五、影响结构稳定性的因素

1．影响因素

结构需要稳定。那么，究竟有哪些因素会影响物体结构的稳定性呢？归纳前面的分析，可得出影响结构稳定性的因素，主要有以下几点：

（1）结构的形状

一个物体是否容易被翻到、推到，主要与它的支撑底面形状、底面积大小有关系。现在来看两种情况：一是底面由三点支撑，等同于由三点连成的三角形（如图1—46（a））支撑，二是底面由同样距离的三点连接的圆形（如图1—46（b））支撑。我们知道，物体的重心若超出其支撑面，就会翻到，即失稳。由于r<R，图（a）相对图（b）来说，易出现失稳，所以图（b）所示的结构形状的稳定性相对要好。

金字塔，或金字塔型的建筑，如江河的人造堤坝，稳定性好， 能经得起时间的考验。它们的结构外形，如同“A”字形。可想而知，倒过来，即“V”形结构，稳定性就差了。

问题思考

为什么说“古老板凳”的稳定性好？

（2）重心的位置

作用在物体重心上的重力，总有将物体的重心尽量拉近（吸向）地面的趋势。因此，物体的重心位置不当（如偏高），物体将被移动，甚至翻到。

不倒翁之所以稳定，就是因为它的重心设置得很低，在它纵向长度的一半以下。

调查研究

上面讲的影响结构稳定性的因素主要是与重力有关的因素。其实，影响结构稳定性的因素不止这两点，例如，我们已学习的三角形比四边形稳定。就是说，三角形框架比四边形框架稳定性好。查阅资料，了解还有那些影响结构稳定性的因素，人们为增加结构稳定性采取了哪些措施？

2．巧妙地增加结构的稳定性

怎样才能使结构的稳定性增加？可以想到的是：尽可能地增加结构的底面面积；尽可能地降低结构的整体重心位置。但是，做到这两点要受到很多条件限制。下面，我们来研究增加结构稳定性的思想和办法。

○减少长细比。长细比，指的是结构的纵向长度与横向截面的最大尺寸（如图的直径）之比。如果是梁，长细比越大，越易弯；如果是杆件，长细比越大，也越易变形。长细件变形的主要情形如图1—47所示。因此，正确处理杆件的长细比和选用材料十分重要。

○本章第三节中的技术实验3，给了我们很好的启发：利用三角形框架及其组合结构，可以有效的增加结构的稳定性。自行车车体（图1—9）不正是一种巧妙的结构吗？

讨论交流

上面的增强结构稳定性的做法，是从什么角度去考虑问题的？我们还有没有其他构想？

3．巧妙地应用结构的不稳定性

在某些特定情况下，不稳定型结构可以被应用到我们的生产或生活中。

例如不稳定性结构在铁路道口栏杆中的应用，如图1—48所示。其中，（a）为平时的栏杆竖立起的不工作状态，（b）为有火车要通过道口时的栏杆横卧放下的工作状态。这种栏杆巧妙在哪里呢？

图1—48一种巧妙的铁路道口栏杆

图中，栏杆有两条长杆和许多条短杆组成，长杆与短杆都用螺栓连接，构成许多可以变换形状的四边形栅格。不工作时，栏杆整体立起在道边，栅格呈平行四边形，不占太多地面；而工作时，栏杆横放，栅格呈长方形，像一张网挡住道口。原来，这里的可变形栅格结构，正是利用了结构的不稳定性，巧妙！

讨论交流

试一试，你能举出几个类似的应用实例吗？