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第1节 建筑结构与功能
考点一、建筑结构及其分类
1.结构
(1)定义：组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列。这一概念涵盖广泛，无论是自然界的物质，还是人类创造的产物，都存在特定结构。
(2)不同结构
①蜘蛛网的结构：属于自然界结构。它由放射状的丝和螺旋状的丝有序搭配组成。放射状丝起到支撑框架的作用，螺旋状丝则用于捕捉昆虫。这种结构使蜘蛛网在保证强度的同时，能以最小的材料消耗实现最大的覆盖面积，高效发挥捕食功能。
②C 的分子结构：是化学领域的分子结构。C 分子形似足球，由60个碳原子组成，这些碳原子通过共价键相互连接，形成了独特的球形多面体结构。这种结构赋予C 0分子特殊的物理和化学性质，比如具有良好的超导性、光学性质等，在材料科学、医学等多领域中有潜在的应用价值。
③中国国家馆(现中华艺术宫)的结构：是人类建筑领域的结构。其造型独特，采用了层层出挑的斗拱结构元素，这些构件有序排列。从功能上，这种结构不仅展现了中国传统建筑文化特色，还在力学上实现了稳定承载，同时为建筑外观营造出宏伟壮观的视觉效果，兼具文化传承与实用功能。
2.建筑结构分类
建筑工程能够很好地体现结构与功能的关系。建筑结构的分类多种多样。依据受力情况，建筑结构一般可以分为框架结构、壳体结构和实体结构等。
(1)框架结构
①定义：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。
②典型实例：钱塘江大桥，作为我国首座自行设计和建造的铁路、公路两用双层桥，是典型的框架结构桁架梁桥。其利用框架结构的特性，合理分布受力，保障桥梁承载能力和稳定性。
③应用领域：在房屋建造中，常见的多层及高层建筑常采用框架结构，可灵活分隔室内空间；在桥梁工程里，像钱塘江大桥这样的桁架梁桥是典型应用；在航空工业中，飞机的机身框架等部分也会采用框架结构原理，以满足强度和轻量化需求。
④使用材料：涵盖木材，如一些传统木结构房屋；金属，像钢结构桥梁和建筑中常用的钢材；塑料，在一些对重量、成本等有特殊要求的小型结构或模型制作中会用到。
(2)壳体结构
①定义与构成：壳体结构是指层状的结构，由若干块薄板组成，薄板做成具有曲面轮廓的外形。这种结构外观造型轻巧优雅，常见于建筑、工业产品等设计中。
②受力特性：其拱形曲面能将外力均匀分散至结构体各处。如同蛋壳，虽薄却能承受较大压力，通过力的分散机制，使结构具备良好的承载能力，坚固耐用。
③优点：
a.用料少：利用高效受力方式，在满足强度要求下，可减少材料用量，降低成本，符合资源节约理念。
b.跨度大：能实现较大空间跨度，适用于体育馆、剧院等大空间建筑，无需过多内部支撑即可维持结构稳定。
④应用实例：国家大剧院的屋顶是典型壳体结构。此设计有效减轻屋顶自重，减少场地中间立柱，创造出开阔内部空间，兼顾美观与实用功能。
(3)实体结构
①定义：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。
②常见实例：桥墩，承受桥梁上部结构传来的荷载；房屋基座，支撑房屋整体重量；雕塑基座，稳固雕塑防止倾倒；城墙，抵御外敌、承受自身重力及外部冲击。
③材料：多采用石头、混凝土等坚固、抗压性强的材料，打造实心结构，确保结构稳固性和承载能力。
建筑都有它特定的架构形态，以体现它的结构特性。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。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：在结构设计中，往往根据需求采用不同的结构类型。下列有关结构类型说法不正确的是( )
A．实体结构是指结构体本身是实心的结构
B．框架结构构件的几何特征是厚度比长度和宽度小得多
C．框架结构通常是指结构体由细长的构件组成
D．在实际的生产生活中，组合结构的应用较为广泛
