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必修二·第一单元 《结构与设计》
一、常见结构的认识
（一）结构
涵义：事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。
（二）结构与力
从力学角度说，结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形态和大小改变的力。
构件的基本受力形式：受拉、受压、受剪切、受弯曲 和 受扭转。
结构的类型
从力学的架构与形态考虑，结构可分为：
1、实体结构
一般是实心 的，特点是外力分布在整个体积中，能够承受比较大的力。
比如 长城、三峡大坝、锤子、厨房中的菜板 等等。
2、框架结构（A级 了解 P9）
框架结构形态比较简单，主要由细长的构件组成，特点是支撑空间而不充满空间，主要承受水平或垂直方向的力。比如 窗户、自行车、艾菲尔铁塔、桌子、人字梯、建筑用的脚手架 等等。
3、壳体结构（A级 了解 P9）
壳体结构是指 层状的结构 ，能够巧妙地 将外力分散到整个表面 。
比如 鸡蛋、核桃、瓜子、头盔、锅碗瓢盆都是壳体结构。
当然对于生活中的物体，很多并不单纯的属于上面的某一种结构，而是由多种结构共同组成的。比如我们的行政楼整体来看是 框架 结构，而楼顶的大圆球却是 壳体 结构的，具体的一面墙却又是 实体 结构的。
二、稳固结构的探析
结构稳定性
1、结构稳定性是指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力。（B级 理解 P12）
2、影响结构稳定性的主要因素有： 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。（B级 理解 P13）
1) 重心位置的高低： 重心越低,稳定性越好；重心越高，稳定性越差。
结构重心所在点的垂线 是否落在结构底面的范围内 ，落在就是稳定的，没有就是不稳定的。
2) 结构的底座，结构与地面接触所形成的支撑面的大小。
支撑面 越大越稳定 ，越小越不稳定。如：高塔的共同特点都是上端小而下端大。
3) 结构的形状：结构的形状不同，其稳定性也不同。
影响结构稳定性的因素是相互关联的，需要综合考虑各种因素来讨论结构的稳定性。
结构的强度
结构的强度指 具有的的抵抗被外力破坏的能力 （B级 理解 P17）
表示结构强度大小的量： 应力
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。
应力： 是构件的单位横截面上所产生的内力。应力达到一定极限值时，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。
4、影响结构强度的主要因素： 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。（B级 理解 P17）
①结构的形状：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。
常见的构件的横截面形状：工字形、十字形、长方形、L形、圆形、U形，不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样的。
②、结构的连接方式：
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 （门的合页连接、轮子、轴承、风扇、人体四肢与躯干等等），
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 （榫接、胶结、焊接等等）。（B级 理解 P19）
③不同材料构成的结构，其强度各不相同。有的抗拉力、有的抗压力、有的抗剪切力、扭曲力，所以在不同结构不同要求中，选择不同特性的材料。例混凝土擅长抗压力，而钢筋擅长抗拉力。
结构与功能
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。
三、简单结构的设计
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。例如，儿童自行车的结构设计，首先应以代步、锻炼儿童的手脚协调能力为设计目标，同时要满足童车结构设计的国家标准和规范要求，如自行车的链轮、链条、车把、车闸有一定的要求。（B级 理解 P24）
四、赏析结构设计作品 可从 技术 与 文化 两个角度进行。
（1） 技术 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，工艺制造的精湛程度等。（A级 了解 P30）
（2） 文化 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、习俗方面的特征、结构的个性特征等。（A级 了解 P30）
结构及其设计单元练习题
选择题
1、重庆是桥都，其中盘龙立交是全世界最复杂的立交桥，盘龙立交桥桥墩属于那种结构类型（A ）
A．实体结构 B．框架结构 C．壳体结构 D．组合结构
2、日常生活中，使用螺丝刀装螺丝时，螺丝刀需要承受什么力( D )
A．拉力 B．压力 C．弯曲力 D．扭转力
3、如图所示“纸张承重试验”,中间为纸张结构，上面放砝码以测试纸张所承受
的最大重量。纸张受到的力是（ C ）
A.拉力 B.压力 C.弯曲力 D.扭转力
4、如下图所示是四冲程汽油机的基本结构图，当气缸中的气体膨胀活塞向下
运动时，活塞和连杆的主要受力形式是（ D ）
A．活塞受压、连杆受拉 B．活塞受拉、连杆受压
C．活塞受拉、连杆受拉 D．活塞受压、连杆受压
5、如图所示是一款多功能文具盒的草图，对该方案的分析不正确的是（ C ）
文具盒的盖子就是相框
支撑板与文具盒间可能是铰连接
C. 两边凸起有利于文具盒竖放
支撑板与相框间是钢连接.
