第27卷 第5期2006年5月
半 导 体 学 报
C HIN ES E J OU RNAL O F S EM ICON
D U C TO RS
Vol.27 No.3
May ,2006
通信作者.Email :bxdua n @https://www.doczj.com/doc/746669063.html, 2005208230收到,2005210214定稿
Ζ2006中国电子学会
双面阶梯埋氧型SOI 结构的耐压分析
段宝兴 张 波 李肇基
(电子科技大学IC 设计中心,成都 610054)
摘要:在单面阶梯埋氧型SOI 结构的基础上,提出了一种双面阶梯埋氧SOI 新结构.双面阶梯的电荷积累作用使
其纵向电场突破了传统上受界面电荷为零限制的3倍关系,埋氧层的电场可以高达200V/μm ;而且双面阶梯对表面电场的调制作用使其表面电场达到近乎理想的均匀分布.借助二维M ED ICI 数值分析软件,验证了此结构具有同时优化横向SOI 基高压器件横、纵向电场,提高击穿电压的优点.关键词:双面阶梯埋氧SOI ;电荷积累;表面电场;击穿电压EEACC :2560R ;2560B 中图分类号:TN 386 文献标识码:A 文章编号:025324177(2006)0520886206
1 引言
SO I (silicon 2on 2i nsulat or )技术与结隔离(J I )智能功率技术相比,具有更好的性能[1],但是,有两个重要的缺点限制了横向大功率SO I 器件的发展,一是由于埋氧层的存在,使得器件自热效应增加[2];二
是由于受自由电荷为零的界面高斯定理的限制使得埋氧层中承受的电压有限[3].为了解决以上问题,人们提出了多种方法,如Mercha nt 等人设计了漂移区掺杂浓度沿横向线性分布[4];Na kagawa 提出在n -漂移区与埋氧层之间增加一层浓度较高且很薄的n +层[5],或在埋氧层上加一薄层高阻SI POS 来屏蔽衬底偏压的影响[6];在埋层上刻蚀局域槽型结构[7,8];新的双R ESU R F 结构[9];部分埋氧层SO I (PSO I )结构[10]等.
由于SO I 横向高压器件的耐压由横向与纵向共同决定(取决于两个最低者),因此获得所需的击穿电压必须对横向与纵向电场同时优化.横向的优化是使表面电场分布趋于均匀,SB OSO I (step bur 2
ied oxide silicon 2on 2i nsulat or )结构[11]
利用阶梯埋层可以在表面电场分布中引入新的峰而使电场分布趋于均匀,这是一种新的设计思想.纵向优化是使介质埋层电场增强,有两种方法:一种是通过在Si 与SiO 2界面之间引入电荷来屏蔽SiO 2中的高电场,使Si 在更高的电压下击穿而提高耐压,文献[5～8]就是根据这个原理设计的;另一种方法是引入低介电系数的埋层来突破常规Si/SiO 2系统的3倍电场关系,A PSO I (air p a rtial silicon 2on 2insulat or )结构[12]就是引入空隙使埋层介质中的电场高于常规
SiO 2埋层的电场.
本文在SBOSO I 的基础上,提出了一种双阶梯的埋层结构,称为D 2SB OSO I (double 2step buried oxide silicon 2on 2i nsulat or ),在埋层与漂移区界面也形成阶梯埋层分布,这个阶梯分布使正电荷积累,积
累的正电荷结合阶梯积累的负电荷可以使阶梯部分
电场更加增强,以提高SB OSO I 的调制作用;同时,这种正电荷的积累也起到了如文献[5～8]中的屏蔽作用.所以,用这种思想设计的D 2SBOSO I 结构可以同时优化横向与纵向电场分布.
2 器件结构
图1(a )为D 2SB OSO I 结构当阶梯的阶数N 等于2时的结构示意图.这种双阶梯埋层对表面电场的调制原理与单面阶梯埋层的类似,不同之处在于I 层(埋氧层)上表面阶梯的存在,使得SO I 层耗尽后出现空穴层的积累(D 端加正电压,G ,S 端和衬底接地),积累的空穴密度在阶梯拐角处最大,并沿x 方向衰减(图1(b )示意出了这种电荷的分布),与单面阶梯埋层相同,在下埋层阶梯有相同分布的电子.积累的空穴层发出的电力线终结于下阶梯积累的电子层,由于在阶梯拐角处电荷的密度最大,所以在此处形成很强的电场峰,当漂移区较薄(小于10
μm 左右)时,强的电场峰对表面电场形成明显的调制,在横向表面电场分布中出现新的峰而使漏、源两端的电场峰大大减小.并且由于漏端下方空穴层的积累,屏蔽了此处I 层中的高电场,导致硅层发生击穿时,I 层中的电场高于常规SOI 器件中由自由电荷为零的界面高斯定理决定的电场关系(对埋氧
第5期段宝兴等: 双面阶梯埋氧型SOI 结构的耐压分析
层近似为3倍关系),这就通过增加介质层中的电场提高了器件的纵向耐压
.
图1 (a )D 2SBOSOI 结构剖面示意图;(b )D 2SBOSOI 结构电荷分布图;(c )SBOSOI 结构电荷分布图
Fig.1 (a )Cross section of D 2SBOSOI structure ;(b )Charge distribution of D 2SBOSOI structure ;(c )
Charge distribution of SBOSOI structure
3 结果分析
图2(a )和(b )为三种结构(一般SO I ,SBOSOI
和D 2SBOSOI )的表面电场和I 层上界面电场分布.
由图2(a )可以看出,一般SO I 结构表面电场分布在源端与漏端有两个峰,满足RESU RF 条件时两个峰等高,在两个峰之间电场值很小,
这使得器件易于
图2 (a )表面电场分布;(b )I 层上界面电场分布;(c )I 层上界面电荷分布;(d )纵向电场分布
Fig.2 (a )Surface electric field distributions ;(b )Electric field distributions between SOI and buried oxide ;(c )Charge distributions between SOI and buried oxide ;(d )Vertical electric field distributions
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在源端或漏端击穿,击穿电压只有68V;对于SBOSOI结构,由于阶梯埋层的电场出现新的峰(如图2(b)所示)调制了表面电场,使漏、源之间的低场区出现新的电场峰而减小了漏、源的电场峰值(如图2(a)所示),这是阶梯埋层阶梯处负电荷积累的结果,器件的横向耐压提高(击穿电压为8314V),但这种只有负电荷积累的单面阶梯结构(图1(c)示意出了这种电荷的分布),使器件的纵向电场没有得到优化.D2SBOSOI结构的表面电场分布与SBOSO I的类似,阶梯埋层的电场调制作用都在表面电场分布中出现新的峰,但D2SBOSOI的峰值明显较SBOSOI 的大,使漏、源两端的高场峰大大减小,表面电场达到近乎理想的均匀分布(横向电场优化的极限),由图2(b)可以看出,由于D2SBOSOI结构中正、负电荷的同时积累,在阶梯埋层处电场峰高于SBOSOI 的结构.
图2(c)和(d)为三种结构的I层上界面空穴浓度和漏端纵向电场分布.从图2(c)可以看出,由于D2SBOSOI结构的上阶梯埋层作用,漂移区完全耗尽后在阶梯处有很高浓度的空穴层积累(A,B,C表示在阶梯处的空穴浓度),靠近漏端的I层上界面积累的空穴(图2(c)中的D2端)屏蔽了I层中的高电场,使有源区中的硅层在高的电压下达到临界击穿电场,这就增强了I层中的电场,突破了一般SOI结构中由于受自由面电荷为零的高斯定理限制的电场关系.D2SBOSOI纵向I层中的电场可以达到一般SO I结构和SBOSOI结构的2倍左右,图2(d)说明了这种规律,可以看出,D2SBOSOI I层中的电场可以接近200V/μm,击穿电压增加到11512V.器件的结构参数如图2(b)所示,其中漂移区的浓度根据RESU RF进行了优化.
