1.2 稳固结构的探析1.2 稳固结构的探析福建霞浦六中 肖晓阳福建霞浦六中 肖晓阳

第一节结构与稳定性

第一节结构与稳定性

结构稳固的因素有哪些？结构稳固的因素有哪些？

结构的稳定性结构的稳定性

结构的强度结构的强度

福鼎国资寺

浙江苍南

浙江苍南

浙江苍南

06 年桑美台风破坏场景分析：稳定性不够还是强度不够？06 年桑美台风破坏场景分析：稳定性不够还是强度不够？

结构的稳定性是指结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力，它是结构的重要性质之一。

结构的稳定性是指结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力，它是结构的重要性质之一。

（ 1 ）结构的稳定性（ 1 ）结构的稳定性

（ 2 ）影响结构稳定性的因素（ 2 ）影响结构稳定性的因素

试验结论 1 ： 支撑面的大小是影响结构稳定的因素之一：

支撑面越大，稳定性越好。

试验结论 1 ： 支撑面的大小是影响结构稳定的因素之一：

支撑面越大，稳定性越好。

【探究试验 1 】怎样将课本竖立起来？这个试验说明什么？

【探究试验 1 】怎样将课本竖立起来？这个试验说明什么？

仰韶文化的尖底瓶，是否违背支撑面大稳定的原则？

仰韶文化的尖底瓶，是否违背支撑面大稳定的原则？

【问题探讨】【问题探讨】

1 、利用尖底不稳，可以使瓶子很容易倒伏，以便汲水； 2 、尖底插入土中可以立稳；也可以挂在墙上。

1 、利用尖底不稳，可以使瓶子很容易倒伏，以便汲水； 2 、尖底插入土中可以立稳；也可以挂在墙上。

【问题探讨】【问题探讨】

古人制作的陶鬲为什么采取三只脚的形制而不是四只脚？

古人制作的陶鬲为什么采取三只脚的形制而不是四只脚？

野外地不平，陶鬲如果制成四只脚，往往只能三只脚着地，这样，它的重心易偏移出支撑面，稳定性也就差了 。

野外地不平，陶鬲如果制成四只脚，往往只能三只脚着地，这样，它的重心易偏移出支撑面，稳定性也就差了 。

针对 P12 有关照相机三脚架稳定性的论述，你有何看法？针对 P12 有关照相机三脚架稳定性的论述，你有何看法？【问题探讨】【问题探讨】

相机采用三脚架的原因： 1 、便携； 2 、适应野外地面不平的情况（四脚反而不易平稳）； 3 、省材。

桌子采用四腿的原因：室内地平，四腿能同时着地，四腿的形制支撑面大于三只腿。

相机采用三脚架的原因： 1 、便携； 2 、适应野外地面不平的情况（四脚反而不易平稳）； 3 、省材。

桌子采用四腿的原因：室内地平，四腿能同时着地，四腿的形制支撑面大于三只腿。

【想一想】支撑面大而稳定的原理有哪些应用？【想一想】支撑面大而稳定的原理有哪些应用？

阿联酋迪拜塔（世界第一高楼） 埃菲尔铁塔

【试验活动 2 】不破坏外形结构，怎样让空矿泉水瓶站得更稳？

【试验活动 2 】不破坏外形结构，怎样让空矿泉水瓶站得更稳？

【问题】矿泉水瓶装半瓶水站的稳定还是装满瓶水站的稳定？怎样检验？

【问题】矿泉水瓶装半瓶水站的稳定还是装满瓶水站的稳定？怎样检验？

试验结论 2 ： 重心的高低是影响结构稳定的因素之一：

重心越低，稳定性越好。

试验结论 2 ： 重心的高低是影响结构稳定的因素之一：

重心越低，稳定性越好。

【想一想】重心低而稳定的原理有哪些应用？【想一想】重心低而稳定的原理有哪些应用？

【马上行动】 p12 分析人字梯如果没有中间的拉杆会怎样？这一例子说明结构的稳定性还与什么因素有关？

【马上行动】 p12 分析人字梯如果没有中间的拉杆会怎样？这一例子说明结构的稳定性还与什么因素有关？

【回顾】三角形具有稳定性，平行四边形不稳定。

【回顾】三角形具有稳定性，平行四边形不稳定。

【阅读】 P15几何不变体系与几何可变体系

【阅读】 P15几何不变体系与几何可变体系

【分析】右图的门为什么制作成这样？

【分析】右图的门为什么制作成这样？

