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第5章 建筑结构与工程
第1节 建筑结构与功能
八上科学 ZJ
1.了解建筑结构的一般分类，并能说出它们在生活中的应用实例。
2.能够建立模型分析作用在结构上的力，从而确定结构的稳固性与
可靠性，发展科学思维。
3.知道建筑结构与功能相适应，并能根据生活实例进行说明。
1.结构
定义 结构是指组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列
性质 结构普遍存在于自然界和人类创造的各种事物中，不同的
事物往往具有不同的结构，不同的结构具有不同的功能
示例 ___________________________________________________________________________________________________________________
蜘蛛网的结构
的分子结构
中华艺术宫的结构
类型 概念 特点 应用
框架 结构 框架结构是指以刚性的杆作为梁和柱组成的结构 刚性的杆按一定的 规则在空间排布， 支撑空间而不充满 空间，共同承受所 受的力 框架结构的种类很多,广泛应用于房屋建造、桥梁工程、航空工业等。框架结构使用的材料可以是木
材、金属、塑料等
2.建筑结构的分类
建筑结构一般可以分为框架结构、壳体结构和实体结构等。具体如下：
类型 概念 特点 应用
壳体 结构 壳体结构是指层 状的结构，它是 由若干块薄板组 成的，薄板做成 具有曲面轮廓的 外形，看起来造 型轻巧而优雅 在壳体结构中，其 拱形曲面可以把受 到的力均匀分散在 结构体的各个部 分，这种结构能承 受较大的力,使结构 更加坚固 壳体结构广泛应用于
体育场管、展览馆、
会议中心、大跨度建
筑（如火车站、机场
航站楼）、工业建筑
（如大型仓库、工
厂）等
类型 概念 特点 应用
实体结 构 实体结构是指结 构体本身是实心 的结构，利用自 身来承受力，承 受的力分布在整 个实体上 结构稳定，承载能力强， 安全性高，具有耐久性。 建筑物的基座通常由石 头、混凝土等材料做成实 心的结构，承担基座上方 的建筑物所受的重力 实体结构广
泛应用于桥
墩、房屋的
基座、雕塑
的基座、城
墙等
3.构件：一个较复杂的结构由许多不同的部分组成，这些组成部分
通常称为构件。
说明：（1）建筑都有它特定的架构形态，以体现它的结构特性。
（2）建筑是由建筑材料按一定规则组成的受力结构体系，各个部
分（如梁、柱等）相互联结成为一个整体，起着承受外力（又称
荷载）的作用，并将其传递到基座。
典例1 下列建筑结构中，其基本结构分类不正确的是( )
D
A.壳体结构：悉尼
歌剧院屋顶
B.框架结构：鸟巢
C.实体结构：水电
站坝体
D.壳体结构：水
立方
解析：水立方采用了空间钢架结构，每一个钢架框上都有薄膜制成
的气枕作为外墙。
1.从受力的角度看，结构是指能够承受一定力的架构，它能通过形
变来抵抗力的作用。每个结构需要承受一定大小的力的作用。用相
同材料制作的形状不同的结构，或不同材料制作的形状相同的结构，
其能够承受力的大小是不同的。因此，我们需要分析作用在结构上
的力，以及这样的结构能否承受这些力的作用,以确定结构的稳定
性、可靠性。
2.不同结构受力的形变情况
结构 受力变形 图示
横梁 当横梁中部受到压力 时，横梁的两 端会受到支撑物对它的支持力、 的作用，横梁发生弯曲，上部被压 缩，下部被拉伸 ______________________________________________
结构 受力变形 图示
三角 形桁 架 当三角形桁架上部受到力时，力 会通过杆件传递给整个桁架,此时， 、杆件被压缩， 杆件被拉伸，虚 线为形变后的情况 ________________________________
结构 受力变形 图示
弧形 拱 当弧形拱受到向下的压力 时，拱被 压缩，拱的各部分相互挤压，压力 被拱传递，对基座产生作用力，基座 便产生竖直向上的支持力、 和水 平方向的力、 ___________________________________
教材第196页
运动员站的一端受到压力,固定的一端受到支持力 ，跳板会发
生弯曲，上部被拉伸，下部被压缩。
教材第197页
处石块主要受两侧石块的水平推力、竖直约束力和自身重力,处于
平衡状态;、 处石块受相邻石块的反作用力,形成力的传递,水平
分力抵消,竖直分力与重力平衡;
处石块受地基的竖直支持力和水平约束力,同时传递上方石块的压力。
典例2 安全帽之所以能承受很大的压力，
是因为它利用的原理是( )
B
A.拱形 B.圆顶形
C.三角形 D.以上均不是
解析：圆顶形可以看成拱形的组合，它有
拱形承载压力大的优点，而且不产生向外的推力。安全帽之所以能
承受很大的压力，是因为它利用了圆顶形承受压力的特性。
1.结构的稳定性：结构在外力的作用下，维持其原有的平衡状态的
能力，叫作结构的稳定性。建筑物需要良好的结构稳定性。结构的
稳定性是结构的重要性质之一。
2.影响结构稳定性的因素
（1）建筑结构的重心高低和支撑面的大小对结构的稳定性有影响。
（2）建筑结构的形状：四边形结构在力的作用下，很容易发生形
状的改变;而三角形结构在力的作用下，其结构保持不变。三角形
是所有几何形状中最坚固稳定的结构,因此在生产和生活中得到广
泛应用。
3.结构的强度：结构的强度是指结构抵抗外力作用的能力。结构的
强度与结构的形状、材料、连接方式等有密切的关系。
三角形是框架结构中最基本的构造之一。人们在长方形或六边形等
框架中，通常加入支撑杆件，构成多个三角形，这样可以大大增加
结构的强度，使结构能承受更大的荷载。
4.影响结构强度的因素
（1）相同材料制成的框架构件，采用的截面不同，如工字形、口
字形、环形和圆形等，其承受力的大小也不一样。
（2）相同形状的不同材料制成的结构构件，其强度也不相同。在
生产中，通常会根据用途选择合适的材料。例如，混凝土具有较好
的抗压性，但抗拉性比较差。在制作混凝土梁的时候，通常在混凝
土中加入钢筋，借助钢材的抗拉性提升梁的强度。
教材第198页
钢材的截面如图所示。
（1）结构简单：角钢加工方便，适合多种连接方式。
（2）刚性强：在两个互相垂直的方向上都有较好的
承载能力。
5.建筑结构的功能和表现形式
建筑的结构决定了其功能，结构的变化可能会使建筑的功能得以增
强，更好地应用于不同的环境。功能的实现需要相应的结构来保障。
良好的结构设计不仅表现在其功能上，还需要表现在其形式上，如
展现美，反映时代特征、文化内涵等。
典例3 在台风频发的沿海地区建造高层住宅时，以下结构类型最适
合的是( )
C
A.砖木结构（木框架 砖墙填充）
B.砖混结构（砖墙承重 钢筋混凝土楼板）
C.钢混结构（钢筋混凝土框架 剪力墙）
D.纯钢结构（钢框架 轻质墙体）
解析：对于房屋建造的牢固性来说，选址要合适、地基要稳固、承
重结构要稳定。在台风频发的沿海地区建造高层住宅时，选择结构
类型需要综合考虑抗震性、抗风性能和空间灵活性，钢混结构（钢
筋混凝土框架 剪力墙）类型最适合。

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