6、我们常用的A形梯不直接采用实心铝合金材料，而用长方形截面的铝合金构件，比相同质量的实心铝合金材料结实很多，是因为(C )影响着结构强度
A.材料 B. 重心的高低 C. 构件的形状 D.连接方式
7、如图所示为竹、木混合材料的躺椅，其结构的主要类型是( C )
A.实体结构 B.壳体结构 C.框架结构 D.其他结构。
8、下列事物的结构是受自然界事物的结构启发而产生的是（ B ）。
A．钢笔 B．潜艇 C．课桌 D．黑板
9、500m口径球面射电望远镜被誉为“中国天眼”，由我国天文学家南仁东于1994年提出构想历时22年建成，于2016年9月25日落成启用。是由中国科学院国家天文台主导建设,具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。“中国天眼”的主体结构属于( D )
A.实体结构 B.框架结构 C.壳体结构 D.混合结构
10、中国古代建筑的屋顶结构的特色——飞檐。 使得原有向下的沉重感变得轻盈，同时也扩大了采光和有利排泄雨水。欣赏古代建筑主要从技术和文 化两个角度，以下说法正确的是( D )
A. 飞檐使建筑更高大宏伟，采光面积增大，排泄雨水顺畅——出自技术角度的欣赏
B. 飞檐卸掉了大型建筑的沉重感，使人感到建筑的飞动和轻快——出自技术角度的欣赏
C.飞檐的曲线和房 屋的直线和谐融合，兼顾承重和美观——出自文化角度的欣赏
D.飞檐结构复杂,工艺精美,纯木材构建——出自文化角度的欣赏
11、框架结构在建筑中广泛使用，下列说法不正确的是( D )
A.是由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成，构成承重体系的结构
B.由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载
C.框架结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用
D.框架结构的房屋墙体属于承重墙，同时起到围护和分隔作用
12、如图所示的台灯，在测试阶段发现其支撑杆调整到某些角度时，台灯容易翻倒.
以下改进措施中 合理的是( B )
A.增加支撑杆的长度 B. 增加底座的质量 C.增加支撑杆的厚度 D.增加灯罩的质量。
13、李明尝试设计一款小木凳,从结构强度和稳定性的角度分析,下列设计方案中不合理的是( C )
14、小明想要设计一款桌面耳机支架，构思了以下几个方案，耳机挂在凹槽处，下列方案中从稳定性的角度考虑最合理的是（C ）
A． B． C． D．
二、分析题
埃菲尔铁塔是巴黎的标志之一，被法国人爱称为“铁娘子”.它和纽约的帝国大厦、东京的电视塔同被誉为西方三大著名建筑.1887年1月28日 ,埃菲尔铁塔正式开工.250名工人冬季每天_工作8小时，夏季每天工作13小时,终于，1889年3月31日这座钢铁结构的高塔大功告成.试分析埃菲尔铁塔的稳定体现在哪些方面。
答：根据题意和影响结构的稳定性因素，埃菲尔铁塔的结构特征: 下大上小重心低、支撑面大，剖视图的结构形状呈三角形状，整个塔体的重心落点落在支撑面范围以内.故答案为: 1)重心低; 2)支撑面积大; 3)结构的形状下大.上小、中心对称。

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