D2SBOSO I结构中,当I1端为漏电极且加正电压,I3端为源电极接地时,漂移区耗尽后反型,反型形成的空穴在漏、源横向场作用下向源端运动,在阶梯处电荷运动受阻形成积累.为了进一步说明这个原理,若将I1端漏电极与I3端的源电极对换,即I3端为漏电极加正电压而I1端为源电极接地,漂移区反型后就不会形成电荷的积累.图3(a)为漏、源调换(用D2SBOSOI(2)表示)之后的等势线分布,可以看出,由于没有形成电荷的积累,等势线分布没有图3(b)(漏、源没有调换,用D2SBOSO I(1)表示)均匀,击穿电压只有5416V.图3(c)给出了一般SO I结构、D2SBOSOI(1)结构、D2SBOSOI(2)结构的表面电场分布,可以看出,D2SBOSOI(2)结构表面电场
图3 (a)D2SBOSOI(2)的等势线分布;(b)D2SBOSOI(1)的等势线分布;(c)表面电场分布;(d)纵向电场分布Fig.3 (a)Potential distribution of D2SBOSOI(2);(b)Potential distribution of D2SBOSOI(1);(c)Surface e2 lectric field distribution;(d)Vertical electric field distribution
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在漏、源两端的高场区更高,中间的低场区更低;图
3(d )为D 2SBOSO I (2)结构漏端纵向场分布,可以看出,由于没有形成空穴的积累,电场满足自由电荷为零的高斯定理的电场关系.器件的结构参数如图3(a )和(b )所示,其中漂移区的浓度根据RESU RF 进行了优化.
D 2SBOSO I 结构中漏端阶梯处积累的空穴密度Q 随埋层阶梯数N 和埋层厚度t ox 增加而增加,对I 层的高电场屏蔽作用增强,I 层中的电场在硅层达
到临界击穿电场时会更大.图4(a )说明了这个规律,可以看出,在D 2SBOSOI 结构中随阶梯数和埋层厚度增加,E SiO 2/E Si 增大;对于SBOSOI 结构,由于没有形成空穴层的积累,E SiO 2/E Si 满足自由面电荷为零的高斯定理的电场关系.图4(b )为击穿电压与N 的关系曲线,可以看出,随N 增加,D 2SBOSO I 的击穿电压由于I 层电场的增加而增加,SBOSO I 结构的击穿电压几乎不随N 变化
.
图4 E SiO 2/E Si (a )和击穿电压(b )与埋层阶梯数关系曲线
Fig.4 E SiO 2/E Si (a )and breakdown voltage (b )versus number of step buried oxide
D 2SBOSO I 结构漏端阶梯处(阶梯长度为L s )积累的空穴密度与L s 大小有关,图5(a )为漏端纵向电场与L s 的关系,随L s 减小,阶梯处积累的空穴密度越高,对I 层高场的屏蔽作用越强,硅层与I 层交界面处硅层一侧的电场越小,纵向I 层中的电场越高;当L s 减小到漏端电极尺寸时,I 层中的电场增加趋于饱和;但同时随L s 减小,阶梯埋层对表面场调制的结果使靠近漏端阶梯产生的电场峰向漏端的高场峰移动,导致表面电场趋于不均匀,横向耐压逐渐减小,图5(b )说明了表面电场变化的规律.图5(c )为L s 与器件击穿电压的关系,可以看出,随L s 减小,击穿电压先上升后下降,峰值为当L s 为L d 的1/3时(对于阶梯数为2),这可从图5(a )和(b )解释,随L s 减小,虽因I 层中的电场增强纵向耐压被提高,但由于表面电场趋于不均匀而使横向耐压下降.
图5 (a )纵向电场分布;(b )表面电场分布;(c )击穿电压与L s 的关系
Fig.5 (a )Vertical electric field distribution ;(b )Surface electric field distribution ;(c )Breakdown voltage versus L s
图6(a )和(b )分别为击穿电压与SOI 层厚度(t s )及I 层厚度(t ox )的关系.由图6(a )可以看出,随t s 增加,三种结构的击穿电压线性增加,D 2SBOSOI
结构由于I 层场的增强,击穿电压高于SBOSO I 和一般SOI 结构.图6(b )中随t ox 增加,击穿电压也逐
渐增加,当t ox 很小(<015
μm )时,D 2SBOSOI 的击穿9
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电压略高于另两种结构,随t ox 增加,击穿电压增加
的比例增加.这是因为当t ox 很小时,阶梯I 层积累的空穴密度较小,屏蔽作用不强,随t ox 增加,空穴密度增加而屏蔽作用增强
.
图6 器件参数与击穿电压关系曲线 (a )不同漂移区厚度;(b )不同I 层厚度
Fig.6 Breakdown voltage versus device parameters at different thicknesses of drift region (a )and at different thicknesses of buried oxide (b )
这种结构工程上可以采用两种方法实现,一种是通过分区氧离子注入SIMOX 技术,这种技术与传统的SIMOX 技术不同之处在于氧离子注入过程(SIMOX 工艺共分氧离子注入和高温退火两个阶段),分区氧注入SIMOX 技术是在不同的注入区域通过调节注入能量和剂量,获得双面阶梯分布的埋层,高温退火过程与传统的SIMOX 技术相同;另一种方法是采用阶梯氧化加bonding (键合)技术,此技术是先通过反应离子刻蚀将硅刻蚀成阶梯状,然后氧化,在硅片上就形成阶梯氧化层,再在氧化层上淀积掺杂多晶硅,通过将多晶硅抛光后与另一个硅片键合,最后根据需要的SO I 层厚度形成阶梯埋氧型SOI 材料.
4 结论
本文在单面阶梯埋氧SOI 结构基础上,提出了
一种双面阶梯埋氧SOI 新结构(D 2SBOSO I ).此结构通过双面阶梯对空穴和电子同时积累,积累的空穴层屏蔽了I 层中高电场对SOI 层的影响,使SO I 层击穿时,I 层中的电场突破了传统上受自由面电荷为零的高斯定理限制关系,在优化条件下,I 层中的电场可高达200V/μm ;正负电荷的同时积累使阶梯对表面电场的调制作用增强,表面电场在优化条件下近乎达到理想的均匀分布.因此,此结构是利用SO I 技术中的I 层作用,达到对横向SOI 高压器件横、纵向场的同时优化,是一种新的器件设计思想.参考文献
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B reakdow n Voltage Analysis for a Double Step Buried Oxide SOI Structure
Duan Baoxing ,Zhang Bo,and Li Zhaoji
(I C Desi gn Center,Universit y of Elect ronic Science&Technolog y,Cheng du 610054,China)
Abstract:A novel st ructure wit h a double step buried oxide SOI(D2SBOSOI)is developed on t he basis of single step buried oxide st ructure.The relation of t hree times t he vertical elect ric field betwee n t he silicon a nd buried oxide in conve ntional st ructure has bee n broke n due t o charge accumulation on t he step buried oxide in D2SBOSOI,resulting in a n elect ric field of 200V/μm in t he buried oxide.Furt her more,t he surf ace elect ric field in t his st ructure reaches nearly ideal unif or m dist ribution due t o t he additive elect ric field modulation by double step buried oxide.The results show t hat t he brea kdown voltage is in2 creased because t he vertical a nd lateral fields are op timized in t his st ructure by virtue of2D M ED ICI simulation.
