强度的同时，在使家具达到所需要的力学强度的同时，又实现了功能与形式的完美统一。又实现了功能与形式的完美统一。
