结构与稳定性
02结构与稳定性
C、自行车的支撑架D、不倒翁玩具
2、走钢丝的人手上拿着一条长棒的目的是（）
A、美观B、改变重心
C、增加重量D、支撑
3、下列产品的是利用不稳定的结构实现其功能的是（）
A、不倒翁B、手机振动器
C、摄像机三角架D、自行车的支撑脚
4、立柱式的广告牌容易被台风吹倒，因为（）
A、造得不牢B、受力面积大
第一章结构与设计
第二节探究结构（一）
编制：玄振兴审核：包科领导签字：
【使用说明】
1、根据学习目标，进行5分钟自主学习，独立完成相应训练，用红笔标注疑问点。
2、按照分层讨论要求，积极思考，认真记录，展示要到位。
3、整理好知识点与必要的记录。
【学习目标】
1、理解结构稳定性的含义及其主要因素
2、组长带领组员积极讨论，高效点评，应用探究所学知识解决实际问题；。
，就可以提高其结构的稳定性
二、探究影响结构稳定性的因素：
【探究一】
不倒翁为什么不倒？如果在他脖子上挂上一定数量的铁环，它还会不到吗？
结论一：
影响结构的稳定性。
，结构越稳定。
【思考】：
1、落地扇为什么不易倾倒？
2、人站立时比较稳定，但当身体倾斜的时候却变的不稳定，为什么重心下降了，反而不稳定了呢？
补充结论：
C、支撑面积小D、受力面积大而支撑面积小
5、家用落地风扇的底座一般做得比较重，这是为了（）。
A．增加风扇的强度B．增加风扇的稳定性
C．安装电线的需要D．更加美观
6、不倒翁“不倒”的主要原因是（）
A、构成其材料的强度大B、其形状的美观性较好
C、其底部接触面小D、其重心低，底部接触面是光滑的弧面
结构与稳定性
比萨斜塔“斜而不倒” 如何让比萨斜塔更稳定些的有效实施方案？
结构与稳定性
图1
图2
问题2：请你说说图
1~3中哪个椅子最稳定？对 图3
支撑面而言，说说在图1~3 中哪个最大哪个最小？
结构与稳定性
2. 影响结构稳定性的主要因素 ----结构的支撑面积大小
结构与稳定性
4.小结
本节课你学到了什么？
结构的稳定性 影响结构稳定性的主要因素:
重心位置的高低 结构与地面接触形成的支撑面的大小 重心所在垂线是否落在结构底面范围内 结构的形状
结论2：结构与地面接触所形成的支撑面的大小有关，支撑 面积越大，结构越稳定。 实践：请同学们试一试把课本直立在课桌上，你是如何才 能使课本直立得更稳定呢？大概指出支撑面范围。
注意：接触面与支撑面的区别
结构的接触面
结构的支撑 面
提示：注意接触面与支撑面的区分
问题4：你能举例说明“结构的稳定性与地面 接触所形成的支撑面的大小有关，支撑面积越大 ，结构越稳定”这个结论在现实生活中的运用。
什么叫做结构的稳定性？ 结论2：结构与地面接触所形成的支撑面的大小有关，支撑面积越大，结构越稳定。 一方面人们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载。 如何让比萨斜塔更稳定些的有效实施方案？ 结构重心的位置高低影响结构稳定性的结论成立是有条件的，条件是： 问题2：请你说说图1~3中哪个椅子最稳定？对支撑面而言，说说在图1~3中哪个最大哪个最小？ 如何让比萨斜塔更稳定些的有效实施方案？ 影响结构稳定性的主要因素 问题4：你能举例说明“结构的稳定性与地面接触所形成的支撑面的大小有关，支撑面积越大，结构越稳定”这个结论在现实生活中的 运用。 问题2：人站立时稳定，身体倾斜到一定程度的时候会变的不稳定，为什么重心下降了，反而不稳定了呢？ 什么叫做结构的稳定性？ 这是结构的重要性质之一。 这是结构的重要性质之一。 影响结构稳定性的主要因素: 提示：注意接触面与支撑面的区分 影响结构稳定性的主要因素 影响结构稳定性的主要因素 在建筑中必须考虑到结构的稳定性 （认识不倒翁、钟摆结构） 影响结构稳定性的主要因素 影响结构稳定性的主要因素 结论2：结构与地面接触所形成的支撑面的大小有关，支撑面积越大，结构越稳定。
建筑的结构与稳定性
建筑的结构与稳定性建筑的结构与稳定性是建筑领域中至关重要的方面。
一个高质量的结构设计能够确保建筑物在长期使用中的稳定性和安全性。
本文将探讨建筑的结构原理、设计原则和结构稳定性的重要性。
一、建筑的结构原理建筑的结构原理基于物理学和工程学的原理。
任何一个建筑物都需要通过其结构来承担和传递负载，并保持平衡。
常见的结构形式包括框架结构、悬挑结构和拱形结构等。
框架结构是最常见且应用广泛的建筑结构形式之一。
它由柱子、梁和框架等构件组成，能够有效地承担垂直和水平方向上的负载，并将其传递到地基上。
框架结构的设计需要考虑负载的作用方式、构件之间的相互作用以及结构的整体稳定性。
悬挑结构是一种特殊的结构形式，其一部分悬挑在某一支撑点之外。
这种结构形式常见于桥梁、大型体育场馆和建筑物的屋顶等。
