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第一单元 结构及其设计
第4节　稳固结构的探析
（1）结构的稳定性：结构在________的作用下维持其原有___________的能力。
（2）影响结构稳定性的主要因素：
①结构　　　　的位置：结构重心越　　　，结构稳定性越高。
②结构与地面接触所形成的　　　　　　　大小：在其他条件不变的情况下，结构与地面接触所形成的支撑面越　　　，结构越稳定。
荷载
平衡状态
重心
低
支撑面
大
③结构重心的垂足与结构支撑面的位置关系：对于一个处于静止状态的结构而言，如果重心的垂足落在结构的　　　　　　　内，这个结构就是稳定的，不会倾倒。
④结构的形状：结构的形状不同，其稳定性也不同。由于　　　　　构成稳定的几何结构，所以建筑上常用的桁架结构往往采用三角形作为基本结构单元。
支撑面
三角形
（1）结构的强度：结构具有的抵抗被外力破坏的能力。结构___________的能力用强度来表示。
（2）内力：当结构构件受到外力作用时，内部各质点之间的相互作用发生改变，产生一种抵抗外力与形变的力。
（3）应力：构件单位横截面积上所产生的内力就是应力，可用如下关系式表示：()。物体能够承受的最大应力可以作为表示其 的基本指标。
抵抗荷载
强度　
（4）影响结构强度的主要因素：
①结构的形状：结构的形状影响结构的强度（结构的外部形状和结构构件的横截面形状）。
a.框架结构中，__________是最基本的形状之一，它结实、不易变形，所用材料最少。在长方形或六边形的框架中间加上支撑构件，构成三角形，就可以大大增加其牢固程度。
b.不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样的。相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同，排列顺序如下：
三角形
②结构的　　　　：不同材料构成的结构，其强度各不相同。不同的材料可能带来结构上的变化。材料与结构强度具有密切的关系。
③结构的连接方式：结构由若干个构件通过不同的______________组合而成。结构的连接方式直接影响结构的强度。
材料　
连接方式
（1）铰连接和刚连接。
①分类依据：构件之间能否___________。
②特点：
连接方式 特点 具体形式 案例
铰连接 被连接的构件在连接处不能___________，但可___________　　 松螺栓连接、铰链连接等 如折叠伞伞骨间的连接，门与门框的连接等
刚连接 被连接的构件在连接处既不能___________，也不能________ 榫接、胶接、焊接、紧固螺栓连接等 如不可移动的桌腿与桌面的连接，固定铁床架的连接等
转动
相对移动
相对转动
相对移动
相对转动
（2）动连接和静连接。
①动连接：在机器工作时，被连接的零（部）件间可以有相对运动的连接，如滑块与导轨的连接。
②静连接：在机器工作时，被连接的零（部）件间不允许产生相对运动的连接。
（3）可拆连接和不可拆连接。
①可拆连接：不需要毁坏连接中的任一零件就可拆开的连接，如螺纹连接、键连接。
②不可拆连接：至少要毁坏连接中的某一部分才能拆开的连接，如铆钉连接、焊接。
下图所示是一款篮球架，为了提高其稳定性，下列说法中不正确的是（　　）
A.重心位置要低
B.平衡块向后移
C.结构形状要合理
D.横梁质量要大
···
D　
例1　D　影响结构稳定性的主要因素为①重心位置的高低、②结构与地面接触所形成的支撑面大小、③结构的形状。横梁质量越大，则会将重心的投影点拉离支撑面中心，该篮球架越容易向前倾倒。
下图所示为一款可移动式书架，下列措施中不能提高书架稳定性的是（　　）
A.底板采用更厚更重的木板
B.四个轮子的间距增大
C.竖板和底板采用榫卯连接
D.适当降低书架的高度
C　
例2　C　结构的稳定性与重心位置、支撑面积、结构形状等因素有关，更改竖板和底板的连接方式，不影响结构的稳定性，影响的是结构的强度。
··
下图所示为一款台灯，在实际使用中发现其稳定性不够好，容易向两侧翻倒。为了提高台灯的稳定性，下列改进措施中最优的方案是 （　　）
A.减小台灯的倾斜度，提高灯头高度
B.增大台灯的倾斜度，降低灯头高度
C.适当增大支撑脚a、b之间的夹角
D.适当延长支撑脚a、b的长度
C　