K ey w ords:double step buried oxide SOI;charges accumulation;surf ace elect ric field;brea kdow n voltage
EEACC:2560R;2560B
Article ID:025324177(2006)0520886206
Corresp onding aut hor.Email:bxdua n@https://www.doczj.com/doc/746669063.html,
Received30August2005,revised ma nuscript received14Oct ober2005Ζ2006Chinese Institute of Elect ronics
钢结构旋转楼梯建模制图及制造工艺 一前言 随着钢结构在国内的广泛应用,建筑造型对钢结构的制造提出了更高的要求,特别是高档会展中心、大型宾馆酒店、休闲中心常常会碰到旋转楼梯,其中钢结构旋转楼梯结构轻巧,流线性强、更能表现轻快气氛,为广大用户所青睐,而日常生活中遇到的旋转楼梯大多数都是混凝土结构,现场支模、现浇即可,但没有钢结构楼梯轻巧、美观。如果采用钢结构旋转楼梯,因旋转楼梯的梯梁是空间立体结构,为螺线型,车间很难控制梯梁的空间立体形位公差,因此钢结构旋转楼梯的车间制造工艺一直成为制造中的难点,本文以新皖西宾馆内的钢结构旋转楼梯制造工艺,提出一套简便可靠的方法。 二钢结构旋转楼梯的工程特性和实体放样。 该钢结构旋转楼梯的主要结构尺寸如下:内径r = 2100 mm;外径R = 3600 mm;楼梯角度平面投影角度=218度：踏步高共计27 级;梯高H = 4800 mm;踏步高177.8mm；两侧梯梁为400X200X18箱梁;踏步板厚5 mm 花纹钢板,上铺石材装饰板, ,钢材均为Q235。钢旋转楼梯的平面和立面结构形式如图1。 A．根据楼梯主要结构尺寸计算螺旋楼梯基本数据（以内侧梯梁为例进行计算） 螺旋线高度h=4800÷218×360=7926.606mm 梯梁内侧上边线螺旋半径r1=2100mm 梯梁外侧上边线螺旋半径r2=2100+200=2300mm 螺旋线上点坐标：X=r×cos（θ÷180×π） Y=r×sin（θ÷180×π） Z=r×（θ÷360） 把螺旋线分成360个点计算坐标 应用Excel电子表格计算梯梁内侧上边线螺旋坐标 半径R 螺距高H 角度θX Y Z CAD座标
《结构的强度与稳定性》第二课时《结构与稳定》 说课稿（地质版） 主讲教师：五指山市五指山中学周世武 一、教学内容分析： 结构稳定性既是“第一章结构与设计”的重难点也是《技术与设计2》的一个重要的技术原理。本单元总的设计思路是：初识结构——分析结构——结构设计——欣赏结构，“结构”和“设计”共同构成“结构与设计”两个核心概念，而结构的稳定性是结构的重要性质之一，结构体现了空间的概念，因此，本节内容在《结构与设计》中起到举足轻重的作用，本节主要包括稳定性的概念、影响结构稳定性的因素两个部分。教材通过技术实验、阅读资料、问题思考、技术实习、试一试、调查研究及讨论交流等手段引导学生理解结构的稳定性技术原理，并探究影响结构稳定性的主要因素，这样不仅可以使学生对结构的这个技术原理有更深的认识，而且也给结构的设计等奠定了良好基础。 二、教学目标 （一）知识与技能 1、理解稳定与结构稳定的概念 2、掌握影响结构稳定性的因素 3、能运用影响结构稳定性的因素来判断结构的稳定性，并如何增加结构稳定性提出自己的看法。 4、在教学过程中培养同学们合作交流能力，要鼓励学生表达自己的认识和判断形成实事求是的科学态度。 （二）、过程与方法：通过观察生活和技术实验等方法使学生懂得应用结构的相关的理论知识。 （三）、情感态度价值观：让学生亲身体验注重交流，通过分析讨论得到结论，培养学生的观察分析能力，合作交流能力。增强主动参与意识，并渗透安全教育、德育教育。 三、学生分析： 在学习本节课之前，学生对于什么是结构的稳定状态，已经有了一定的感性认识。例如，物体的倒与不倒。但这样的认识是比较片面的，结构的稳定性问题不仅仅是解决结构的倒与不倒的问题。所谓结构的稳定性是指“结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力，即受外力后恢复原有平衡状态的能力”。所以，在提出结构稳定概念时要着重解决学生在认识上的误区。
钢结构楼梯的特点及应用范围 钢结构楼梯所用的材料毋庸置疑就是钢结构，而钢结构楼梯是焊接支点少，承重高，造型多，技术含量高著称。 钢结构楼梯也同样是采用了钢结构的强度高、自重轻、施工速度快、抗震性能好，便于安装和拆卸。造型美观，价格适宜，经济实用,具有防台风、抗地震、隔热、隔音、保温、防潮等特点。但钢结构存在防火和腐蚀问题。所以钢结构楼梯在制作安装时，是将表面进行喷塑、浸锌或烤漆等处理技术。 同时钢结构楼梯，不易受立柱，楼面等结构影响结实牢固。钢结构楼梯所采用的钢板均经过调试准确焊接而成，因此踏板装上以后前后左右均一致水平。而且所有材料配件均横平竖直。其钢结构楼梯的材料样式很多，包括方管，圆管，角铁，槽钢，工字钢等，因此最终钢结构楼梯的造型也是多种多样，极具时代气息和时尚气息。 钢结构楼梯的主要特点有以下四点：一是占地面积。二是造型优美。钢楼梯，有U字转角，有90度转直角形、有S形360度螺旋式、有180度螺旋形，造型多样、线条美观。三是实用性强。钢木结构采用铸钢管件，有无缝钢管、扁钢等多种钢材骨架。四是色彩亮。钢结构楼梯表面处理工艺多样,可以是全自动静电粉末喷涂(即喷塑),也可以全镀锌或全烤漆处理，外形美观，经久耐用。适用于室内或室外等大多数场合使用。能体现现代派的钢结构建筑艺术。 结合以上钢结构楼梯的特点，其应用范围也是十分的广泛。可广泛用于公路，街道栏杆，过街天桥，地铁的扶手和护拦、码头、车站、等户外设施；也可以餐厅、厂房、仓库、体育馆、大型市场、休闲度假产所等户内设施。 由于钢结构产品在建筑业的广泛应用以及产品自身的节能环保效果，所以发电厂、采矿业、石油化工、造船工业、污水处理、港口码头、市政工程、机械冶金、农牧园林、纺织化纤、食品加工、交通运输、化肥制药、精练油厂、建筑材料、油脂化工等相关行业也被广泛的涉猎。 总之，包括钢结构楼梯在内的相关钢结构建筑，被作为一种新型的建筑体系，在建筑领域里的运用日益成熟，逐渐成为主流的建筑工艺
1.编制依据 1、钢结构设计规范 GB50017-2003 2、钢结构工程施工质量验收规范 GB50205-2001 3、钢结构高强度螺栓连接技术规程 JGJ82-2011 4、钢结构焊接规范 GB50661-2011 5、钢结构工程施工规范 GB50755-2012 6、多、高层民用建筑钢结构节点连接 03SG519-1 7、当代商城装修工程施工图纸 2.工程概况 2.1 工程简介 2施工准备 2.1技术准备 本工程旋转钢梯示意图：
踏步施工节点图：
2.2 机具准备 本工程钢梯施工扭投入以下机具： 序号名称 单 位 数 量 备注 1电焊机台4 2气焊设备台2 3砂轮切割机台1 4角线磨光机台3 5烘箱台2 6保温桶个4 7倒链2吨吨4 8倒链5吨吨1 9台钻台1 3 材料要求 1、.未注明钢材均采用Q345B。 2.、未注明尺寸的焊缝为与母材等强焊接。对接焊缝和剖口焊缝技术指标参见《多、高
