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第一章 结构与设计


通用技术 必修2

技术与设计2
2014年2月

第一章 结构与设计
? 第一节 初识结构 ? 一、结构实例展示

? 原子球(Atomium):为比利时1958年在此地的展 览中心举办的布鲁塞尔博览会所设计的标志建筑。 设计者希望通过这一巨大的建筑表达微小的原子 概念,并显示人类和平利用原

子的前景。构思来 源于原子结构图,九个巨大的金属圆球由粗大的 钢管连接构成一正方体图案。正方体的大小相当 于放大了1650亿倍的铁的正方体晶体结果。八个 圆球位于正方体的八个角,另一个圆球位于正方 体的中心。圆球直径18米,连接各个球间的钢管 每根长26米,直径3米。总重2200 吨,高102米。 可乘电梯到达离地100米高的顶端圆球观赏布鲁 塞尔的风景。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

英文名称:Eiffel Tower 法文名称:La tour Eiffel 别 称:巴黎铁塔 设 计 者:亚历山大· 居斯塔夫· 埃菲尔(Alexandre Gustave Eiffel) 建设用途:观景、餐厅 建设地点:法国巴黎战神广场 开工时间:1887年1月27日 开放时间:1889年5月15日 竣工时间:1889年3月31日 占地面积:1万平方米 建筑高度:约325米(含顶端天线) 建筑质量:约为11500吨 建筑层数:4层 灯 泡 数:20000个 铆 钉 数:259万个 结构形式:钢架镂空结构 投资单位:法国政府 建筑造价:745万7千法郎

? 仁川三只碗状建筑十分罕见,完全颠覆对建筑空间的一般性理解。它与 常见的建筑空间对平面楼层及天花略加改造不同,这个三只碗状建筑在 一块平坦的天花板之下,创造出一个崭新的自由曲面楼层。建筑要用作 展览场地,而平面天花板打从一开始就是作为一项展品来设计的,如此 一来,也就衍生出一套对建筑楼面而非天花板形状进行彻底改造的设计 方案。

? Cybertecture蛋形大厦 ? James Law 委托Vijay Associate建造一所办公大 厦,位于印度孟买.

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Sliding House滑动之家 位于伦敦,建筑团队dRMM所设计的一座移动房屋。整栋Sliding House 长 28米、并重50吨,由一个滑动的结构外壳罩在固定主体建筑上所组成,另外 还包括附属客房和花圃。其中最为特殊之处在于,就好像抽拉式的火柴盒一 样,这个mobile shell能够根据不同的需要,从而改变主体玻璃屋的采光,或 者说是开窗开门的位置。并且能够改变从外部看到的整体建筑效果,朴素的 木质Sliding element和内部猩红的墙壁造成强烈的对比,仅仅挪动一点,几 乎就能造成差之毫厘、“变”以千里的效果。

? Longaberger 篮大厦 ? 独特的建筑物,看起来像一个巨大的篮子,位于纽瓦克,俄亥俄州

第一章 结构与设计
? 二、结构的功能与分类 ? 1.结构的含义与功能 ? 结构是指物体的各组成部分之间的搭配和 排列,确定的搭配与排列决定了物体的性 质和形态。结构的各部分统称为构件。 ? 结构是为了承受力和抵抗变形,这就是结 构的本质。

第一章 结构与设计
? 2.常见结构的类型
? ? ? ? ? ? ①实心结构 特征:能承受较大的压力。 ②框架结构 特征:几何外形较复杂,能承受垂直和水平载荷。 ③壳体结构 特征:壳体内空,受力合理,形态稳定。

? 第二节 典型结构案例分析

板凳面 板凳腿 横牚

? 第二节 典型结构案例分析

? 第二节 典型结构案例分析

? 第二节 典型结构案例分析

? 第二节 典型结构案例分析

? 第二节 典型结构案例分析

? 第二节 典型结构案例分析

? 第二节 典型结构案例分析

? 第二节 典型结构案例分析

N

P

N

? 第二节 典型结构案例分析

N

P

N

? 第二节 典型结构案例分析

F N P

F N

第三节 结构的强度与稳定性
一、怎样理解“结实”和“稳”
自己看教材P21~23 ?举出生活中有关“结实”和“稳”的实例。

二、应力与强度
? 内力:外力使构件发生变形的同时,构件内部分子之间产生一种抵抗变形 的抵抗 力,称为内力。 ? 应力:单位面积上的内力,称为应力。

横截面积: S1=2mm2

绳1

绳2

横截面积: S2=10mm2

G=10N

G=10N

二、应力与强度
? 内力:外力使构件发生变形的同时,构件内部分子之间产生一种抵抗变形的抵 抗力,称为内力。 ? 应力:单位面积上的内力,称为应力 横截面积: S1=2mm2 分子之间产生的 内力:FN1=10N 绳1 绳2

横截面积: S2=10mm2
分子之间产生的 内力:FN2=10N

G=10N

G=10N

二、应力与强度
? 内力:外力使构件发生变形的同时,构件内部分子之间产生一种抵抗变形的抵 抗力,称为内力。 ? 应力:单位面积上的内力,称为应力 横截面积: S1=2mm2 分子之间产生的 内力:FN1=10N 绳1 绳2

横截面积: S2=10mm2
分子之间产生的 内力:FN2=10N

绳1中应力:

?1 ?