推断结论 3: 结构的稳定性与结构的形状有关。

推断结论 3: 结构的稳定性与结构的形状有关。

为什么大坝的横截面总是建成梯形的？为什么大坝的横截面总是建成梯形的？

【想一想】【想一想】

结 论结 论

影响结构稳定性的因素：影响结构稳定性的因素：

重心位置重心位置

支撑面积支撑面积

结构形状结构形状

—— 重心越低越稳定—— 重心越低越稳定

—— 支撑面积越大越稳定—— 支撑面积越大越稳定

—— 三角形具有稳定性—— 三角形具有稳定性

【想一想】比萨斜塔为什么不倒塌？

【想一想】比萨斜塔为什么不倒塌？

【游戏】侧身靠墙，一脚紧贴墙根，另一脚离地，力求站稳。

【游戏】侧身靠墙，一脚紧贴墙根，另一脚离地，力求站稳。

（ 3 ）静态结构稳定的基本条件—— 重心所在点的垂线落在支撑面内。

（ 3 ）静态结构稳定的基本条件—— 重心所在点的垂线落在支撑面内。

阿联酋首都阿布扎比市的“首都之门”，高 160 米，其整体结构从 12层开始朝西倾斜角度达 18 度，几乎是意大利比萨斜塔倾斜度的 5 倍，将成为“世界上倾斜度最大的建筑”。

阿联酋首都阿布扎比市的“首都之门”，高 160 米，其整体结构从 12层开始朝西倾斜角度达 18 度，几乎是意大利比萨斜塔倾斜度的 5 倍，将成为“世界上倾斜度最大的建筑”。

小资料：中国的斜塔小资料：中国的斜塔

小资料：中国的斜塔小资料：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。

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。

【案例分析】 P14《静态的自行车是如何保持稳定的》 【案例分析】 P14《静态的自行车是如何保持稳定的》

【问题】自行车骑起来不倒，停下来会倒；陀螺转起来不倒，停下来会倒，为什么？说明了什么？

【问题】自行车骑起来不倒，停下来会倒；陀螺转起来不倒，停下来会倒，为什么？说明了什么？

（ 4）静止状态与运动状态的稳定条件不同（ 4）静止状态与运动状态的稳定条件不同

【拓展】影响结构的稳定性的因素还有哪些？

【拓展】影响结构的稳定性的因素还有哪些？

课堂小结课堂小结 1 、结构的稳定性：是指结构在负载的作用下

，维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性质之一。

2 、影响结构稳定性的主要因素：支撑面的大小、重心位置的高低、结构的形状等

3 、静态结构稳定的基本条件——重心所在点的垂线落在支撑面内。

4、静止状态与运动状态得稳定条件不同

1 、结构的稳定性：是指结构在负载的作用下，维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性质之一。

2 、影响结构稳定性的主要因素：支撑面的大小、重心位置的高低、结构的形状等

3 、静态结构稳定的基本条件——重心所在点的垂线落在支撑面内。

4、静止状态与运动状态得稳定条件不同

作业： P23 、1作业： P23 、1

第二节结构与强度

第二节结构与强度

（（ 20042004 年年 55月月 2323日，日， 66死死 33伤伤 ) )

2 、为了在新建航站正中央开辟一条通往机场主楼的衔接走道，大厦的部分建筑结构被掏空，进一步增加了压力。3、玻璃外壳极易导致温度变化，温度变化使外部构架每天变形 1～ 2厘米，使混凝土构架逐渐磨损。

事件的启示——戴高乐机场倒塌事件事件的启示——戴高乐机场倒塌事件

事故调查委员会的结论：

1、候机厅的水泥顶棚不足以支撑用来巩固大厦玻璃外壳的钢铁支架，最终支柱刺破了房顶导致顶棚坍塌。

凤凰县在建沱江大桥发生坍塌凤凰县在建沱江大桥发生坍塌

2007 年 8 月 13 日下午 4 时 40 分左右，湖南省凤凰县在建沱江大桥发生坍塌事故，已确认造成 14 人死亡， 22 人受伤，现场施救工作正在紧张进行。