变式1：房屋、桥梁、塔等各种建筑都有结构。关于结构一词，下列说法中不正确的是（　　）
A．结构指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列
B．结构存在于人类创造的各种事物中，而自然界中并不存在
C．不同的事物往往具有不同的结构
D．不同的结构具有不同的功能
变式2：如图所示，为解决好学生 午休问题，学校购置了一 批“秒变”躺椅的课桌椅，从力学的形态上分类，该课桌椅的主体结构属于 (　　)
A．框架结构 B．绳索结构 C．壳体结构 D．实体结构
变式3：影响结构强度和稳定性的因素有：材料的　 　、结构的　 　、构件的　 　和连接方式等。
考点二、结构受力与形变
1.结构受力
(1)结构的受力本质：从受力的角度看，结构是指能够承受一定力的架构，它能通过自身形变来抵抗力的作用。比如，桥梁在承受车辆荷载时，梁体会发生弯曲形变，以此来抵抗车辆重量产生的力。
(2)影响结构承受力大小的因素
①形状因素：相同材料下，结构形状不同，承受力的大小不同。例如，三角形结构稳定性好，相比同样材料的四边形结构，能承受更大外力而不易变形。
②材料因素：形状相同，材料不同，承受力的大小也不同。像钢材和木材制作同样形状的梁，钢材强度高，能承受更大荷载。
2.横梁受力变形
(1)横梁的基本情况：横梁是建筑结构中经常出现的构件，水平放置，主要承受竖直方向的力并产生形变。
(2)受力分析：当横梁中部受到压力F 时，根据力平衡原理，横梁两端会受到支撑物的支持力F 、F 。
(3)形变情况：在力F 和F 、F 的共同作用下，横梁发生弯曲形变。其上部材料相互靠近，处于压缩状态；下部材料相互远离，处于拉伸状态。这种形变是建筑结构力学分析的基础内容，对于建筑设计中合理选择横梁材料、确定横梁尺寸和结构形式至关重要，确保横梁在承受荷载时安全可靠。
3.三角形桁架结构
(1)结构组成：由杆件连接成三角形的空间结构。三角形具有稳定性，这种结构在工程中广泛应用，如建筑屋顶桁架、桥梁支撑结构等。
(2)受力分析：如图甲所示，当三角形桁架上部受到压力F 时，力不会通过杆件传递给整个桁架，此时，B、C杆件承受压力，会产生压缩形变，表现为杆件长度有缩短趋势；A杆件承受拉力，会产生拉伸形变，呈现出长度有伸长趋势，如图乙所示虚线为形变后的情况。这种力的传递和杆件的形变特点，使整个桁架结构能有效分散和承受外力，维持结构稳定。
4.弧形拱结构
如图所示，当弧形拱受到向下的压力F 时，拱被压缩，拱的各部分相互挤压，压力F 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F 、F 和水平方向的力F 、F 。这种受力方式使弧形
拱能将荷载有效分散，以较小的材料用量承受较大荷载，在桥梁、建筑屋顶等设计中广泛应用。
典例1：在日常生活中，重心的位置是决定结构稳定性的一个重要因素。下列属于利用降低重心高度实现其稳定状态的结构是（　　）
A．安全帽 B．儿童陀螺玩具
C．自行车的支撑架 D．不倒翁玩具
变式1：2024年9月27 日凌晨，榕山长江大桥 正式开放交通，长江上再增一条过江通道，大桥 惠及沿线30余万群众，大桥总长1513米，其中 主桥长1055米，桥面上的斜拉钢缆与桥面呈 三角形结构，这是利用了 (　　)
A．三角形的对称性 B．三角形的稳定性
C．三角形的灵活性 D．三角形的全等性
变式2：当弧形拱受到向下的压力F1时，拱被压缩，拱的各部分相互挤压，压力F2被拱传递，对基座产生作用力，下列关于基座受到的力的分析，正确的是（　　）
A． B．
C． D．
变式3：国家大剧院如图所示，它的整个壳体钢结构重达6475 吨，东西向长轴跨度212.2米，是目前世界上最大的穹顶。为什么能建起如此宏伟的建筑，秘密就在于其外形结构：壳体结构。从外观看，蛋壳、蚌壳这些壳体结构有的像半球形，有的成拱形，有的像圆球形，有的像不规则但非常美丽的弧形。尽管它们形态各异，却有着共同的力学特征：壳体结构在受到外力作用时，能够把力均匀分散在壳体的各个部分，使壳体单位面积上受到的力并不大，更为重要的是，在壳体上不存在作用力集中于一个地方的情况。