例3　C　提高结构稳定性的方法有降低重心、增大结构与地面接触所形成的支撑面、改变结构的形状等。根据题干可知，台灯易向两侧翻倒，说明重心没有落在支撑面内，适当增大支撑脚a、b之间的夹角后，台灯与地面所形成的支撑面增大，重心落在支撑面内，提高了台灯的稳定性。
为了检测椅子的稳定性，下列试验方案中（图中箭头表示施加力的方向和作用点）合理的是（　　）
A　
例4　A　稳定性的试验必须要在结构最不稳定的状态下，向着重心最容易移出支撑面的力的作用点和方向施力。
如图所示，四个完全相同的圆台，质量均匀分布，按下列方式叠放在同一水平面上，其中三个圆台边沿两两相切，另一个圆台放在三个圆台的正上方。则叠放方式最稳定的是 （　　）
C　
例5　C　比较四个选项，支撑面积大的是A、C项；相较于A项，C项重心位置更低，稳定性更好。
下图所示是某款升降式办公桌，下列描述中从强度角度考虑的是（　　）
A.采用气动支撑杆，升降平稳
B.脚架采用铝合金材料一体成型
C.采用平行四边形升降结构，桌面升降过程中保持水平
D.四脚支撑范围较大
B　
例6　B　B项脚架采用铝合金材料一体成型，为刚连接，强度较大，A、C、D项都是从稳定性角度考虑的。
下图所示是小明同学以五夹板为材料制作的便携式小凳，该小凳结构简单、稳固，易于制作。下列有关该小凳的设计和改进中，可以提高结构强度的是 （　　）
C　
例7　C　A项，凳面采用中空盒式结构，在外力作用下容易被坐垮；B项，凳脚板采用插接结构，凳面直接放在上面，这样无任何连接的上、下板组合强度小；C项，在凳脚板上部造一个肩形结构，当凳面受到压力时，它的上板和下板都能得到肩形结构的支撑，强度较好；D项，改进主要提高了美观性，节省了材料。
下图所示是小明设计的一款可随儿童成长调节高度的椅子，椅面与斜杆采用插接方式连接。为提高整体结构强度且不影响其功能，下列改进中合理的是
（　　）
A.加长椅面
B.椅面与斜杆采用榫接
C.斜杆与底座用硬木条榫接
D.椅面与斜杆间采用铰连接
C　
例8　C　A项，加长凳面不能提高整体结构强度；B项，凳面与斜杆采用榫接就不能实现椅子高度调节；D项，凳面与斜杆间采用铰连接不能有效支撑使用者坐下。
下图所示为一款木制售货亭，窗台板和三角架固定在墙板上，窗板向上翻转后用木棍支撑。下列关于该售货亭结构的分析中不正确的是 （　　）
A.窗板与墙板之间的连接属于铰连接
B.窗台板与墙板之间的连接属于刚连接
C.木棍和三角架都是为了提高强度
D.售货亭下方中间的支撑脚主要是为了提高结构的强度
C　
例9　C　窗板可以向上翻转，可知窗板与墙板之间的连接属于铰连接；窗台板和三脚架固定在墙板上，可知窗台板与墙板之间的连接属于刚连接；木棍是为了将窗板支撑而不是为了提高强度；支撑脚使售货亭中间部分有了受力点，可以确保售货亭的底部不至于受压过度变形而损坏，提高了结构的强度。
···
小明用两块高度一样的木块和若干张相同的卡纸进行了如图所示的试验，支撑木块的间距不变，下列分析中不正确的是（　　）
A.卡纸变形的情况虽然不同，但由于材料相同，所以结构的强度一样
B.通过该试验可以说明结构的形状影响结构的强度
C.由甲、乙两图比较可得拱形结构具有较强的抗形变能力
D.三个不同试验中三张卡纸的主要受力形式是一样的
A　
例10　A　该试验说明了结构的形状影响结构的强度，因此材料相同但结构形状不同，结构的强度也不同。
···
1．如图所示，设计相框底座时，为使放置相片后，整体仍能够稳定，设计时需要特别关注的是 （　　）
A. 底板的长度
B. 槽的深度
C. 槽的倾角
D. 支架与底板的连接方式
C
2．如图所示的户外铁质指示牌容易被风刮倒，下列措施中能提高指示牌稳定性的是 （　　）
A．增加指示牌的高度
B．减小支撑面
C．加重底座
D．增大支撑杆与框架的焊接面
C
3．下列三种梯子的设计中，主要不是从提高稳定性角度考虑的是 (　　)
A．图a款的锁扣设计 B．图b款的八字腿设计
C．图b款采用加厚铝合金为主要材料 D．图c款的横梁设计
C
4．下图所示是某款可折叠塑钢晾衣架。若要提高晾衣架的结构强度，下列措施中可行的是 （　　）
A．增大左右两个支撑脚的交叉角度
B．增加支撑杆的长度
C．在支撑脚底部增加橡胶套
D．晾衣杆改用内壁更厚的不锈钢管
D
4．D　A项，增大左右两个支撑脚的交叉角度影响结构的稳定性；B项，增加支撑杆长度无法提高结构强度；C项，在支撑脚底部增加橡胶套可增强结构的防滑性能；D项，增加材料厚度可提高结构强度。
