内容正文:
第一单元 结构及其设计
第1节 常见结构的认识
(1)结构的概念:结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。
(2)结构的特点:结构是普遍存在的,不同的事物往往有不同的结构。
(3)结构的存在:
①世界上任何事物都存在结构,结构多种多样且决定着事物存在的性质。
②结构在自然界、技术领域、社会领域中均普遍存在。
(4)合理结构的重要性:结构方面存在一个小缺陷就可能导致重大事故的发生,因此,合理的结构是事物存在的基础,卓越的结构是设计者和制造者共同的追求。
(1)结构的力学概念:从力学角度分析,结构是指________________的架构形态,它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。
(2)构件的概念:一个较复杂的结构由许多不同的部分组成,这些组成部分通常被称为_________。
(3)结构受力情况的分析:
①首先要清楚组成结构的构件受到哪些力的作用。
②其次要清楚在这些力的作用下,构件能否安全、可靠地工作,也就是对构件进行______________的分析。
(4)根据构件的受力和变形的形式,可以将构件的受力与变形分为_________、 __________、__________、__________、__________这五种基本形式。
可承受一定力
构件
承载能力
受拉
受压
受剪切
受弯曲
受扭转
拉力
压力
相反
转向
(1)结构的分类多种多样,从形态方面考虑,通常有实体结构、框架结构和壳体结构等基本类型。
①实体结构:通常是指结构体本身是______的结构,如实心墙、大坝等。
②框架结构:通常是指结构体由_______________组成的结构,其构件的几何特征是横截面尺寸比长度小得多,如铁架塔、建筑用脚手架、厂房的框架等。
③壳体结构:通常是指_______的结构,其几何特征是是厚度比长度和宽度小得多,如摩托车头盔、飞机外壳等。
(2)在生产和生活中,很多物体的结构是由两种或两种以上的基本结构类型组合而成的。
实心
细长的构件
层状
下列选项中,受自然界结构启发而产生的是 ( )
D
例1 D 中国国家大剧院是壳体结构,受自然界的蛋壳结构启发而产生。
请分析下列案例,完成任务(1)~(5)。
(1)图a 所示的秋千架中,挂在横梁上的铁链主要的受力形式为 。
(2)图b 所示的木板已被G 形夹压紧,此时G 形夹压头主要的受力形式为 。
(3)图c 所示为运动员在进行跳水项目比赛,此时跳板主要的受力形式为 。
(4)图d 所示为起重机吊钩的受力示意图,其中销钉主要的受力形式为 。
(5)图e 所示为驾驶员在控制汽车转弯,此时汽车方向盘的转向轴主要的受力形式为 。
受拉
受弯曲
受剪切
受扭转
受压
请写出下列常用工具、设备中构件的主要受力与变形形式。
扭转
弯曲
拉
弯曲
压
弯曲
弯曲
拉
扭转
拉
弯曲
压
弯曲
弯曲
压
扭转
扭转
请写出下列常见结构模型中构件的主要受力与变形形式。
压
弯曲
压
弯曲
拉
弯曲
扭转
拉
弯曲
弯曲
剪切
压
压
压
拉
弯曲
弯曲
拉
压
剪切
剪切
下图为鸡蛋受力试验图,压力测试仪显示三个鸡蛋能承受很大的压力。从结构角度分析,下列案例中与此试验原理相同的是 ( )
C
例5 C 案例中鸡蛋是壳体结构,试验利用了壳体构抗压能力强的原理。A项,比萨斜塔是组合结构;B项,柱子是实体结构;C项,头盔是壳体结构;D项,自行车车架是框架结构。
下图所示为杭州亚运会主场馆的“大莲花”,它被设计成莲花花瓣造型,除了有实心柱和墙面外,还有曲面的玻璃幕墙和钢架结构环梁来承重,其上覆盖以“铝镁锰板”为材料的“花瓣”,采光效果和隔尘效果都非常好。“大莲花”内部的实心柱和墙面属于________结构;钢架结构环梁属于________结构;以“铝镁锰板”为材料的“花瓣”属于________结构,此类结构用层状结构来受力。下列选项中正确的是( )
A.壳体 框架 实体 B.壳体 框架 组合
C.实体 框架 壳体 D.实体 壳体 框架
C
例6 C 实体结构通常指结构体本身是实心的结构;框架结构指结构体由细长的构件组成的结构;壳体结构通常是指层状的结构。
下图为钢筋混凝土横梁的受力变形示意图。由于混凝土擅长抗压力,而钢筋擅长抗拉力,为了合理利用钢筋,下列对横梁的分析中正确的是 ( )
A.上部弯曲的程度比下部大,应在上部布置粗钢筋,下部布置细钢筋
B.上、下都受弯曲,应在上部和下部布置相同的钢筋
C.上部受压,下部受拉,应在上部布置细钢筋,下部布置粗钢筋
D.上部受拉,下部受压,应在上部布置粗钢筋,下部布置细钢筋
C
例7 C 横梁整体受弯曲,梁的上部受压,下部受拉。
所以应在上部布置细钢筋,混凝土的比例高,抗压;下部布置粗钢筋,钢筋的比例高,抗拉。
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