（1）下列著名建筑中没有利用壳体结构的是____。
A．悉尼歌剧院 B．金字塔 C．赵州桥 D．北京大兴国际机场
（2）鸡蛋握在手中不易损坏是因为____。
A．鸡蛋壳很厚 B．鸡蛋壳的硬度很大
C．鸡蛋壳内部是空心的 D．鸡蛋壳属于壳体结构
（3）站立在地面上，人的脚能够承载较大的重量，主要是因为____。
A．脚骨骼的数量多 B．脚部的肌肉发达
C．脚骨骼组成拱形结构 D．脚骨骼比钢铁还要坚硬
（4）下列对壳体结构受力示意图分析正确的是____。
A． B． C． D．
考点三、建筑结构的功能
1.结构的稳定性
(1)定义：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。对建筑物而言，良好的结构稳定性至关重要，是保障建筑安全使用的基础。
(2)影响因素
①重心高低：重心越低，结构越稳定。例如，一些底部较重、上部较轻的建筑，在抵御外力(如风荷载、地震作用)时，更不容易倾倒。
②支撑面大小：支撑面越大，结构稳定性越好。像上海东方明珠电视塔(如图所示),其宽阔的基座增大了支撑面，能有效分散荷载，增强结构在各种情况下的稳定性。
2.三角形结构的应用与结构强度
(1)三角形结构的应用：三角形是所有几何形状中最坚固稳定的结构。三角形结构屋顶(如图所示)、三角形吊臂、三角形钢架桥等都利用了三角形结构的稳定性。稳定性使这些结构在承受外力时，能保持形状和平衡，保障正常使用和安全。
(2)结构强度的概念：结构抵抗外力作用的能力。它与结构的形状、材料、连接方式等密切相关。合理的形状设计、优质的材料选择以及可靠的连接方式，都能提升结构强度。
(3)三角形增强结构强度：三角形是框架结构的基本构造之一。如图所示，在长方形或六边形等框架中加入支撑杆件，构成多个三角形，可显著增加结构的强度。因为三角形的稳定性和力传递特性，能将外力有效分散，让结构承受更大荷载，在建筑、机械等领域广泛应用。
3.框架构件截面形状与承力关系
(1)承力差异原理：相同材料的框架构件，因截面形状(如工字形、口字形、环形、圆形等)不同，其承受力的大小也不一样。这是由于不同截面形状几何特性不同，导致力在构件内的分布和传递方式不同。
(2)常见截面特点(如图所示)
工字形 口字形 环形 圆形
工字形：具有较高的抗弯强度，上下翼缘可有效抵抗弯曲应力，常用于建筑钢梁等，能在承受较大弯矩时保持结构稳定。
口字形：封闭截面提供较好的抗扭和抗弯性能，在一些需要抵抗扭转和弯曲组合作用的结构中适用。
环形：各向同性，在承受均匀分布的压力或拉力时表现良好，常用于管道、轴类等构件。
圆形：受力均匀，抗扭性能好，常用于承受扭转力或需要在各个方向均匀受力的场合，如机械轴。
4.结构构件强度与材料选择
(1)材料对强度的影响：相同形状的结构构件，因材料不同强度各异。如混凝土抗压性佳但抗拉性差，钢材抗拉性强，在制作混凝土梁时加入钢筋，利用钢材抗拉优势弥补混凝土不足，提升梁的整体强度，体现材料特性互补在结构设计中的应用。
(2)建筑结构与功能：建筑结构决定了其功能，结构变化可增强建筑的功能以适应不同的环境。良好结构设计兼顾功能与形式，可以展现美，反映时代特
征、文化内涵等。像国家游泳中心(如图所示),半透明膜结构使其兼具隔热、利用太阳能、采光等功能，实现“绿色、科技、人文”理念与建筑功能的高度融合。
典例1：蜂窝结构是覆盖二维平面的最佳拓扑结构。蜂窝结构是蜂巢(如图所示)的基本结构，是由一个个同样大小且相同形状的单房、房口全朝下或朝向一边、背对背对称排列组合而成的一种结构。这种结构有着优秀的几何力学性能，因此在材料领域中有广泛应用。请回答下列问题：
（1）蜂窝的每一个蜂房都是　 　形状的，使得每一个蜂房都被其他蜂房包围。
（2）蜂窝的这种结构非常精巧，其最突出的优点是　 　
（3）蜂房的精妙结构不仅令自然学家们叹为观止，更激发了科学家们的浓厚兴趣。通过深入探索，科学家们意外地发现并开发出一种具有蜂窝结构的新型材料，在工程领域中，这种材料在隔音、隔热、导流、电磁屏蔽以及缓冲吸能等方面展现出广泛的应用潜力。请举例说明：　 　
变式1：如图为某桥梁施工中的预制梁场，其优点是（　　）