5．下图是可调高度的笔记本电脑支架视图，当人的双手放在电脑键盘上时，会出现电脑明显下沉的问题，经检查，各连接节点牢固可靠，下列改进分析中合理的是 (　　)
A．加厚支撑杆用料，增加其抗弯强度
B．将支撑板加厚，增加其抗压强度
C．将支撑脚加长，扩大支撑面
D．将支撑杆加长，增加可调高度
A
5．A　“电脑明显下沉”说明该支架的强度不够，“各连接节点牢固可靠”说明构件之间的连接方式可靠，所以改进措施应着重放在改变结构形状和更换使用材料。C、D项的措施对强度无影响。支撑杆受力后下沉，说明强度不够，故应提高强支撑杆的抗弯强度。
6．下列部件中没有用到铰连接的是 （　　）
A
7．下列结构中，通过铰连接实现其功能的是 (　　)
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
D
8．某支撑横截面相等的钢梁结构中，梁的中间和两端同时受到力F 的作用。下列四种支撑方案中，从强度角度考虑，较合理的是 (　　)
B
9．如图所示的书桌在使用时容易向后翻倒，现要对其进行改进，下列措施中合理的是 （　　）
C
10．小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
11．下图所示为一款台灯，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。下列改进措施中合理的是 (　　)
A．增加支撑杆的长度
B．增加灯罩的质量
C．增加支撑杆的厚度
D．增加底座的质量
D
11．D　台灯容易翻倒说明稳定性不好，增加底座的质量，降低了结构重心，提高了稳定性;A、B项措施都升高了结构重心，使其稳定性更差;C项提高了结构强度，与稳定性无关。　
12．下图所示是用硬纸板制作而成的座椅，具有一定的强度，能承受一个成年人的重量。下列不属于影响座椅强度的主要因素和不适合用于该座椅中硬纸板之间连接的是 (　　)
A．硬纸板的强度;插接
B．硬纸板连接处的结构;胶连接
C．硬纸板与硬纸板之间的连接方式;纸箱钉连接
D．纸板椅座面的高度;螺钉连接
D
12．D　影响结构强度的三个要素为结构的形状、使用的材料、构件间的连接方式。因此，A、B、C项均影响座椅强度。D项，座面的高度影响重心的高低，对稳定性有影响。选取连接方式及连接件要考虑纸板的材料特性，螺钉连接适合较硬的材质之间的连接。
13．[2022浙江学考]如图a所示的行李箱，需要时拉开支撑腿，儿童可坐在座位上；把箱体拆下，也可单独作为手推车使用（如图b所示）。下列分析中正确的是 (　　)
A．支撑腿能拉开和收拢，是由于支撑腿与箱体之间采用了刚连接
B．推拉行李箱时，推拉杆的受力形式仅受压或仅受拉
C．推拉杆设计成可伸缩结构，是为了提高推拉杆强度
D．横杆的设计，提高了手推车的稳固程度
D
13．D　A项，可折叠需采用铰连接；B项，受到箱体重力的作用，推拉杆会受弯曲；C项，可伸缩结构主要是为了方便收纳，对提高结构强度没有作用。
14．为了方便给同学们上网课，张老师制作了如图所示的手机拍摄支架。其中手机托架用薄铁板制作，其余构件采用未经刨平的木料，各部分用铁钉连接。下列说法中正确的是 (　　)
A. 用绳子连接A、B 处的钉子时，支架整体稳定性
比连接A、C 处时要好
B. 若去掉四颗自攻螺钉，支架的整体稳定性会更好
C. 为提高整体稳定性，可将立柱安装位置左移，使
支架自身重心投影落在支撑面中心
D. 连杆1 可用绳子替代
D
14．D　A 项，用绳子连接A、C 处时构成三角形结构，稳定性比连接A、B 处好；B 项，四颗自攻螺钉增强了支架的稳定性；C 项，为提高整体稳定性，可将立柱安装位置左移，使支架自身重心投影落在支撑面中心偏左的位置，而不是支撑面中心；D 项，连杆1受拉，故可用绳子替代。
15．[2022浙江学考]如图所示的金属材质椅子，在使用过程中椅脚发生明显变形，下列小明提出的改进方案中较优的是 (　　)
B
15．B　使用过程中椅脚发生明显变形，因此要提高前后和左右的强度。
16．[2024浙江学考]］如图所示的木质梁柱结构，梁需承受力F 的作用。小明构思了下列四种梁与柱的连接方案，从结构强度考虑，最佳方案是 (　　)
C
16．C　观察选项结构可知，C 项的连接处最厚，抵抗纵向形变的能力最强。

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