层民用建筑钢结构节点构造详图》(01SG519、01(04)SG519)第54至56页； 3.、旋转钢梯连接节点待进一步深化设计。 4 施工流程 钢板拼接下超声波检验 梯梁翼板、腹板卷制踏步板压弯、零件下胎具放样搭设 梯梁、梯柱、踏步板组队焊接超声波检验 预拼装 防锈、涂装 5施工方法 5.1钢板拼接、下料 1、型钢拼接：型钢拼接采用45 o斜接，拼接长度不得小于600mm，腹板坡口与翼板相同，拼接质量为全熔透一级。型钢对接坡口形式见下图： 图 8 2、弧形梯梁翼板按设计尺寸放样展开成弧形。尺寸计算及展开见图示a 螺旋线长度计算式：
展开见图示 3、下料：焊接H型钢梯柱、直段梯梁翼、腹板、弧形段梯梁腹板采用SKG-JQ9数控多头直条火焰切割机下料；弧形段梯梁翼板、楼梯踏步板采用SKG-B数控火焰切割机编程下料，型钢采用BS1000锯床或JG-400无齿锯锯切，小件用半自动火焰切割机切割；螺栓孔利用数控平面钻、摇臂钻进行钻孔；坡口采用半自动火焰切割机切割。梯柱、梯梁腹板与翼板组对坡口大样见下图： 图10 5.2卷制
§1.2.1结构与稳定性教学设计 嘉善三中顾问：沈宇喆 教师活动学生活动【导入】 生活中常见自行车翻倒、台灯翻倒、书 本翻倒，但是将书张开再立起就不容易翻 倒，可见同一个物体的稳定性都不尽相同。 我们将通过这一堂课学习什么是结构 的稳定性以及如何提高结构的稳定性。 【新授】 一.含义：指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力 [来源:高考资源网https://www.doczj.com/doc/746669063.html,] 配合器材讲解荷载和稳定性 【引导】地球上所有物体都受重力，但不是所有物体都容易翻倒 二.因素 1．演示稳定性与重心位置的关系 【引导】三个结构质量一定，只是重心的位【思考】静止放置的自行车是因为受到哪个力的作用而出现不稳定现象呢？ 【结论】结构稳定性与重心位置有关[来源: 【回答】不倒翁、落地
置不同。可是稳定性却不相同。 【提问】生活中哪些结构是因为重心较低而保持稳定的？ 2．探究实验1：按要求搭建一个凳子要求1：用最少条腿搭出最稳定的凳子 要求2：用同样条腿搭出相对不稳定的凳子 【对比】接触面积与支撑面积 【提问】生活中哪些结构是因为支撑面积大而保持稳定的？[来源:https://www.doczj.com/doc/746669063.html,] 3．探究实验2：用给定器材加固结构 【提问】生活中哪些结构是因为其形状为三角形而保持稳定的？ 案例分析：怎样使用A字形梯才更安全？扇…… [来源:https://www.doczj.com/doc/746669063.html,] 【思考】是不是凳子腿越多越稳定？同样条腿，什么时候凳子最稳定？ 【结论】结构的稳定性与结构形状有关 【回答】三角架、金字塔…… 【思考】有什么最快的方法使得这个结构的各个面都能承受钩码的拉力？ 【结论】结构的稳定性与结构形状有关 【回答】脚手架、自行车……
《结构与稳定性》说课稿 教材分析:本节内容是粤教版《技术与设计2》第一章第二节稳固结构的探析第1课时的内容。教学内容为影响结构的稳定性的因素，主要包括重心位置的高低、与地面接触所形成的支撑面的大小、结构的形状等。本节内容有承上启下的作用，可以使学生对前面学习的结构的基本知识有更深的认识和巩固，也为下一节课时结构与强度和功能的学习，为后续的简单结构的设计和经典结构的欣赏学习做好铺垫，本课是在感性的认识基础上进一步探究结构的重要性质之一的稳定性，可使学生对如何构建一个稳定的结构有更深的认识，并最终为解决实际问题能设计出成功的结构奠定了良好的基础。 教学目标： 知识与技能：理解结构稳定性的含义。 过程与方法：通过试验，分析总结出影响结构稳定性的主要因素。 情感态度与价值观：激发学生结构探究兴趣和欲望，培养学生的思想和意识。 教学重点和难点： 重点：影响结构稳定的主要因素。 难点：1、影响结构稳定的主要因素在不同结构中的体现。 2、能从影响结构稳定性的多个因素综合探讨典型结构的稳定性。 教学策略手段： 采用直观教学法。通过试验、举例、图片和实物展示，采用直观教学方法让学生亲身体会和感受，激发学生的学生的学习兴趣和促进对相关概念的理解。 采用探究式教学方法。通过纸板屏风的小实验，结合案例分析，激发学生探究热情，提高学生掌握相关知识的稳定性。
立足学生的直接经验和亲身经历。通过做中学，以学生的亲历情境、亲手操作、亲身体验为基础，学生自己能发现问题、提出问题、分析问题，并将所学知识应用于实际问题的解决。 学情学法： 通过第一节的学习，学生认识了常见的结构，会从力学的角度理解结构的概念，会简单的分析结构的受力，使得学生有了学习本课时的基础。学习本课可以使学生对结构特性有更深入的认识，并为后续的结构设计教学奠定基础。 因为教学内容以及概念的具体性，需要在课堂上通过对具体实例的探究，学生才会建立起比较稳定的结构与稳定性相关概念，也有利于提高学生的理解技术、运用技术的能力。 高中学生已经有相关结构及稳定性的生活经验和感性的认识，也有相应的力学知识，会对事物进行一般性分析，观察能力和思维能力已日趋成熟，但缺乏对事物的理性认识能力，自我探究能力还有待提高。只要引导方法得当，学生可以很快建立起相关概念。 教学准备： 多媒体课件，演示用的实物、模型。 学生试验用的纸板屏风。 教学过程： 整体思路：素材引课—演示试验—学生总结—互动试验—学生探究—学生自主试验——总结拓展 一、引课 让学生欣赏日常生活中的一些结构图片，有一定的发展趋势，这些物体以不同状态摆放存在着，让学生去总结发现他们之间有什么共同点？引出稳定性概念。
1.编制依据 1、钢结构设计规范GB50017-2003 2、钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001 3、钢结构高强度螺栓连接技术规程JGJ82-2011 4、钢结构焊接规范GB50661-2011 5、钢结构工程施工规范GB50755-2012 6、多、高层民用建筑钢结构节点连接03SG519-1 7、当代商城装修工程施工图纸 2.工程概况 2施工准备 2.1技术准备 本工程旋转钢梯示意图：
踏步施工节点图：
2.2 机具准备 本工程钢梯施工扭投入以下机具： 序号名称单位数量备注 1 电焊机台 4 2 气焊设备台 2 3 砂轮切割机台 1 4 角线磨光机台 3 5 烘箱台 2 6 保温桶个 4 7 倒链2吨吨 4 8 倒链5吨吨 1 9 台钻台 1 3 材料要求 1、.未注明钢材均采用Q345B。 2.、未注明尺寸的焊缝为与母材等强焊接。对接焊缝和剖口焊缝技术指标参见《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》(01SG519、01(04)SG519)第54至56页；
3.、旋转钢梯连接节点待进一步深化设计。 4 施工流程 钢板拼接下料超声波检验梯梁翼板、腹板卷制踏步板压弯、零件下料胎具放样搭设 梯梁、梯柱、踏步板组队焊接超声波检验 预拼装 防锈、涂装 5施工方法 5.1钢板拼接、下料 1、型钢拼接：型钢拼接采用45 o斜接，拼接长度不得小于600mm，腹板坡口与翼板相同，拼接质量为全熔透一级。型钢对接坡口形式见下图： 图8 2、弧形梯梁翼板按设计尺寸放样展开成弧形。尺寸计算及展开见图示a 螺旋线长度计算式：