A．缩短工期 B．降低精度 C．增加成本 D．依赖天气
变式2：横跨鄂西绝壁的四渡河大桥（如图所示），以560m深渊之上的“天路天桥”震撼世人，主跨900m，创山区悬索桥纪录。这座沪渝高速“咽喉”工程，在险峰深谷中书写人类征服自然的壮丽篇章。下列有关悬索桥的说法，不正确的是（　　）
A．悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁
B．悬索桥中的缆索的受力是张力，塔架所受的力是压力
C．悬索桥用料省、自重轻，在各种体系桥梁中的跨越能力最大
D．悬索桥不可以在比较深的或比较急的水流上建造
变式3：关于结构的功能，下列说法不正确的是（　　）
A．所有结构的主要功能都是承受力
B．有些结构的功能是为了分隔空间，如墙壁
C．有些结构的功能是为了美观，如雕塑
D．结构的功能与其形状和材料密切相关
1．如图所示三脚凳，若凳脚粗细、支例5撑面形状面积都相同，从稳定性角度考虑，其中最合理的是(　　)
A． B． C． D．
2．桥梁设计中常使用三角形结构，主要是因为三角形具有（　　）
A．美观对称的特点 B．便于快速施工的优势
C．高稳定性和抗变形能力 D．节省材料的天然特性
3． 框架结构的组成构件通常是 (　　)
A．柔性绳索 B．刚性杆件(梁和柱)
C．多层薄板 D．实心混凝土块
4．在设计一个能承受重物的纸桥时，我们应该优先考虑的因素是（　　）
A．桥的美观程度 B．桥的材料成本
C．桥的承重能力和稳定性 D．桥的建造速度
5．在建筑中，使用拱形结构的主要目的是（　　）
A．节省建筑材料 B．美观大方
C．将压力向下和向外传递给支座 D．施工方便
6．以下对纸桥抗弯能力的测试方式中，不合理的是(　　)
A． B．
C． D．
7．结构的稳定性指结构在外力的作用下维持其原有的平衡状态的能力。为增强建筑结构的稳定性，下列说法中，正确的是（　　）
A．建筑结构的重心越低、支撑面越大，其结构越稳定
B．混凝土同时具有较好的抗压性和抗拉性
C．四边形结构通过增加竖杆的数量可增强其稳定性
D．混凝土中加入钢筋可增强抗压性以提升其强度
8结构能够承受一定的力，能够通过形变来抵抗力的作用。每个结构都需要承受一定大小的力的作用。下列说法中，正确的是（　　）
A．用相同的材料制作的不同形状的结构，能够承受力的大小相同
B．用不同的材料制作的形状相同的结构，能够承受力的大小相同
C．由于自身重力的原因，将钢材竖直放置时长度会一定程度缩短
D．横梁水平放置时承受竖直方向的力，横梁的下侧产生压缩形变
9．钢筋混凝土的放置原理：钢筋擅长抗拉，混凝土擅长抗压。据此判断，关于室内横梁与阳台横梁，下列说法中正确的是 (　　)
A．室内横梁整体受扭转，上部铺设多根钢筋
B．室内横梁整体受扭转，下部铺设多根钢筋
C．室内横梁整体受弯曲，下部铺设多根钢筋
D．阳台横梁整体受弯曲，下部铺设多根钢筋
10．如图所示，比萨斜塔是世界建筑史上的一大奇迹。由于塔身过重和地质松软，南面的地基比北面低约2m。施工期间塔身就出现了轻微倾斜，随着工程的进行，倾斜程度不断增加。塔身建到第三层时，可明显看出塔身倾斜，曾一度导致停工。一百多年以后，工程师经过精心测量和计算，证明比萨斜塔虽倾斜，但不会倒塌，从而使工程继续按原设计施工，直到竣工。试从影响结构稳定性的因素分析工程师的证明依据。
11．市政府决定在某湿地公园安装双人秋千供市民休闲娱乐，现有 A、B两款秋千以供选择，如图所示。请仔细观察并根据学习的结构知识，回答以下问题：
（1）从力学的架构与形态考虑，秋千属于哪种基本结构 　 　。
（2）如果两款秋千的材质及构件的粗细一样，那么哪一款秋千的安全系数更高 请简要说明理由：　 　。
12．赵州桥(如图所示)又称安济桥、大石桥，位于河北省石家庄市赵县城南的洨河上，始建于隋代(公元595年一605年)，由著名匠师李春设计建造，是世界上现存年代最久、跨度最大、保存最完整的单孔坦弧敞肩石拱桥。请回答下列问题：
（1）拱桥是用　 　作为桥身主要承重结构的桥，赵州桥的建造材料是　 　。
（2）赵州桥的桥梁称为“敞肩拱”，指的是　 　；“敞肩拱”的意义在于　 .