在设计悬挑结构时，需要考虑支撑点的位置、悬挑部分的负载分布以及结构的稳定性。
拱形结构是一种通过曲面来承载负荷的结构形式。
拱形结构的特点是能够将负荷沿着曲面传递到支承点，从而实现稳定的结构。
在设计拱形结构时，需要考虑曲面的形状、材料的强度以及支撑点的位置。
二、建筑的结构设计原则在进行建筑结构设计时，需要遵循一些基本原则，以确保结构的稳定性和安全性。
1. 负荷分析：首先，需要对建筑物所受到的负荷进行分析，包括垂直负荷（自重和使用荷载）和水平负荷（风荷载和地震荷载）。
通过对负荷的合理分析，可以确定适当的结构类型和构件尺寸。
2. 结构优化：在进行结构设计时，应该追求结构的最优化。
通过选择合适的结构形式和构件材料，可以达到结构强度和刚度的最佳平衡。
结构的合理优化可以降低材料的使用量和成本。
3. 节约材料：在结构设计中，要注重节约材料的使用。
通过合理设计和合适的构造，可以减少材料的浪费和消耗，达到资源的合理利用。
同时，减少材料的使用还可以降低建筑物对环境的影响。
4. 施工可行性：结构的设计还必须考虑施工的可行性。
设计的结构形式和构件尺寸需要符合施工的工艺要求，以保证施工的顺利进行和质量的保证。
结构与稳定性
结 构 稳 定 的 基 本 条 件
重心所在点的垂线落在结构底面的范围内
双脚支撑
单脚支撑
跨栏容易倒的原因
思考：为什么水坝做成梯形
第二节 探究结构
14人生还，40人遇难。 人生还， 人遇难 人遇难。 人生还
不能忽视结构的质量安全检查！
如何衡量一个结构的质量好坏？ 如何衡量一个结构的质量好坏？ 稳定性
从抵抗力的效果
强度
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.影响结构的稳定性的因素
探究
三角形的特性：三角形具有稳定性。 三角形的特性：三角形具有稳定性。
范例
例1、盖房子时，在窗框未安装好之前， 、盖房子时，在窗框未安装好之前， 木工师傅常常先在窗框上斜钉一根木 为什么要这样做呢？ 条。为什么要这样做呢？ 木条实际上把四边形分 成两个三角形。 成两个三角形。
引入
图中伸缩门为什么要做成四边形？ 图中伸缩门为什么要做成四边形？
探究
用四根木条钉成一个四边形木架， 用四根木条钉成一个四边形木架，然 后扭动它，它的形状会变化吗？ 后扭动它，它的形状具有不稳定性。 四边形的特性：四边形具有不稳定性。
临时摆放的屏风为什么摆成Ｚ字型，而不摆成一字型？ 临时摆放的屏风为什么摆成Ｚ字型，而不摆成一字型？
第一：重心位置 重心位置越低，稳定性越好。
第二：支撑面积大小 支撑面积越大，稳定性越好。
接触面
支撑面
2.影响结构的稳定性的因素
第三：几何形状
图中塔侧面为什 么要做成三角 形？
探究
用三根木条钉成一个三角形木架， 用三根木条钉成一个三角形木架，然 后扭动它，它的形状会变化吗？ 后扭动它，它的形状会变化吗？
结构与稳定性
温馨提示
请准备好你的课本、导学案、双色笔 及学习的激情! 敏锐的思考力
课堂小游戏
•随机请两位同学到前面来。 相对站立，两脚并拢，伸出手 臂，手掌相对，用力推击对方 手掌或躲闪对方手掌，站立不 稳，脚步挪动者输。
在日常生活中，我们时常会看到翻到在地的物体。是什么 原因出现了图上所示的现象？影响他们稳定性的因素有哪 些？
中 央 电 视 台 新 楼
阿 联 酋 高 楼 成 “ 全 球 第 一 斜 塔 ”
【探究二】 同学们拿出一本书，让它立在桌面上。想一想 怎样才让它稳定性好？为什么？ 把它的下端各书页展开成一定的角度然后直立 在桌面上，这样增大了书与桌面接触所形成 的支撑面积
[得出结论二]： 结构与地面接触所形成的支撑面的大小影 响结构的稳定性。 支撑面越大，稳定性越好；
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。
苏州的虎丘塔
虎丘塔高47.7米，比 意大利比萨斜塔矮6 米；塔尖偏离中心 2.34米，是比萨塔的 一半；虎丘塔建于 961年，比比萨塔早 完工390年。因为地 基不牢，重6000吨的 塔便倾向土堆的一边。
思考分析：静态的自行车是如何保持稳定的？
双脚支撑
单脚支撑
临时摆放的屏风为什么摆成Ｚ字型，而不摆成一字型？
在受到外力作用时，有多个接触面，增大了与 地面的支撑面积，可将力进行分散，并且三角 形的结构比较稳定
综合练习: 学了本节课后刚才游戏中的失败者可以怎样转败 为胜？
1、在拥挤的公共汽车上已没有座位，你必须站 着，而扶手你让给了旁边的老人，你在公共汽车上 要如何才能保持自己的没摔倒？
结构的强度与稳定性
1.结构稳定性 2.影响结构稳定性的主结构与强度，结构与 功能
结构与强度
结构的强度(Strength)是指结构具有抵抗被 外力破坏的能力.