展开见图示 3、下料：焊接H型钢梯柱、直段梯梁翼、腹板、弧形段梯梁腹板采用SKG-JQ9数控多头直条火焰切割机下料；弧形段梯梁翼板、楼梯踏步板采用SKG-B数控火焰切割机编程下料，型钢采用BS1000锯床或JG-400无齿锯锯切，小件用半自动火焰切割机切割；螺栓孔利用数控平面钻、摇臂钻进行钻孔；坡口采用半自动火焰切割机切割。梯柱、梯梁腹板与翼板组对坡口大样见下图：
STAAD.Pro在钢螺旋楼梯工程设计中的应用 摘要：结合某会所钢螺旋楼梯的设计，通过结构设计软件STAAD.Pro对钢螺旋楼梯进行建模分析，介绍了其计算模型的建立、结构布置、楼梯与混凝土结构的连接形式和连接节点的构造等多方面的内容，可为类似工程提供参考。 关键词：钢螺旋楼梯；STAAD.Pro软件；钢结构；节点 THE APPLICATIONG IN THE DESIGN OF A STEEL HELICAL STAIRCASE WITH STAAD.PRO Li Erhang，Li Fang （China Nuclear Power Engineering Co., Ltd. Zhengzhou Branch，Henan Zhengzhou 450052，China） Abstract：Based on the design of a steel helical staircase in a chamber,the application of STAAD.Pro is introduced.Some problems such as the model building,the joints and styles that connect the staircase to the original concrete structure,the tectonic methods applied to the steel staircase are discussed.Some results are obtained which can provide a reference for other similar projects. Key words：steel helical stair；software of STAAD.Pro；steel structure；connection 1 前言 螺旋楼梯是一种应用最广泛的曲线楼梯。钢结构螺旋楼梯与混凝土螺旋楼梯相比具有截面小，结构轻，造型上比较轻盈美观等优点，结构工程中应用越来越广泛，但其理论分析和设计方法的研究不多，相关设计规范中还没有钢结构螺旋楼梯的设计方法及相应规定，而且目前所进行的研究大都是针对混凝土楼梯，针对钢结构螺旋楼梯进行的系统理论分析尚未见到，现阶段钢结构螺旋楼梯的设计只局限于实际经验，参考钢筋混凝土相关手册，根据图集大致选取，然后工厂制造。在《钢梯》（02J401）[1]图集中虽然有钢螺旋楼梯的相关标准图，但由于螺旋角度、楼梯高度的不同，大多数情况下难以从图集中选择合适的标准图。针对钢螺旋楼梯在工程设计中存在的这些问题，本文结合某会所钢楼梯设计并通
钢结构楼梯搭建 钢结构楼梯的材料多种多样方管，圆管，角铁，槽钢，工字钢均可。因此造型更加多种多样，它以支点少，承重高，造型多，技术含量高着称。不易受立柱，楼面等结构影响,结实牢固，倍受消费者青睐。那么建筑施工企业在进行钢结构楼梯搭建中，基本特点情况如下： 一、造型美。钢楼梯，有U字转角，有90度转直角形、有S形360度螺旋式、有180度螺旋形，造型多样、线条美观。 二、实用性强。钢木结构采用铸钢管件，有无缝钢管、扁钢等多种钢材骨架。 三、色彩亮。钢结构楼梯表面处理工艺多样,可以是全自动静电粉末喷涂(即喷塑),也可以全镀锌或全烤漆处理，外形美观，经久耐用。适用于室内或室外等大多数场合使用，能体现现代派的钢结构建筑艺术。 钢结构楼梯搭建细节要点： 1、钢材，钢结构楼梯在选材上大多以槽钢为主，市场上销售的槽钢规格不一，因此，选择适合规格的槽钢是优质钢结构楼梯的首要条件。 2、考虑到钢结构楼梯的使用保证，钢结构楼梯一般都是采用固定在混凝土墙面，采用膨胀螺丝固定，这样可以保证钢结构楼梯的安全稳定，针对那些空心砖、气泡砖墙，施工单位需要在墙面挖出一块位置做混凝土预埋，以保证钢结构楼梯的稳固安装。 3、焊接，钢结构楼梯的焊接需要根据施工单位设计要求，埋弧焊是常见的焊接方式之一。
4、为了保证钢结构楼梯的使用寿命，施工过程中，施工单位需要对焊接过后的钢结构楼梯进行重新上漆，避免因焊接点接触空气出现氧化，影响钢结构楼梯使用寿命。 5、在钢结构楼梯转角处，施工单位通常采用槽钢联通，将钢结构楼梯焊成一个完整的整体，而不是靠独立的固定点来受力，以整体的形式相互拉扯的力。所以钢结构一定要焊成一个整体。尽量不要破坏原有的混凝土梁。
高三班姓名学号 通用技术结构与控制二轮复习学案 编制人赵延龙使用日期2011-2-28----3-11 高考考点： 1 结构与设计 （1）了解结构的涵义，能从力学的角度理解结构的概念和一般分类。 例结构是指可承受一定应力的架构形态，结构可以抵抗能引起形状和大小改变的力。（2）能结合1～2种简单的结构案例，分析结构是如何承受应力的。 例支柱能抵抗压力，捆绑能抵抗张力等。 （3）能通过技术试验分析影响结构的强度和稳定性的因素，并写出试验报告。 例结构的类型、材料的选择、连接处的强度等影响着结构的强度和稳定性。 （4）能确定一个简单对象进行结构设计，并绘制设计图纸，做出模型或原型。 （5）能从技术和文化的角度欣赏并评价典型结构设计的案例。 例赵州桥、长城、埃菲尔铁塔、悉尼歌剧院等经典建筑的欣赏。 2控制与设计 （1）理解控制的含义及其在生产和生活中的应用。 例事物的发展有多种可能性，人们根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。 （2）分析典型的案例，了解手动控制、自动控制，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。 例１控制设计是对系统的信息流程、反馈机制进行分析和设计，使系统的运行达到最佳状态。 例２开关控制灯的亮与灭（手动、开环控制）。 例３电冰箱冷藏室温度的控制（自动，闭环控制）。 （3）能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器等环节的作用，熟悉反馈环节的作用。 例画出家用空调控制系统的方框图。 （4）能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素，并作分析。 例１飞机飞行导航系统的干扰因素的分析，如电磁波等。 例２恒温箱的恒温控制中，影响温度的干扰因素分析，如环境温度等。 （5）了解简单的被控制对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制设计的方案。 （6）能根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置；或者能根据简单闭环控制系统的设计方案进行实施或模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。 知识回顾： 1、根据物体的结构形态，通常将结构分为实心结构、框架结构和壳体结构三种基本类型。 2、结构的稳定性是结构阻碍变形和形变的能力。影响结构稳定性的因素有多种，主要有结构的形状、结构与地面支撑面的面积大小、重心的位置。对于一个结构而言，如果重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，就是稳定的，不会出现倾倒。 3、结构的强度是指结构抵抗变形的能力。结构的强度与结构的形状、使用的材料、构件之