2007 年 8 月 13 日下午 4 时 40 分左右，湖南省凤凰县在建沱江大桥发生坍塌事故，已确认造成 14 人死亡， 22 人受伤，现场施救工作正在紧张进行。

上述两个事件给我们什么启示？上述两个事件给我们什么启示？

试验探究试验探究 试验内容：将课本张开分别竖直站立和人字形

站立，哪一个站得牢？请分析原因。 试验内容：将课本张开分别竖直站立和人字形

站立，哪一个站得牢？请分析原因。 试验结果：如果仅从结构的稳定性角度分析，应

当是人字形站得稳，因为它的支撑面更大，重心更低。但实事是人字形站立不如竖直站立稳。

试验结果：如果仅从结构的稳定性角度分析，应当是人字形站得稳，因为它的支撑面更大，重心更低。但实事是人字形站立不如竖直站立稳。

结果分析：人字形站立不稳的原因有两个，其一是人字形不稳定，底下容易张开；其二是人字形的两侧坡不够坚固，易塌陷，这属于结构强度的问题。那么，什么是结构的强度呢？

结果分析：人字形站立不稳的原因有两个，其一是人字形不稳定，底下容易张开；其二是人字形的两侧坡不够坚固，易塌陷，这属于结构强度的问题。那么，什么是结构的强度呢？

2 、结构与强度2 、结构与强度

结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。

结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。

以上两例属于物体的结构强度不够（抵抗不住外力的破坏）

（ 1 ）结构的强度（ 1 ）结构的强度

稳定性是物体保持平衡状态的能力，强度是结构不被外力破坏的能力。

稳定性是物体保持平衡状态的能力，强度是结构不被外力破坏的能力。

（ 2 ）强度与稳定性的联系与区别（ 2 ）强度与稳定性的联系与区别

在保持结构不被破坏的情况下，结构能承受的应力越大，结构越强。

在保持结构不被破坏的情况下，结构能承受的应力越大，结构越强。

（ 3 ）应力和强度的关系（ 3 ）应力和强度的关系

【问题】为什么一根筷子容易折断，一把筷子不容易折断？。

【问题】为什么一根筷子容易折断，一把筷子不容易折断？。

应力 σ＝ F/S应力 σ＝ F/S

其中 F为内力； S为受力面积（横截面）其中 F为内力； S为受力面积（横截面）

【案例】分析三种支架的共性特点【案例】分析三种支架的共性特点

采用三角形结构具有稳固性，可见结构的强度与结构的形状有关。

采用三角形结构具有稳固性，可见结构的强度与结构的形状有关。

（ 4 ）影响结构强度的主要因素（ 4 ）影响结构强度的主要因素

共性特点：三角形结构共性特点：三角形结构

因素 1 ：结构的形状因素 1 ：结构的形状

【思考】哪种桥梁与恐龙的结构有相似的受力特征？

【思考】哪种桥梁与恐龙的结构有相似的受力特征？

①结构的外部形状 ①结构的外部形状

与恐龙结构力学相似的桥梁与恐龙结构力学相似的桥梁

右图斜向支撑条是扁铁，如果扁铁从竖着支撑改成横着支撑会怎样？

右图斜向支撑条是扁铁，如果扁铁从竖着支撑改成横着支撑会怎样？

【案例分析】支架的支撑条【案例分析】支架的支撑条 如右图所示，如果要加

大支架的支撑力，通常改成那种形状的铁件制作支架？

如右图所示，如果要加大支架的支撑力，通常改成那种形状的铁件制作支架？

以上分析说明了什么？以上分析说明了什么？

②结构的构件截面形状 ②结构的构件截面形状

【案例分析】增加横梁的体量可以提高横梁的支撑力，那么，增加宽度与增加高度（厚度）哪个更有效？

【案例分析】增加横梁的体量可以提高横梁的支撑力，那么，增加宽度与增加高度（厚度）哪个更有效？

梁的支撑力与梁的宽度成正比，还与梁的厚度的立方成正比。因此增加厚度更有效。

梁的支撑力与梁的宽度成正比，还与梁的厚度的立方成正比。因此增加厚度更有效。

因素 2 ：材料因素 2 ：材料

二战德国兵钢盔二战德国兵钢盔 ““凯夫拉”纤维头凯夫拉”纤维头盔盔

案例分析—— ETFE 膜的强度案例分析—— ETFE 膜的强度

国际上建筑的膜结构多用不透明的 PTFE膜。“水立方”使用的是 ETFE膜（乙烯 -四氟乙烯共聚物） ，这种轻质新型材料，具有有效的热学性能和透光性，可调节室内环境，冬季保温、夏季散热，还能避免建筑结构受到游泳中心内部环境的侵蚀。国内对这种薄膜结构的理论研究近乎空白。经试验， ETFE膜的防雹能力完全达到设计要求。