拔河
绳子的强度
强度与稳定性的联系与区别
稳定性是研究结构保持平衡状态的能力 强度是研究结构不被外力破坏的能力
下列物品一般不是利用降低重心高度来实 现稳定性状态的是（）
A 电风扇的底座 B 不倒翁
C 汽车的底座
D 溜冰鞋
如图所示是我们日常生活中经常使用的瓷 碗，这种碗的碗脚在制作上用料一般较厚， 采用这种设计的主要目的是为了（）
A 不太烫手
B 美观
C 增加强度
D 增加稳定性
自行车的三脚架是（）
A 框架结构
B 壳体结构
C 实体结构
D 组合结构
自行车要前行，人要不断地踩脚踏板，此时自行 车中轴主要受到的力是（）
A 压力
B 剪切力
C 拉力
D 扭转力
自行车的挡泥板是（）
A 框架结构
B 壳体结构
C 实体结构
D 组合结构
探究活动
背景材料： 在生产生活中，我们经常会遇到开会、听
报告等集体活动，在会议上，我们需要做 书面记录。由于受场地的限制，为使容量 最大化，多数会议室只安装固定椅子没有 桌子，从而给我们的书写带来不方便。 问题提出：如何解决书写不方便的问题？
构件的连接方式
连接方式
连接特性
应用实例
铰连接
被能连相接 对的移构动件，在可连相接对处转不动。门折接与叠门式框雨合伞页伞连骨接连，
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。
焊连接、木凳的榫 结构，胶合物品。
稳定性分析结构的稳定性判断与计算方法
稳定性分析结构的稳定性判断与计算方法稳定性分析在结构工程中具有重要的意义，它用于评估结构在受力情况下的稳定性和可靠性。
本文将讨论结构的稳定性判断和计算方法，并介绍一些常用的工程实践。
一、稳定性判断方法1. 静力刚度法静力刚度法是最简单且常用的稳定性判断方法之一。
该方法基于结构在稳定状态下，受力平衡和变形满足静力学方程的假设。
根据结构的初始几何形状和受力情况，可以得到结构的初始刚度矩阵。
通过判断结构的刚度矩阵的特征值是否为正，可以确定结构的稳定性。
2. 弹性屈曲分析法弹性屈曲分析法是一种精确的稳定性判断方法，适用于具有复杂几何形状和较大位移的结构。
该方法基于弹性力学原理，通过对结构的弹性刚度矩阵进行特征值分析，得到结构的屈曲荷载和屈曲模式。
如果结构在设计荷载下的实际荷载小于屈曲荷载，那么结构就是稳定的。
3. 极限平衡法极限平衡法是一种基于能量平衡原理的稳定性分析方法。
该方法通过建立稳定状态下结构的能量平衡方程，利用极限状态下的能量变化来判断结构的稳定性。
当结构受到外力作用时，如果能量平衡方程能够满足，那么结构就是稳定的。
否则，结构将失去稳定性。
二、稳定性计算方法1. 弯曲稳定性计算在结构设计中，弯曲稳定性是最常见的稳定性问题之一。
弯曲稳定性计算可以通过欧拉公式进行。
欧拉公式是计算压杆稳定性的经典方法，它可以用来计算弯曲后的截面失稳荷载。
根据欧拉公式，弯曲稳定性计算可以通过截面惯性矩、截面形状和截面材料的参数来进行。
2. 局部稳定性计算除了弯曲稳定性，局部稳定性也是一个重要的考虑因素。
局部稳定性通常涉及到薄弱的结构构件，如薄壁构件和薄板。
局部稳定性计算可以通过截面失稳计算、临界载荷计算和局部屈曲分析来进行。
这些方法可以帮助设计人员确定结构是否足够抵抗局部失稳的力量。
三、工程实践1. 结构稳定性设计在结构设计中，稳定性是一个基本的要求。
设计人员需要根据结构的空间几何形状、荷载情况和材料特性，综合考虑弯曲稳定性和局部稳定性。
建筑结构的变形与稳定性分析
建筑结构的变形与稳定性分析建筑结构是指构成建筑物的各种构件和材料，通过相互连接形成一个整体，承担建筑物自身重力和外部荷载的力学系统。
在建筑物的设计、施工和使用过程中，结构的变形与稳定性是十分重要的考虑因素。
本文将分析建筑结构的变形与稳定性，并介绍一些分析方法和技术。
一、变形分析变形是建筑结构受荷载作用后产生的几何、形状上的变化。
结构的变形直接关系到建筑物的使用功能和安全性。
