高考資源網(wǎng)（） 您身邊的高考專家專題五 結(jié)構(gòu)與設(shè)計知識框架結(jié)構(gòu)與設(shè)計認(rèn)識結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的含義結(jié)構(gòu)的類型結(jié)構(gòu)的受力探析穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計簡單的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計案例結(jié)構(gòu)模型或原型的制作欣賞經(jīng)典的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計案例的評價復(fù)習(xí)要點 1能從力學(xué)角度了解結(jié)構(gòu)的概念，能對簡單的結(jié)構(gòu)實例進(jìn)行分類。 2能結(jié)合簡單的結(jié)構(gòu)案例，分析結(jié)構(gòu)是如何承受力的。 3理解結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素。 4將結(jié)構(gòu)的形狀、材料、連接方式等方面對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響運用到常見的設(shè)計，并對不同領(lǐng)域中的一些案例進(jìn)行分析、優(yōu)化和改進(jìn)。 5理解結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，能對一個簡單的對象進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪出簡單的設(shè)計圖紙。 6學(xué)會對結(jié)構(gòu)的設(shè)計案例進(jìn)行評價。重點提示 1結(jié)構(gòu)與設(shè)計從空間和力的角度來考慮設(shè)計。從力學(xué)角度看，結(jié)構(gòu)是指可承受一定應(yīng)力的架構(gòu)形態(tài)，結(jié)構(gòu)可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。 每個物體都有其特定的架構(gòu)形態(tài)，一個較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)由許多不同的部分組成、這些組成部分通常稱為構(gòu)件。當(dāng)構(gòu)件受到外力作用時，內(nèi)部各質(zhì)點之間的相互作用會發(fā)生改變產(chǎn)生一種抵抗的力，稱為內(nèi)力。應(yīng)力是構(gòu)件的單位橫截面上所產(chǎn)生的內(nèi)力，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一極限值時結(jié)構(gòu)就會遭到破壞。 構(gòu)件的基本受力形式有拉力、壓力、剪切力、扭轉(zhuǎn)力、彎曲力。有時，構(gòu)件可能同時受到幾種不同形式的力的作用。 要注意各種實體、殼體、框架結(jié)構(gòu)的受力特點，及其在設(shè)計中的仿生作用。 2結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在外力的作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。它是結(jié)構(gòu)的重要性質(zhì)之一，如果一個物體的結(jié)構(gòu)不能有效地抵御常見外力的作用，那么該物體是很難承受負(fù)載而保持平衡的。影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素有多種，對于一個在地面可移動的物體來說，主要是重心位置的高低、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐而的大小、結(jié)構(gòu)的形狀等。 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是指結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素是結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)構(gòu)的材料、構(gòu)件之問的連接方式等因素有關(guān)。 3結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的主要因素有：符合使用者對設(shè)計對象的穩(wěn)定性和強(qiáng)度的要求，安全因素，公眾和使用者的審美需求，使用者的個性化需要，對設(shè)計對象的成本控制要求和一定的使用壽命。 無論是機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計還是建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計，人們總是在滿足功能要求的情況下，追求用最少(或最輕)的材料組成結(jié)構(gòu)，同時追求結(jié)構(gòu)的剛度或強(qiáng)度的最大化。 不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的因素各有側(cè)重，但無論在哪一類用途的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，安全都是至關(guān)重要的因素。 