钢结构楼梯制作的相关特点及要求 制作钢结构楼梯是非常的有讲究的，通过多道程序，严格的反复验证。钢结构楼梯是链接楼层与楼层之间的纽带，少不了要保养它，要注重它的安全。当然，钢结构楼梯不仅仅只是用来沟通楼层，也能体现整个家庭的环境氛围，优雅高尚的钢结构楼梯就会给人一种安静舒适，置身事外的神奇体验，当然我公司可以为您量身定做，根据您的喜好，搭配您的房子，制作出最合理的钢结构楼梯。 钢结构楼梯以焊接钢结构楼梯以支点少，承重高，造型多，技术含量高著称。不易受立柱，楼面等结构影响,结实牢固。焊接楼梯的钢板均经过调试准确焊接而成，因此踏板装上以后前后左右均一致水平。而且所有材料配件均横平竖直。焊接楼梯的材料多种多样方管，圆管，角铁，槽钢，工字钢均可。应此造型更加多种多样。 钢结构楼梯具有占地小，造型美且多样的特点，常见的钢结构楼梯造型有：90度转直角形、U字转角、180度螺旋形等，客户可根据自己的需求，和施工设计单位要求，制作自己想要的钢结构楼梯造型! 色彩鲜亮是钢结构楼梯的最大特色，施工单位可根据业主需求对钢结构表面进行动静电粉末喷涂(即喷塑),也可以全镀锌或全烤漆处理，外形美观，经久耐用。适用于室内或室外等大多数场合使用。能体现现代派的钢结构建筑艺术 钢结构楼梯螺旋楼梯可以说与圆形楼梯异曲同工，但其结构支承方式是由中心的钢柱为支撑点，楼梯踏板作为悬臂梁从钢柱挑出，沿螺旋上升排列。住宅内运用钢结构楼梯，主要解决建筑内部空间狭小问题。在一个建筑师设计的住宅内，在沿街的一侧设计钢结构楼梯，楼梯挑空的踏步格栅钢板，与阶梯状的一侧楼梯斜梁，整体显得很工业化，同暴露钢结构的建筑形成一种结构逻辑关系。而在欧洲某建筑内部的一个钢结构楼梯，其倾斜的坡度，楼梯整体由方钢构成，而其周围建筑组成部分也采用相同材料，其线的构成及比例关系成为空间内部设计的重点。
通用技术结构与稳定性ppt课件 篇一：通用技术结构与稳定性 结构与稳定性 一、教学目标 1. 知识与技能目标 (1) 了解稳定性的概念。 (2) 知道影响结构稳定性的主要因素。 (3) 能对简单的结构进行稳定性分析。 2. 过程与方法目标 通过试验使学生明白影响结构稳定性的因素，并掌握分析结构稳定性的方法。 3. 情感态度和价值观目标 提高学生的上课热情，培养学生从生活中发掘与通用技术相关的内容，可以技术的思维解决或解答一些简单的技术问题。 二、教学重点 ⑴ 对结构稳定性的理解。
⑵ 分析影响结构稳定性的主要因素。 三、教学难点 分析影响结构稳定性的因素。 四、教学方法 讲授法、试验法、分析法等。 五、设计思想 1. 教材分析 本单元内容是《技术与设计2 》的第一个主题，该单元总的设计思 路是：认识结构——探析结构——设计结构——欣赏结构，“结构”和“设计”共同构成本单元两个核心概念。而结构的稳定性又是结 构的重要性质之一，因此，本节内容在《结构与设计》中起到举足 轻重的作用，所以教材通过马上行动、案例分析、探究、小试验及 阅读等手段引导学生理解结构的稳定性、探究影响结构稳定性的主 要因素，这样不仅可以使学生对结构的基本概念有更深的认识，而 且也为以后结构的强度、结构的设计等奠定了良好基础。 2. 设计理念 本节课设计紧紧抓住课程的标准“能通过技术试验分析影响结构稳 定性的因素，并写出试验报告”,突出教材的“探究”的教学指引。 在教学中为了使学生更易学到相关知识，以“影响结构稳定的主要 因素”为主线，并以这条主线展开教学，使学生达到了解并应用知
识的最终目的。课堂安排具有开放性的学生定性的小试验，可以教师演示，也可以教师提供道具学生上台亲自做试验。从而加深对影响结构稳定性因素的理解。在完成之后还可以让结构完成试验报告的书写，掌握简单试验试验报告的书写方法。 3. 教学策略设计 （1）通过身边的台风破坏的例子引入本节课内容，引起学生学习兴趣，并提出结构稳定性的概念。 （2）通过一些图片的展示，让学生分析影响其稳定性的原因，最后教师总结。 （3）提出影响结构稳定性的主要因素，并通过试验、探究活动等形式对影响结构稳定性的因素进行具体分析。 （4）安排一些适当的思考使学生参与课堂，主动思考与研究，提高课堂有效性。 4. 学情分析 学生通过第一节“常见结构的认识”的学习，对结构的概念，结构的受力、及结构的一般分类有了初步的认识。并且在生活中常常见到一些稳定与不稳定的结构，因此对结构的稳定性的认识有一定的探索欲望。学生原本对结构稳定性的认识仅仅停留在感性层面上，即凭感觉觉得它是稳定还是不稳定的，没有上升到理性认识高度。因此通过典型案例分析、亲自动手试验等途径，学生完全能够达到本节内容的学习目标。
第二节稳固结构的探析 【教材版本】 通用技术必修2《技术与设计2》 【设计理念】 1.采用直观教学法。通过试验、举例、图片和实物展示，采用直观教学方法让学生亲身体会和感受，激发学生的学习兴趣和促进对相关概念的理解。 2.采用探究式教学方法。通过小实验，结合案例分析，激发学生探究热情，提高学生掌握相关知识的稳定性。 3.立足学生的直接经验和亲身经历。通过“做中学”，以学生的亲历情境，亲手操作，亲身体验为基础，学生自己能发现问题、提出问题、分析问题，并将所学知识应用于实际问题的解决。 【教材分析】 1.知识结构分析 本课时是《技术与设计2》第一单元“结构与设计”的第二节“稳固结构的探析”的第1课时。本节讲述了结构的两大重要性质：稳定性和强度。教材先从实例出发，分析影响结构的稳定行的主要因素，再从结构的形状、材料、连接等方面，分析影响结构的强度的主要因素。教材还简单分析了结构与功能的关系。 2.知识发生发展过程分析 让学生通过技术试验，学会分析影响结构的稳定性和强度的因素，教师应注意在技术实验中对学生的引导。 3.知识学习意义分析 结构的稳定性和强度是影响结构质量的重要因素，不同的结构体现了不同的功能。这些都是结构的基本知识，是结构设计是必须考虑的基本问题。 4.教学建议与学法指导说明 通过适当的概念讲解，教师把影响结构的稳定性和强度的几个主要因素直接讲授给学生，让学生掌握较为系统的知识点，来指导学生进行探究活动，从而达到知识的内化，知识的拓展。这样的教学也体现《技术与设计2》的教学设计思路“学中做”。 2课时。 【学情分析】 1.原有认知发展分析 在本课时之前，学生已经学习过了常见结构的基本知识。学生已经初步明白了“结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列、构件的五种基本受力形式，通过有趣的小试验，强化对不同类型结构的