通常，建筑结构的变形是可以接受的，但是需要在一定的范围内控制。
过大的变形可能导致建筑物的功能失效，甚至造成结构破坏。
1. 变形原因建筑结构的变形主要受以下几个方面的因素影响：荷载、材料性能、构件刚度、结构形式和施工质量等。
荷载是导致结构变形的主要外力，包括静态荷载、动态荷载和温度变化等。
材料的弹性和粘性等力学性能也会对结构的变形产生影响。
构件刚度是指结构各构件对外力的抵抗能力，刚度越大，变形越小。
不同的结构形式也会对变形有不同的影响。
2. 变形控制方法为了控制建筑结构的变形，可以采取以下几种方法：合理选择结构形式和材料，增加构件尺寸和厚度，提高构件刚度和抗变形能力。
在设计和施工过程中，应进行详细的变形分析和计算，确保满足结构的变形要求。
此外，也可以通过设置补偿装置和预应力等措施来减小结构的变形。
二、稳定性分析稳定性是建筑结构抵抗外力作用时不产生破坏或失稳的能力。
结构的稳定性分析主要研究结构抗侧推、抗压弯和抗扭转等方面的性能。
1. 稳定性失效稳定性失效是指结构在受到一定荷载作用时出现失稳现象。
常见的稳定性失效形式包括整体失稳、局部失稳和摆动失稳。
整体失稳是指结构整体和构件发生整体侧扭或整体位移现象。
局部失稳是指结构某一局部构件在极限弯矩之下发生屈曲现象。
摆动失稳是指结构由于受到侧向力的作用，出现左、右侧摆动。
2. 稳定性分析方法稳定性分析可以通过静力弯矩法、力法和能量法等方法进行。
其中静力弯矩法是最常用的方法之一。
它是根据结构相对于一定轴线的刚度和弯矩对比，判断结构在作用荷载下的稳定性。
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因素三：构件的连接方式： ①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。 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。 ②提出：结点是从连接的效果来划分。 一个结点可以有多种连接方式。不同的材 料有不同的连接方式；构件的连接方式不 同，结构的强度也不同。
结构的强度
指结构具有抵抗被外力破坏的能力
内力 反应材料抵抗外力破坏的能 力
应力 表示结构强度的基本指标
影响结构强度的主要因素
因素一：结构的形状 ①三角形形状。钻石 ②横截面形状：具有相同截面积，但不同截 面形状的同种材料的坚固性就不同。 ③强调注意对结构的影响有两点，一是结构 的外部形状，二是结构的构件截面形状，结构的 外形相同，构件的截面不同，其强度不一样。
三角形的稳固结构。 “三脚架”和“A字形梯”的例子。
单脚支撑
双脚支撑
小结：影响结构稳定性的因素
1. 重心的高低，以及重心的位置 2 结构与地面接触所形成ห้องสมุดไป่ตู้ 支撑面的大小 3 结构的形状
影响结构稳定性的因素是相互关联的
探究：
1、影响结构稳定性的因素还有哪些？
2、举例：利用结构不稳定的结构实现 某些功能
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。
自行车在运动中为什么不会倒？
自行车运动时其轮子转动时，使之具备 “陀螺效应”从而给其奠定了不易倾倒 的力学基础，当自行车在某一速度下前 进车子抗干扰的能力是有限的，骑车人 通过对车和人姿态的调节使干扰始终维 持在临界之内。使其具有更好的稳定性， 所以自行车在运动中不会倒。
稳固结构的探析
－－－结构与稳定性
结构的稳定性：
是指结构在负载的作用下维持起 原有平衡状态的能力
影响结构稳定性的因素：
重心 位置的高低
“重心位置影响因素”
分析“重心所在点的垂线落在结 构地面的范围内，就是稳定的”。
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比萨斜塔
结构与地面接触所形成的支撑面的大小
接触面
支撑面
：
结构形状