第一單元結構與設計 一、常見結構的認識
4、幾個重要概念
⑴鉸接：桁架全由三角形組成，接頭全為旋轉接頭，稱為鉸接。
⑵架構：物體的主體框架與構造形式。
⑶構件：組成結構的各組成部分。可以是一個零件，也可以是多個零件的組合。
二、結構與力
從力學角度來說，結構是指可承受一定力的架構形態，它可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。
當一個結構受到外力作用時，內部各質點之間的相互作用會發生改變，產生一種抵抗的力，稱為內力。應力是構件的單位橫截面上所產生的內力。當應力達到某一極限時，結構就會遭到破壞。
（一）受力形式
工程結構承受的外力有各種各樣，但以它們對結構的影響來說，主要有以下幾種。
1、拉力：結構承受拉伸時，作用在結構（經常稱為拉桿）上的力是一對方向相反，作用線與拉桿軸線重合的集中力，方向背離桿的底面。其受力實例是吊車的吊繩。
2、壓力：結構承受壓縮時，作用在結構（習慣上稱為壓桿）上的力是一對方向相反，作用線與壓桿軸線重合的集中力，方向指向桿的底面。如液壓機的頂桿工作時就是受壓。
3、剪力：結構在受剪切時，結構所承受的力是分別作用在構件相對的兩個面上，方向相反，作用線錯開微小距離的兩個平行力。連接剪刀兩個部分的銷釘在剪刀工作時就是承受的剪切力，其受力模型如圖。
4、扭轉力：承受扭轉的構件一般都稱為軸。它承受的外力是一對作用在軸兩端面內，轉向相反的力偶矩。
5、彎曲力：承受彎曲載荷的構件，一般稱為梁。梁在承受彎曲時，受力情況比較復雜，其中一種載荷叫做彎矩。它是作用在過梁的軸線且與橫截面垂直的平面內的力偶矩。其作用力是使梁產生彎曲變形。
（二）結構受載荷實例：
任何結構承受的外載荷，都是拉、壓、剪、扭、彎中的一種或幾種的組合。工程結構的主要功能就是承受和傳遞各種形式的外載荷，保證結構的可靠工作。
1、秋千的吊索，主要承受拉力；
2、橋梁的橋墩，主要承受壓力；
3、連接齒輪和軸的鍵，主要承受剪力；
4、汽車方向盤的軸，主要承受扭力；
5、單杠的杠體（上面的橫杠），主要受彎力；
6、吊扇旋轉，吊桿主要受扭力和拉力；
為了保證結構的正常工作，這些構件必須有對于主要載荷的足夠的承載能力。這是結構設計中必須考慮的重要問題。
（三）典型結構分析
1、單杠結構分析
⑴各部分名稱：杠體，立柱和拉桿。（為什么做成這樣的結構？）
⑵杠體的受力與變形：杠體總是朝著人體所在的瞬間位置的方向上發生彎曲。——彎曲力
⑶立柱、拉桿的受力與變形：
立柱：靜止時受壓力；當人在運動時，對立柱產生彎矩m，使立柱彎曲變形。——怎樣做才能保持單杠穩定？
拉桿：人在運動時，拉桿起到輔助立柱抗變形作用。
2、棚室屋架結構分析
⑴棚室荷載與立柱受力：永久性荷載（不隨時間變化而變化的荷載）和可變性荷載（隨情況變化而變化的荷載）。
⑵梁的受力：梁的上部，受壓力，材料被擠壓；下部，受張力，材料被拉伸。防止彎曲變形大的方法：增加支撐點。
⑶拱結構的應用
拱結構：中間高四周低，呈弧形的曲面。
應用：在跨度較大的情況下，建筑物多采用拱結構。這樣的結構既有利于承載，又美觀。