FN 1 10N ? ? 5 N / m m2 2 S1 2m m

G=10N

G=10N

二、应力与强度
? 内力:外力使构件发生变形的同时,构件内部分子之间产生一种抵抗变形的抵 抗力,称为内力。 ? 应力:单位面积上的内力,称为应力 横截面积: S1=2mm2 分子之间产生的 内力:FN1=10N 绳1 绳2

横截面积: S2=10mm2
分子之间产生的 内力:FN2=10N 绳2中应力:
?2 ?
FN 2 10N ? ? 1N / m m2 2 S 2 10m m

绳1中应力:

?1 ?

FN 1 10N ? ? 5 N / m m2 2 S1 2m m

G=10N

G=10N

二、应力与强度
? 内力:外力使构件发生变形的同时,构件内部分子之间产生一种抵抗变形的抵 抗力,称为内力。 ? 应力:单位面积上的内力,称为应力 横截面积: S1=2mm2 分子之间产生的 内力:FN1=10N 绳1 绳2

横截面积: S2=10mm2
分子之间产生的 内力:FN2=10N 绳2中应力:
?2 ?
FN 2 10N ? ? 1N / m m2 2 S 2 10m m

绳1中应力:

?1 ?

FN 1 10N ? ? 5 N / m m2 2 S1 2m m

G=10N
绳1中受力面积小,承受的应力 就大了,应力大了,变形就大了, 也就是抗变形能力小了,所以强 度就小了。

G=10N

二、应力与强度
? 内力:外力使构件发生变形的同时,构件内部分子之间产生一种抵抗变形的抵 抗力,称为内力。 ? 应力:单位面积上的内力,称为应力 横截面积: S1=2mm2 分子之间产生的 内力:FN1=10N 绳1 绳2

横截面积: S2=10mm2
分子之间产生的 内力:FN2=10N 绳2中应力:
?2 ?
FN 2 10N ? ? 1N / m m2 2 S 2 10m m

绳1中应力:

?1 ?

FN 1 10N ? ? 5 N / m m2 2 S1 2m m

G=10N
绳1中受力面积小,承受的应 力就大了,应力大了,变形就 大了,也就是抗变形能力小了, 所以强度就小了。

G=10N

绳2中受力面积大,承受的应 力就小了,应力小了,变形 就小了,也就是抗变形能力 大了,所以强度就大了。

三、影响结构强度的因素度
? 形状: 构成的形状略有改变,强度就会 改变。 ? 材料: 不同的材料有承受不同应力极限 的能力。形状相同,材料不同,强度就不同。 ? 材料的连接方式: 不同的连接方式,受力传递的方式和效果就不一样。 可以分为点连接、线连接、面连接等

从实现连接的形态看,力学结构实现连接的方式有:
连接方式 常见技术与方法
焊接、胶接 粘接、捆绑 钉连接, 螺栓、螺母 插头、插座规格 化、标准化,可 靠性好。

作用、特点
连接牢固,不需要再拆卸, 利于增加强度和稳定性。

个例

一体式

卯榫连接

挤压式

钉实、挤紧、压紧、扣紧、 车圈与车胎同 套紧。强度不如一体式, 轴套筒 但可再拆卸。 方便连接、拆卸,传递信 号可靠。 电路接插件

接插式

从被连接件间的状态关系看,力学结构实现连接的方式有:

连接方式
可相对运动 (活动) 不可相对运 动(刚性)

常见技术与方法

作用、特点
方便运动,灵活 传动,承受一定 的力

个例
人体关节, 自行车把与 车架。

链与键:润滑

准确配合

连接牢固

车圈与辐条

四、稳定性概念 ? 稳定指的不是状态绝对不变,而是指受干扰后,允许状态 有所波动,但当扰动消失后,能重新返回到原平衡状态, 则为稳定。不能回到原有平衡状态,为不稳定。

五、影响结构稳定性的因素
? 结构的形状: 与结构的支撑底面形状、底面面积有主要关系。

五、影响结构稳定性的因素
? 重心的高低会影响结构的稳定性。

第四节 学做结构设计
? 壁挂式简易衣帽架原型设计

第四节 学做结构设计
? 壁挂式简易衣帽架原型设计

第四节 学做结构设计
? 壁挂式简易衣帽架原型设计

第四节 学做结构设计
依据学过的结构与设计的技术原理(结构的强度和稳定 性),每两人一组,设计并制作完成一件作品。 具体要求如下: 1.组内讨论,提出初步设想(1课时) 结合生活中的实际问题,提出1~2个初步的设计方案, 经过认真分析研究,结合本组的实际情况,确定出一个切实 可行的方案。 2.确定出具体的设计方案: (1课时) ? 选用什么材料?(统一提供5mm厚的模型版) ? 利用什么结构方式? ? 采用的连接方式?需要的配件。 ? 作品的外观尺寸(最大尺寸不超过20cm)。 ? 画出草图,作必要的改进,确定方案。

第四节 学做结构设计
? ? ? ? ? ? 3.完成设计制作(1课时) 绘制出正规的结构图,表明尺寸。 计算用料,下料制作。 组装并完成制作。 4.优化与评价(1课时) 对作品进行检验,看是否达到了设计要求。 对作品进行优化。 撰写使用说明书。 5.提交作业评定成绩 该作业占本学期成绩的50%。


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