4結(jié)構(gòu)欣賞主要從兩個方面來考慮。從技術(shù)的角度：結(jié)構(gòu)的使用功能實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固耐用結(jié)構(gòu)造型設(shè)計的創(chuàng)意和表現(xiàn)力，材料的使用的合理性，工藝制造的精湛程度等。從文化角度：結(jié)構(gòu)的文化寓意與傳達(dá)，公眾認(rèn)可的美學(xué)原則，反映時代、民族、習(xí)俗方面特征，結(jié)構(gòu)個性特征等。例題解析 【例l】 吊扇在啟動瞬間，吊桿的主要受力形式有( ) 拉力 壓力 剪切力 扭轉(zhuǎn)力 A B C D （分析） 本題考查“構(gòu)件受力的形式”。構(gòu)件基本受力形式主要有拉力、壓力、剪切力和扭轉(zhuǎn)力等。拉力：物體所承受的拉拽力；壓力：擠壓物體的力；剪切力：兩個距離近、大小相等、方向相反且作用于同一物體上的平行力；扭轉(zhuǎn)力：反方向?qū)ξ矬w兩端均勻施力，使物體發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變的力。很多時候，構(gòu)件可能同時受到幾種不同形式的力的作用，吊扇在剛剛啟動的過程中，吊桿要克服吊扇的拉力、電扇啟動時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力。 答案：A 【例2】如圖是錢塘江大橋，從結(jié)構(gòu)的形態(tài)來看，橫跨于兩個橋墩之間的橋梁所屬的結(jié)構(gòu)類型是( ) A實體結(jié)構(gòu) B框架結(jié)構(gòu)C殼體結(jié)構(gòu) D組合結(jié)構(gòu) （分析）本題考查“結(jié)構(gòu)的類型”。結(jié)構(gòu)一般分為三種基本類型：實體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)。大多數(shù)現(xiàn)代建筑物的結(jié)構(gòu)是由若干種基本結(jié)構(gòu)類型組合而成的。錢塘江大橋的橋墩是實體結(jié)構(gòu)，橫跨橋墩之間的橋梁是框架結(jié)構(gòu)。答案：B 【例3】 如圖所示為一張學(xué)生制作的小木凳。小木凳腳架之間采用的連接方式是( ) A鉚接 B鉸連接 C榫接 D焊接 答案：C （分析）本題考查“構(gòu)件連接的類型”。構(gòu)件的連接類型比較多，金工有鉚接、焊接、膠接等；木工有榫接、釘接等；按連接后的活動效果可分為鋼連接、鉸連接。小木凳的四支腳架由幾根橫木段通過榫接而成。 【例4】案例分析題 如圖Z-5-3，從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的角度分析塑料板凳的凳腳設(shè)計成凹凸形狀而不是簡單的平直形狀。 提示 塑料板凳的凳腳設(shè)計成半凹凸形，主要是為了提高凳腳強(qiáng)度。 (分析) 本題考查“構(gòu)件的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)的形狀有關(guān)”。設(shè)計成凹凸形狀抗壓強(qiáng)度提高。自主練習(xí) 一、基本題1如圖所示是竹、木混合材質(zhì)的躺椅，其結(jié)構(gòu)類型主要體現(xiàn)為( ) A殼體結(jié)構(gòu) B實體結(jié)構(gòu) C框架結(jié)構(gòu) D其他結(jié)構(gòu)2一輛汽車停在一座橋上，橋梁承受來自汽車的( ) A壓力 B拉力 扭轉(zhuǎn)力 D剪切力3一根材質(zhì)勻稱的木質(zhì)橫梁，長25m，截面規(guī)格為30cm20cm，兩端架在相距為2m的支撐墻上如按豎擺和橫擺兩種方式(如圖Z-5-5所示)擺放，則木質(zhì)橫梁的承重(上往下壓)能力( )A如甲圖所示豎擺方式承重大B如乙圖所示橫擺方式承重大C一樣大D不確定4“康師傅”礦泉水的瓶子外形結(jié)構(gòu)如圖甲所示，A、B兩處是礦泉水瓶殼的不同結(jié)構(gòu)A處有內(nèi)環(huán)圈，B處沒有。則A、B兩處抵抗外界向內(nèi)擠壓(如圖乙)的能力( )AA處比B處大BB處比A處大C不能確定D一樣大 5一顆高4m、樹干直徑約10cm的樹移植到另一處，為了抵消外力對樹的影響，采用細(xì)鋼絲或竹竿固定，下列方法最不能達(dá)到目的是( )A用單根竹竿固定 B用三根竹竿固定 用兩根鋼絲固定 D用三根鋼絲固定6. 如圖Z-5-7所示為可移動的籃球架，為了使籃球架前運動員更加安全，現(xiàn)需要增加穩(wěn)定性，實施有效穩(wěn)定性的方法有( )A增加底座后部面積C. 底座后部加重B. 減輕底座后部質(zhì)量D減少底面積7古塔一般為磚木結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不是由下列因素決定的( ) A塔基的面積 B塔身高度 建造塔所用的材料 D塔周圍風(fēng)的大小8評價題小明設(shè)計了一種日光燈的安裝方案，由于房間層高比較高為安裝方便，小明采用懸吊方案，設(shè)計圖如右下圖所示只用一個掛鉤，再通過尼龍繩與日光燈架連接。請指出該設(shè)計的不足之處并提出改進(jìn)方案。9試驗題 如下圖是學(xué)生用木材制作的衣帽架，連接方式有榫接、釘。根據(jù)設(shè)計要求，高度不低于lm，至少能掛四件衣服(每件約1kg)?，F(xiàn)在要測試其穩(wěn)定性，請設(shè)計一個測試方案。