国际上建筑的膜结构多用不透明的 PTFE膜。“水立方”使用的是 ETFE膜（乙烯 -四氟乙烯共聚物） ，这种轻质新型材料，具有有效的热学性能和透光性，可调节室内环境，冬季保温、夏季散热，还能避免建筑结构受到游泳中心内部环境的侵蚀。国内对这种薄膜结构的理论研究近乎空白。经试验， ETFE膜的防雹能力完全达到设计要求。

【案例分析】混凝土中为什么一定要用钢筋？【案例分析】混凝土中为什么一定要用钢筋？

混凝土耐压不耐拉，钢筋耐拉不耐压，二者结合兼具两个优点。

混凝土耐压不耐拉，钢筋耐拉不耐压，二者结合兼具两个优点。

因素 3 ：构件的连接方式因素 3 ：构件的连接方式

【问题探讨】混凝土浇注平台时，钢筋处在上中下的哪个位置为好？

【问题探讨】混凝土浇注平台时，钢筋处在上中下的哪个位置为好？

构件连接的类别 构件连接的类别

铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动。

铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动。

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。

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。

铰连接具体有松螺栓、松铆等。 铰连接具体有松螺栓、松铆等。

构件连接的类别 构件连接的类别

刚连接具体有榫接、胶接、焊接等。刚连接具体有榫接、胶接、焊接等。

胶 接

构件连接的类别 构件连接的类别

榫 接

【马上行动】 P19-20 ， 1 、 2 、3

【马上行动】 P19-20 ， 1 、 2 、3

1 、粘上强力胶、角落钉三角形构件、背后加衬板。

1 、粘上强力胶、角落钉三角形构件、背后加衬板。

2 、刚连接、铰连接、铰连接2 、刚连接、铰连接、铰连接

3 、第三种最好；第二种最差，因为只靠钉子的支撑力；第三种因为横梁被凿孔，结构遭受一定的破坏，所以不如第三种的受力强度大。

3 、第三种最好；第二种最差，因为只靠钉子的支撑力；第三种因为横梁被凿孔，结构遭受一定的破坏，所以不如第三种的受力强度大。

3 、结构与功能 3 、结构与功能

结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变可能导致功能的变化。

结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变可能导致功能的变化。

【案例分析】 P21-22《自行车的结构与功能》

【案例分析】 P21-22《自行车的结构与功能》

【马上行动】列举生产生活中结构改变导致功能改变的事例，并加以说明。

【马上行动】列举生产生活中结构改变导致功能改变的事例，并加以说明。

案例分析 案例分析 刀片由固定改为活动，使削皮时不受角度限制。

刀片由固定改为活动，使削皮时不受角度限制。

正把改成歪把，更顺势。添加了挖孔器。

正把改成歪把，更顺势。添加了挖孔器。

添加了开罐头的装置。

添加了开罐头的装置。

探 究探 究

P231 、如果要设计一辆水上自行车，你会怎样

构思？它的结构有什么特征？2 、如果在你上学骑车经过的路上，桥和坡较多，你可以对你的自行车做哪些结构上的调整，以便骑起来更轻便？

P231 、如果要设计一辆水上自行车，你会怎样

构思？它的结构有什么特征？2 、如果在你上学骑车经过的路上，桥和坡较多，你可以对你的自行车做哪些结构上的调整，以便骑起来更轻便？

内容小结 内容小结

1 、结构的强度：指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。

2 、影响结构强度的主要因素（ 1 ）结构的形状（结构的外部形状、

构件的截面形状）（ 2 ）材料（ 3 ）构件的连接方式

1 、结构的强度：指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。

2 、影响结构强度的主要因素（ 1 ）结构的形状（结构的外部形状、

构件的截面形状）（ 2 ）材料（ 3 ）构件的连接方式

作 业 作 业

P23 ，练习 4 P23 ，练习 4