高中通用技术 《结构的强度与稳定性——如何理解“结实”和“稳定”》说课稿 指导思想： 普通高中通用技术课程立足九年义务教育的基础，以基础的、宽泛的、与学生日常生活联系紧密的技术内容为载体，以进一步提高学生的技术素养、促进学生全面而富有个性的发展为目标。 一、说教材 1、教材分析 本单元内容属于《技术与设计2 》的第一个主题“结构及其设计”，该主题总的设计思路是：认识结构——探析结构——设计结构——欣赏结构，“结构”和“设计”共同构成本单元两个核心概念。结构体现了“空间”的概念，而结构的强度与稳定性又是结构的重要性质之一，因此，本节内容在《结构及其设计》中起到举足轻重的作用，通过引导学生理解结构强度与稳定性的含义、探究影响结构强度及稳定性的主要因素，使学生对结构的基本概念有更深的认识，也为以后学习结构的设计奠定良好的基础。 2、教学目标 知识与技能：让学生学会 理解结构强度的定义 理解材料、形状和连接方式是如何影响结构的强度的。 过程与方法：让学生会学 通过多媒体演示、案例分析、合作探究、小试验等方法分析影响结构强度的主要因素，培养学生观察分析、协同合作、解决问题及动手操作能力。 情感态度与价值观：让学生乐学 培养学生观察、思维能力以及对通用技术学科的情感，使学生体会到通用技术课程是很实用的，从而主动参与，在学习过程中体验乐趣，同时达到德育渗透的目的。 总之，本节课的学习，目的是让学生学会、让学生会学、让学生乐学。 3、教学重点与难点 重点： 1、了解结构强度的含义。 2、了解材料、形状和连接方式是如何影响结构的强度和稳定性的。 难点： 利用所学知识分析实际案例,理解影响结构强度的主要因素。 二、说学情 通过前面的学习，学生对结构的概念，结构的受力及结构的一般分类有了初步的认识，因此对哪些主要因素影响结构的强度会产生浓厚的兴趣，也有了一定的探究欲望。通过典型案例、多媒体演示、小试验等方法合理引导，学生完全能够达到本节内容的学习目标。 三、教学策略 教学过程我采取情景导入——知识构建——合作探究——总结提高——能力拓展这一模式，积极倡导，使学生主动参与、乐于探究、勤于思考，以培养学生获取新知识，分析和解决问题等能力。
通用技术结构与稳定性ppt课件 结构与稳定性 一、教学目标 1. 知识与技能目标 (1) 了解稳定性的概念。 (2) 知道影响结构稳定性的主要因素。 (3) 能对简单的结构进行稳定性分析。 2. 过程与方法目标 通过试验使学生明白影响结构稳定性的因素，并掌握分析结构稳定性的方法。 3. 情感态度和价值观目标 提高学生的上课热情，培养学生从生活中发掘与通用技术相关的内容，可以技术的思维解决或解答一些简单的技术问题。
二、教学重点 ⑴对结构稳定性的理解。 ⑵分析影响结构稳定性的主要因素。 三、教学难点 分析影响结构稳定性的因素。 四、教学方法 讲授法、试验法、分析法等。 五、设计思想 1. 教材分析 本单元内容是《技术与设计2 》的第一个主题，该单元总的设计思路是：认识结构——探析结构——设计结构——欣赏结构，“结构”和“设计”共同构成本单元两个核心概念。而结构的稳定性又是结构
的重要性质之一，因此，本节内容在《结构与设计》中起到举足轻重的作用，所以教材通过马上行动、案例分析、探究、小试验及阅读等手段引导学生理解结构的稳定性、探究影响结构稳定性的主要因素，这样不仅可以使学生对结构的基本概念有更深的认识，而且也为以后结构的强度、结构的设计等奠定了良好基础。 2. 设计理念 本节课设计紧紧抓住课程的标准“能通过技术试验分析影响结构稳定性的因素，并写出试验报告”,突出教材的“探究”的教学指引。在教学中为了使学生更易学到相关知识，以“影响结构稳定的主要因素”为主线，并以这条主线展开教学，使学生达到了解并应用知识的最终目的。课堂安排具有开放性的学生定性的小试验，可以教师演示，也可以教师提供道具学生上台亲自做试验。从而加深对影响结构稳定性因素的理解。在完成之后还可以让结构完成试验报告的书写，掌握简单试验试验报告的书写方法。 3. 教学策略设计 （1）通过身边的台风破坏的例子引入本节课内容，引起学生学习兴趣，并提出结构稳定性的概念。
螺旋钢结构楼梯设计及舒适度分析 ? 螺旋钢结构楼梯设计及舒适度分析螺旋钢结构楼梯 设计及舒适度分析彭航1 朱亮2 (1.广州容柏生建筑 结构设计事务所上海分院，上海200060; 2.同济大学建筑设计研究集团四院, 上海200092) 摘要：针对实际工程中的螺旋钢结构楼梯，采用ANSYS进行了简化及整体建模分析,发现螺旋钢结构楼梯的弧梁受力与普通的简化假定有 所不同，建议螺旋钢结构楼梯中应考虑踏步板的作用进行整体建模计算。采用3种工况模式对楼梯的舒适度进行了分析，通过考察结构的加速度时程曲线，对结构截面进行了调整。认为螺旋钢结构楼梯截面普遍由舒适度控制，应力比及位移均不大，建议采用Q235B钢进行设计。关键词：螺旋楼梯; 钢结构; ANSYS; 舒适度; 加速度时程螺旋钢楼梯造型新颖、轻巧，深受建筑师的喜爱。尤其底部无柱的螺旋钢梯在建筑中的应用越来越多。作为空间结构，螺旋楼梯为弯剪扭和轴力共同作用的空间受力体系[1-2]。不仅受力复杂，而且由于钢结构自重较轻，在人行荷载下，钢梯的舒适度有可能存在问题。一直以来，舒适度控制多集中在楼盖结构和人行天桥中[3]，对旋转楼梯的计算分析不多。然而国外却有因钢梯舒适度太差，使得业主必须对钢梯采取减震措施的案例[4]。因此对于此类螺旋钢梯应增加舒适度验算亦逐渐成为共识。
1 钢楼梯结构设计1.1 工程概况北方某体育设施内在1层与2层之间设置钢楼梯(图1)。楼梯为螺旋钢梯，由一层楼面旋转上升235°后直线搭接至2层楼面。楼梯高度为5.4 m，楼梯宽度为2.1 m，楼梯踏步高度为150 mm，中心线踏步宽度为300 mm，总共36级踏步。楼梯初步选用Q345B 级钢。钢梯平面弧度较大，而建筑对楼梯要求较高，不让中部设柱。因此采用两侧箱型梁贯通布置，箱型梁间采用踏步板进行连接。在中部平台处增设加劲肋。箱型梁截面采用 □300×100×20×20,踏步板采用5 mm厚的钢板。踏步板上铺设4 cm厚的细石混凝土。箱型梁两侧通长设置玻璃扶手栏杆。设计中钢结构自重由程序自动计算。踏步面层为4 cm，恒载取值为1.0 kN/m2。扶手荷载按1.0 kN/m输入，楼梯活荷载按疏散楼梯考虑为3.5 kN/m2。针对钢梯，常用计算假定认为踏步板将力传递给楼梯两侧的箱梁，箱梁作为主要的杆系受力构件进行受力及刚度计算。然而，实际的钢楼梯内外侧圆弧由于直径的不同，导致内外弧的长度相差较大。而建筑师一般要求内外弧的箱梁截面外形尺寸一致。内外弧的钢箱梁由于长度相差过大，导致竖向刚度存在巨大差异。以本楼梯为例，采用□300×100×20×20的截面计算，内外弧箱梁的竖向刚度(跨中承受单位集中力)计算结果如表1所示。a—ANSYS模型;b—平面。 图1 钢楼梯表1 内、外弧梁刚度计算结果位置竖向位移
钢结构旋转楼梯制造工艺 梅弘杰 () 广州 MPC 国际钢结构有限公司设计部 关键词钢结构旋转楼梯制造工艺 一前言 随着钢结构在国内的广泛应用 ,建筑造型对钢结构的制造提出了更高的要求 ,特别是高档别墅、展厅、休闲中心常常会碰到旋转楼梯 ,其中钢结构旋转楼梯结构轻巧 ,流线性强、更能表现轻快气氛 ,为广大用户所青睐 ,而日常生活中遇到的旋转楼梯大多数都是混凝土结构 ,现场支模、现浇即可 ,但没有钢结构楼梯轻巧、美观。如果采用钢结构旋转楼梯 ,因旋转楼梯的梯梁是空间立体结构 ,为螺线型 ,车间很难控制梯梁的空间立体形位公差 ,因此钢结构旋转楼梯的车间制造工艺一直成为制造中的难点 ,本文以广东省物资集团汽车贸易市场 () 新市总部展厅内的钢结构旋转楼梯制造工艺 ,提出一套简便可靠的方法。 二钢结构旋转楼梯的工程特性和制造难点 该钢结构旋转楼梯的主要结构尺寸如下 :内径 r = 875 mm ;外径 R = 2075 mm ;踏步高 175 mm ,共计 22 级 ;梯高 H = 3850 mm ;两侧梯板梁厚 25 mm ;踏步板厚 8 mm ,上铺 30 厚木板 ,下垫角钢 50 和 50 方木固定 ,钢材均为 Q235 。 钢旋转楼梯的平面 和立面结构形式如图 1 。