10分析題過去農(nóng)村地區(qū)人們用木制水桶在深井打水，常常要在水桶口的邊緣綁上一個小重物，水桶降到水面時能自動側(cè)翻，方便水桶進(jìn)水請根據(jù)所學(xué)的知識從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析這一做法。11分析題 如圖所示是意大利比薩斜塔。該塔向南傾斜大約5.5這意味著斜塔第七層的柱子比第一層要探出大約4.5m，但它沒有倒塌。請分析比薩斜塔沒有倒塌的主要原因 二、拓展題12農(nóng)用三輪車在轉(zhuǎn)彎時，由于支撐面積小，比四輪車更易側(cè)翻，為了保證行車安全，一般行駛中應(yīng)該注意的是( ) A盡量將物品放在兩側(cè) B盡量將重物擱在后面 彎道上快速行駛 D彎道上放慢速度13材質(zhì)相同、長度相同、截面積相同，但截面形狀不同的直桿件，在桿件兩端分別施加拉力和壓力，則下列說法正確的是( )A抗拉能力一定不同，抗壓能力有可能不同B抗拉能力一定相同，抗壓能力有可能不同C抗拉能力一定不同，抗壓能力有可能相同D抗拉能力一定相同，抗壓能力一定相同14如圖為一衛(wèi)星整流罩的主視圖。衛(wèi)星整流罩的主要作用是保護(hù)衛(wèi)星不受外界影響免受各種氣動力、氣動加熱的作用。從結(jié)構(gòu)的類型來看，整流罩屬于( ) A實體結(jié)構(gòu) B殼體結(jié)構(gòu) C框架結(jié)構(gòu) D組合結(jié)構(gòu)15如下靠上邊圖是一張四腳小方凳的直觀圖及視圖，由于天氣干燥，榫接部位松動，出現(xiàn)左右擺動，小明準(zhǔn)備用方木條、鐵釘為原材料進(jìn)行加固如下靠下邊圖所示，效果最好的方法是( )16如右圖椅子的腳粗細(xì)不一，一個人坐上去之后，關(guān)于A、B兩處應(yīng)力的 大小，下列說法正確的是( ) A A處應(yīng)力大B處應(yīng)力小 BA處應(yīng)力小，B處應(yīng)力大 C A、B兩處的應(yīng)力一樣大 DA、B兩處的應(yīng)力大小不能比較17下列因素對鋼筋混凝土電線桿的穩(wěn)定性影響最大的是( ) A電線桿的直徑 B電線桿在地面處的截面積 C電線桿周邊風(fēng)的大小 D電線桿地下的深度18懸索橋上的繩索除了承受自身的重力外，主要是承受( ) A壓力 B扭轉(zhuǎn)力 C剪切力 D拉力19設(shè)計題如圖所示，一個廠家生產(chǎn)的鐵質(zhì)軸承座的模型，該產(chǎn)品在工作時軸承座上方圓柱孔受力較小，且孔的內(nèi)壁各處受力最大值相近。由于近年來鋼材價格猛漲，為降低原材料成本，請你對軸承座的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并將優(yōu)化的方案用草圖表達(dá)。20分析題 大跨度承受壓力一般用“人”字形梁，其結(jié)構(gòu)形狀如圖所示，主要由四個桿件AB、AC、BC和AD組成，A、B、C為結(jié)點。AD為鋼筋，桿件AB下方由螺栓擰緊。當(dāng)A點承受向下的壓力時，分析“人”字形梁構(gòu)件AB、BC所受的主要外力，說明哪個構(gòu)件更適合用鋼筋。21分析題 如圖，路燈立柱與底盤接頭，試分析三角狀筋板的作用。22分析題如圖馬達(dá)通過皮帶帶動軸轉(zhuǎn)動，從力的角度分析軸AB的主要作用。專題五 結(jié)構(gòu)與設(shè)計1C 2A 3A 4A 5 A 6C 7D8.由于日光燈與掛鉤之間不是采用鋼連接且只有一個掛鉤，日光燈容易轉(zhuǎn)動，改進(jìn)方案見右圖。9試驗方案可設(shè)計兩塊內(nèi)容：(1)測試能否達(dá)到設(shè)計要求。，根據(jù)設(shè)計要求，衣帽架至少能掛四件衣服(約1 kg)，那么在各橫架外側(cè)至少應(yīng)能掛上l kg以上的重物。在衣帽架上方各橫架外側(cè)掛l kg重物，若翻倒，穩(wěn)定性差，達(dá)不到設(shè)計要求。(2)測試衣帽架能否達(dá)到較高要求。如果測試能達(dá)到設(shè)計要求，那么可測試衣帽架能否達(dá)到更高的穩(wěn)定性要求，如在各橫架外側(cè)掛5 kg的重物，看結(jié)果能否翻倒。 試驗內(nèi)容 試驗結(jié)果 穩(wěn)定性 1 在上方各橫架外側(cè)掛 l kg重物 2 在上方各橫架外側(cè)掛 5 kg重物10在水桶口的邊緣綁上一重物，改變水桶重心，降低穩(wěn)定性，使水桶在水面易側(cè)翻。11比薩斜塔不倒的主要原因是其重心的投影點還落在支撐面內(nèi)其次斜塔本身具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可以抵抗因傾斜而造成的彎曲應(yīng)力，12 D 13B 14B 15C 16 B 17 D 18 D19用最少的原材料并達(dá)到設(shè)計要求，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計追求的日標(biāo)。對軸承座的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有多種方案，右圖是其中一例。20.構(gòu)件AB所受的主要外力是壓力，構(gòu)件BC所受的主要外力是拉力；鋼筋抗拉能力強(qiáng)，大跨度抗壓能力差，故構(gòu)件BC更適合用鋼筋。21電線桿與底盤采用剛連接，由于連接面積小，應(yīng)力大，連接處容易斷裂。加三角狀筋板，主要是提高連接處的強(qiáng)度，更好地抵抗外力。22抵抗彎曲(抵抗皮帶上的拉力)；傳送扭轉(zhuǎn)力。- 9 - 版權(quán)所有高考資源網(wǎng)