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1.2 稳固结构的探析
普通高中通用技术课程《技术与设计2 》
第一单元 结构与设计
台风过后的灾害
打破原有的平衡状态出现了不稳定现象
一、结构与稳定性
04年5月23日，巴黎戴高乐机场2Ｅ候机厅顶棚发生坍塌事故，事故原因：金属构件本来也负担着顶棚的重量，但弧度结构上的裂痕使这个构件逐渐穿过了顶棚，不再支撑数十吨重的顶棚，最终导致拱形顶棚发生坍塌。
1、稳定性：结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。
马上行动：下表物体受到哪些力 不稳定原因
物体 受到的外力 不稳定的主要原因
广告牌
落地灯
底小口大的空竹篓
风的推力
碰撞
碰撞
与地面的接触面积较小
重心过高
受力面积过大而支撑面积较小
一、结构与稳定性
2、影响结构稳定性的因素：
（1）重心位置的高低
落地扇的底座
一、结构与稳定性
思考：落地扇为什么不易倾倒？
答：落地扇的底座采用较重的材料，风扇比底座轻很多，使落地扇的重心降低。
思考：不倒翁为什么会不倒？如果在它脖子上挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗？
不倒翁
分析：不倒翁的重心很低，就在它与地面的接触点上，所以不倒，如果往它的脖子挂上铁环，它的重心位置升高了，当铁环达到一定数量时，不倒翁就不在是不倒翁。
比萨斜塔(CAMPANILE DI PISA)是世界建筑史上的一大奇迹。由于塔身压力过重和地质松软，南面的地基比北面约低２米。在施工期间塔身既出现轻微倾斜，随着工程的进度，倾斜度不断增加。到塔身建到第三层时，可明显看出倾斜，曾一度停工。一百多年以后，经工程师托马索·皮萨诺精心测量和计算，证明比萨斜塔虽倾斜，但不会倒塌，使工程继续按原设计继续施工，直到竣工。
重心点的垂线位置，落在结构底面的范围内
（1）结构的稳定性与重心位置的高低有关
2、影响结构稳定性的因素：
小资料（中国的斜塔）：辽宁瑞州古塔，现存塔身高10米，塔身向东北方向倾斜12度，塔尖水平位移1.7米。该塔建成之后虽几经地震与洪水破坏，却始终斜而不倒，堪称奇迹。
（2）结构的稳定性与支撑面积的大小有关
思考：为什么大坝的横截面总是建成梯形的？
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，稳定性就越好。
比如许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜，这就是为了进一步增大与地面接触所形成的支撑面积，增加稳定性。
可见结构的稳定性与支撑面积大小有关！
（3）结构的稳定性与它的几何形状有关
照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状？
照相机的支撑架
因为三角支架与地面有三个接触点，形成的三角形结构使照相机的支撑架更容易稳定。
通过上面的分析，我们知道，结构的稳定性与它的的几何形状有关。
补充（三角形稳定性的应用）：建筑中广泛运用了三角形的稳定性。房子、桥梁的桁架大多都是由多个三角形构成的。
（2）结构与地面接触所形成的支撑面的大小
（3）结构的形状
（1）重心位置的高低
2、影响结构稳定性的因素：
案例分析：静态的自行车是如何保持稳定的？
双脚支撑
单脚支撑
它们都构成三点支撑形式，自行车的重心落在支撑面内所以是稳定的。
运动中的自行车只有2个支撑点却不倒下，为什么
探究：
因为人和自行车的重心在一条直线上,自行车不管往哪个方向歪,只要人和自行车重心保持一致,自行车就不会歪倒。
本探究意在说明运动状态下与静止状态下自行车的稳定条件不同。
其他应用：
候风地动仪
小结：
1.2 稳固结构的探析
一、结构与稳定性
1、稳定性：结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。
2、影响结构稳定性的因素：
（1）重心位置的高低
（2）结构与地面接触所形成的支撑面的大小
（3）结构的形状
2 结构与强度
结构的强度(Strength)是指结构具有抵抗被外力破坏的能力.
海啸
大坝
拔河
绳子的强度
普洱地震
唐山地震
事件 结果 主要原因
分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加相同质量的重物
沿着垂直中心线的方向撞击一根完整的钢管与用同样的方法撞击一根中间有焊接缝的钢管
脆性塑料杆易断
中间有焊接缝的钢管易断
不同材料的抗拉性能不同
结构的连接方式不同
马上行动：根据生活经验填写。
二、结构与强度
2、影响结构强度的主要因素：
二、结构与强度
2、影响结构强度的主要因素：
（1）结构的形状
二、结构与强度
2、影响结构强度的主要因素：
（1）结构的形状
钻石与石墨的结构
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。
小试验：不同结构形状的强度的对比
试验目的：测试并比较不同结构外形的结构强度
试验准备：2张同样大小的纸、粉笔若干
试验过程：1、一张纸平铺，一张折成波浪形
2、分别在两张纸上放置粉笔，并观察记录
试验记录：波浪形纸上放置的粉笔多
试验结论：不同结构形状直接影响结构的强度
2、影响结构强度的主要因素：
（2）结构的材料
混泥土擅长抗压力，而钢筋擅长抗拉力
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。
2、影响结构强度的主要因素：
（3）构件之间的连接方式
榫接
胶接
焊接
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。
三、结构与功能
结构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。
生活实例
三、结构与功能
小结：
1.2 稳固结构的探析
二、结构与强度
1、强度：结构具有抵抗被外力破坏的能力。
2、影响结构强度的因素：
（1）结构的形状
（2）结构的材料
（3）构件之间的连接方式
三、结构与功能
活动：扑克牌简易结构的制作
试验要求：
A、每小组用6张扑克牌 ，制作一个简易结构；
B、形状不限，高度为扑克牌的宽度（55mm）。
试验目的：比较不同形状的扑克结构承受压力的大小。
试验准备：1、六张扑克牌。
2、用杠铃片作为加压的重物。
试验工具：剪刀等。

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