由于钢结构旋转楼 梯螺旋型的特性 , 故有 其特有的制造难点 : () 1 钢结构旋转楼 梯的 25mm 厚内侧梯板梁均是由螺旋线组成 , 图 1 由空间点来描述难以展 开的平面 ,车间放样、下料、装配、焊接比较困难 ; () 2由于钢结构旋转楼梯建立在立体空间上 ,各点空间位置及各部件相互定位困难 ; () 3梯板梁厚达 25 mm ,压制成螺旋型较难 ,再加之焊接变形、运输变形等 ,不易保证楼 三钢结构旋转楼梯的制造工艺 针对以上难点 ,我们采取了以下一些特有的措施 : () 1制定系统的工艺程序 ,由每一步的精度控制来控制整个产品形位公差 ; () 2压制采用压刀和园柱面的母线的方法进行。 πθ() 根据设计图纸 ,确定内外梯板梁的螺旋升角= arctg{ H/ 3D/ 4} 。内外梯板梁检验线
稳固结构的探析 ——1.结构与稳定性 一、基本说明 二、教学设计 1、教学目标 （1）：主要是了解什么是结构的稳定性，掌握影响结构稳定性的主要因素，运用所学知识孕伏设计稳定结构； （2）：能通过技术实验分析影响结构稳定性的因素，通过稳定的结构在生活中的应用，初步学会探究问题的方法。可采取通过小组合作探究，动手实践，加深对教学重难点的把握。 （3）：使学生认识树立对结构稳定性问题探讨的重要性；通过学生的实践活动培养钻研精神，增进合作交流能力，激发结构设计爱好和欲望，并以技术的观点对待生活中的结构稳定性问题，以提高技术素养。通过对学案的配套学习和教材相关内容的阅读，培养学生的自学精神 2、内容分析： 本节内容承前内容为：第一单元第一节常见结构的认识；启后内容为：第一单元第三节简单结构的设计；本节课的内容与生活紧密相联，通过本节的学习，不仅可使学生对结构的认识更深，而且也是以后学习结构与强度、结构与功能和第三节简单结构的设计基础。因些对本节的教材内容的重难点做如下解读：重点：利用案例探讨影响结构稳定的主要因素 难点：利用结构稳定性解决有关的问题 关键：案例分析提炼出影响结构稳定性的三要素：重心位置、支撑面的大小、和结构的外形。
3、学情分析： 高一学生，对结构有一定的了解，但难以上升到技术层面去理解和认识；在前面的学习中，学生已经了解了结构的含义，熟悉了常见的几种结构，是一种感性的认识，并未形成对结构的性质方面的深层理解，缺乏对结构的理性分析，没有系统的知识架构，尽管下节对结构设计和创作有专门章节，但是要在本节对学生在结构设计和创作方面要有意识地孕伏和渗透缺少的经验和设计思想。好在，高中学生的观察能力和思维能力已经具备一定的成熟性，在学习完“技术与设计1”模块后，学生具有技术基础的熟悉和较大的设计创造冲动,从而可以更有效地把握结构性质,为后续的结构设计做好知识铺垫。 4、教学策略 采用探究式教学法：提供学生充分自由表达、探究问题的机会，通过个人、小组等讨论解答和尝试活动，立足于学生的直接经验和亲身经历，力求使学生做到自己能发现问题、提出问题、分析问题，并将所学知识应用于实际问题的解决。通过小组活动，培养学生之间和谐合作的能力，体验交流合作的乐趣，推进学生对结构知识的内在联系的整体熟悉与体验，发展学生的创新能力、实践能力以及自我探索，自我解决问题的良好品质。① 采用直观教学法：举例、图片和实物展示，激发学生的学习爱好和创造灵感，促进对结构稳定性的理解。 采用分组探究法，在分组活动中进一步探究和体会影响结构稳性的因素（有些学生将园株笔弄弯了，涉及到结构的强度），进而为一节课作铺垫； 5、教学资源预备 1．结构稳定性案例；结构演法教具和学具；如：三棱锥和长方体、生熟二种鸡蛋一个、不倒翁、一次性杯子、一摞书本、象棋等； 2．多媒体教室上课；预备一些实物，图片，演示工具PPT多媒体课件； 3．为学生预备筷子、橡皮筋等实践活动用品。 6、设计思路： 本堂课的设计思路是先让学生明确目标，进而从师生共同的演示实验案例入手，引导学生进行思考、讨论，最后得出基本的结论，形成结论，教师的主要任务在于积极引导，调动学生的积极性。
第一单元《结构与设计》检测试题 班级学号姓名 一、选择题 1、结构是指（） A、构成自身的空间形态 B、事物各个组成部分的有序搭配和排列 C、承受力和抵抗变形 D、可承受力的非架构形态 2、尼龙搭扣是利用自然中（）的结构而发明的。 A、叶边上有齿的小草 B、植物 C、植物的种子 D、苍耳子 3、结构的构件受力多种多样，基本的受力形式有（） ①受重力②受拉、受压③受剪切力、受扭转④受弯曲 A、①②④ B、①③④ C、①②③ D、②③④ 4、固定空调室外机铁架的镙钉的受力形式为（） A、受重力 B、受扭转 C、受剪切 D、受弯曲 5、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 6、钻石有令人难以置信的强度，它有碳元素构成的分子结构为四面体，每个面都是三角形，这说明了结构的强度与下面那个因素有关。（） A、重心位置 B、结构的材料 C、结构的形状 D、综合利用以上各因素 7、发生交通事故时，摩托车手的头盔能有效保护车手的头部安全，是因为（） A、头盔的壳体结构能分散撞到头盔上的力 B、头盔的壳体结构能吸收撞到头盔上的力 C、头盔的框架结构能分散撞到头盔上的力 D、头盔的组合结构能吸收撞到头盔上的力 8、结构的稳定性是指（） A、结构在负载作用下维持原有平衡状态的能力 B、结构在外力作用下维持原有平衡状态 C、结构在负载作用下维持原有平衡状态的现象 D、结构的牢固 9、立柱式的广告牌容易被台风吹倒，是因为（） A、造得不牢 B、受力面积大 C、支撑面积小 D、受力面积大而支撑面积小 10、影响结构稳定的因素除了重心高低、支撑面积的大小和形状以外，还与（）有关 A、材料 B、高低 C、粗细D高低和粗细 11、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
通用技术（结构与设计）练习题 一、选择题 1、日常生活中，使用螺丝刀时，螺丝刀需要承受什么力（） A、拉力； B、压力； C、弯曲力； D、扭转力。 2、2008年北京奥运会举重运动员在举重过程中双臂主要承受什么力（） A、拉力 B、压力 C、剪切力 D、弯曲力 3、钻石有令人难以置信的强度，就是因为它的分子结构为四面体，每个四面体都有四个角、四个面和六条边，每一个面都是一个三角形，说明钻石的强度与（）有关。 A、结构的形状 B、使用的材料 C、构件之间的连接方式 D、稳定性 4、在2008年北京奥运会比赛中，以下哪一个结构是属于利用不稳定的结构实现某些功能的（） A、乒乓球桌 B、羽毛球拍 C、跨栏 D、单杠 5、在2008年北京奥运会比赛场馆的建设过程中结构的稳定性至关重要，下面不是响结构稳定性的因素是：（） A、建筑物重心位置的高低 B、建筑物的结构形 状 C、建筑物与地面支撑面积的大小 D、建筑物的颜色 6、某些支撑阳台的梁做成如下图所示形状，这主要是出 于对（）的考虑。 A.美观 B.强度 C.安装 D.稳定性 7、赵州桥，桥长64．40米，跨径37．02米，是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。因桥两端肩部各有二个小孔，不是实的，故称敞肩型，这是世界造桥史的一个创造。按结构形态分类，该桥应为( B )结构。 A．壳体结构B．实体结构C．框架结构D．组合结构 8、范仲淹的“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”使岳阳楼闻名天下。它是一座三层的纯木结构建筑，斗拱、飞檐的结构复杂，工艺精美，令人惊叹。斗拱使屋面凹曲，飞檐使沉重的建筑增添了轻快欲飞的美感。体现了高贵华美的风韵，丰富了中国古代建筑文化。