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结构与设计
Structure
第一单元
一、常见结构的认识
了解结构的含义
从力学的角度理解结构的概念和一般分类
能结合1-2种简单的结构案例，分析结构是如何承受力的。
重点：结构与力、结构的类型
结构（Structure）
：是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。
1：由此概念，你可以想到什么结构？
世界上任何事物都存在结构，结构多种多样且决定事物存在的性质。
结构设计在日常生活中处处可见，如在大自然界雀鸟的羽毛，人类的骨骼结构，这些都是结构设计应用的好例子
蜂巢
蜂巢由工蜂筑造
蜂巢的结构用材最少，容积最大
蜂房是六角形的，0.073毫米的巢壁，蜂房微微向内倾斜，排列成行，但彼此嵌合得天衣无缝，构成一个整体，牢固无比。重40克的蜂房，却能容纳2000克蜜蜂。
蜂巢的结构精巧又美观
恐龙
恐龙的身体非常重，体积也很大。它的中心在腰部，整个身体的上部就像一座拱桥。
结构如：
1、自然界中物体的结构：鸟巢、蜂窝、蜘蛛网、大树、动物的身体与器官等；
2、生活中的飞机、汽车、楼房、桥梁等
3、抽象的结构如语文科的小说、诗词等，人员结构、计算机方面的数据结构等……
→人类创造物体的结构
→社会领域中的结构
结构与力
从力学角度来说，结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。
基本的结构力学行为分为轴力、剪力、弯矩、扭力四种力学行为，其余的行为，也大都是这四种力组合而成。
轴力（压力、拉力）
剪 力（剪切力）


轴力就是轴向的力，受力物体会隨着轴向的力伸長或缩短。
受剪力的物体，会隨着剪力的方向变形!
弯 矩（弯曲力）
扭 力（扭转力）


弯矩也就是力矩啦!受到弯矩的東西会两端弯曲。
简单来说，早上起床拧干毛巾的力就是扭力啦!
轴力、剪力、弯矩、扭力四种力学行为
1.拉力
2.压力
3.剪切力
4.扭转力
5.弯曲力
？2：请连线，把左右对应的项目连接起来：
A.作用于物体，使它产生弯曲的力
B.两个矩离很近，大小相等，方向相反，且作用于同一物体上的平行力
C.挤压物体的力
D.物体所承受的拉力
E.反方向向物体两端均匀施力，使物体发生扭转形变的力
桿
梁
柱



承受轴方向的压力与拉力
承受弯矩
基本的结构元件
结构力学最基本的元件，分为『桿』 『梁』 与 『柱』三种,分別有其不同的力学行为与作用。在了解这些结构原件的基本行为后，我们就可以依照这些行为与特性去做结构分析与结构设计。下面以表格的方式，详细的与叙述与比较其个别的行为。
结构原件的比较
承受压力与弯矩
结构分析
结构分析是土木工程中很重要的一环，說实在的也是相當的专业与艰涩。
分解成结构元件 基本上，要分析一个结构体，必须先将复杂的结构体，分为许多小的结构组件, 再一一地将它分析出来。
分析结构的受力情况时，
首先要清楚组成结构的构件受到哪些力的作用；
其次要清楚在这些力的作用下，构件能否安全、可靠地工作。
2：指出下列结构可以抵抗来自外界哪些方面的作用力：
建筑物的窗户：
课桌：
硬纸包装箱：
抵抗来自建筑物墙的正向和侧向的压力、风的作用力，及其自身的重力
承受来自桌面物体的压力和它自身的重力等
承受箱内物体的重力、箱内物体向外的挤压力以及自身的重力等
结构分析的方法 (1)
房屋结构
在分析简单的房屋结构时,是将房子的结构分成梁,柱等简单的结构原件, 再进行分析
结构分析的方法 (2)
桥梁结构
分析桥梁结构时,是将桥梁结构分成梁,柱等简单的结构原件, 再去进行分析
结构力学应用于日常生活中
火车站上盖
书架
古典建筑
材料形状对结构影响
不同形状材料对结构有一定影响。
车顶支架
单车车轮
书架和椅子
盛载食物的胶盒
在面上加上凹凸坑纹，令结构更坚固。
3、结构的类型
实体结构：指结构本身是实心的结构；
框架结构：指结构体由细长的构件组成的结构；
壳体结构：指层状的结构；
3.1实体结构：受力特点：外力分布在整个体积中，如实心墙、大坝等
八达岭长城
3.2框架结构：特点：支撑空间而不充满空间，如铁架塔、厂房的框架等
房屋框架结构
3.3壳体结构：外力作用在结构体的表面上，如头盔、贝壳、飞机外壳等
物体结构 实体结构 框架结构 壳体结构 组合结构 受力特点
栅栏
圆形陶瓷装饰品
冰山
高层建筑的穹顶
钢化玻璃锅盖
竹排
汽车外壳
人的头盖骨
古罗马斗兽场
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练习：当出现交通事故时，摩托车手的头盔是如何避免外力对头骨的撞击的？汽车的安全气囊又是如何保护驾驭员的？
参考：摩托车手头盔的某一部位受到一个大的撞击力，由于头盔的壳体结构，使得所受力迅速分布到其表面，形成整个头盔表面均匀受力，而不是某一点受很大的力……
当汽车前端发生强烈碰撞时，安全气囊就会瞬间从汽车方向盘内弹出来，垫在方向盘与驾驭者之间，防止驾驭者的头部和胸部撞击到方向盘或仪表板等硬物上。除了驾驭员侧有安全气囊外，有些汽车前排也安装乘客用的安全气囊……
小试验：
了解壳体结构的受力情况。

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