（3）除了杭州的拱宸桥，请再举出浙江省境内或你家乡的石拱桥：　 　
13．建筑结构除了框架结构、壳体结构、实体结构外，常见的分类还有混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构、剪力墙结构等类型，每种结构具有不同的材料特性和适用场景。主要建筑结构类型及特点如下：
①混凝土结构：包括素混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土结构，特点是抗压性能强、耐久性高，但自重大，施工周期长，抗拉性能较弱。
②砌体结构：以砖、石或混凝土砌块砌筑，成本低且耐腐蚀，常见于多层住宅和办公楼。局限性：强度低、抗震性差，施工效率低。
③钢结构：以钢材为主，具有轻量化、施工快的优势。需注意防火防锈，成本较高。
④剪力墙结构：依靠钢筋混凝土墙体承重，侧向刚度大(在水平方向上耐受力强)。
（1）桥墩、水坝等建筑常用　 　结构来建造，原因是　 　
（2）体育馆等大跨度建筑及高层建筑可采用　 　结构来建造。
（3）高层住宅需要考虑抗风抗震，常用　 　结构来建造。常用这种结构建造高层建筑的承重墙，原因是　 　
14．探究题：材料的厚度与强度的关系
提出问题： 材料的厚度会影响它的强度吗？
你的假设： 　 　
实验材料： 不同厚度的卡纸（如1mm、2mm、3mm）、几本一样高的书、垫圈若干。
实验步骤：
取最薄的卡纸，剪成相同宽度的纸条（如2厘米宽）。
将纸条两端分别搭在两本书上，保持悬空。
在纸条的中间位置，一个一个地挂垫圈，直到纸条断裂，记录下垫圈的数量。
换用中等厚度和最厚的卡纸，重复步骤1-3。
实验现象： 　 　
实验结论： 　 　
思考：在建筑中，我们如何根据需要选择不同厚度的材料　 　？
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
课后巩固
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第1节 建筑结构与功能
考点一、建筑结构及其分类
1.结构
(1)定义：组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列。这一概念涵盖广泛，无论是自然界的物质，还是人类创造的产物，都存在特定结构。
(2)不同结构
①蜘蛛网的结构：属于自然界结构。它由放射状的丝和螺旋状的丝有序搭配组成。放射状丝起到支撑框架的作用，螺旋状丝则用于捕捉昆虫。这种结构使蜘蛛网在保证强度的同时，能以最小的材料消耗实现最大的覆盖面积，高效发挥捕食功能。
②C 的分子结构：是化学领域的分子结构。C 分子形似足球，由60个碳原子组成，这些碳原子通过共价键相互连接，形成了独特的球形多面体结构。这种结构赋予C 0分子特殊的物理和化学性质，比如具有良好的超导性、光学性质等，在材料科学、医学等多领域中有潜在的应用价值。
③中国国家馆(现中华艺术宫)的结构：是人类建筑领域的结构。其造型独特，采用了层层出挑的斗拱结构元素，这些构件有序排列。从功能上，这种结构不仅展现了中国传统建筑文化特色，还在力学上实现了稳定承载，同时为建筑外观营造出宏伟壮观的视觉效果，兼具文化传承与实用功能。
2.建筑结构分类
建筑工程能够很好地体现结构与功能的关系。建筑结构的分类多种多样。依据受力情况，建筑结构一般可以分为框架结构、壳体结构和实体结构等。
(1)框架结构
①定义：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。
②典型实例：钱塘江大桥，作为我国首座自行设计和建造的铁路、公路两用双层桥，是典型的框架结构桁架梁桥。其利用框架结构的特性，合理分布受力，保障桥梁承载能力和稳定性。
③应用领域：在房屋建造中，常见的多层及高层建筑常采用框架结构，可灵活分隔室内空间；在桥梁工程里，像钱塘江大桥这样的桁架梁桥是典型应用；在航空工业中，飞机的机身框架等部分也会采用框架结构原理，以满足强度和轻量化需求。
④使用材料：涵盖木材，如一些传统木结构房屋；金属，像钢结构桥梁和建筑中常用的钢材；塑料，在一些对重量、成本等有特殊要求的小型结构或模型制作中会用到。
(2)壳体结构
①定义与构成：壳体结构是指层状的结构，由若干块薄板组成，薄板做成具有曲面轮廓的外形。这种结构外观造型轻巧优雅，常见于建筑、工业产品等设计中。
②受力特性：其拱形曲面能将外力均匀分散至结构体各处。如同蛋壳，虽薄却能承受较大压力，通过力的分散机制，使结构具备良好的承载能力，坚固耐用。
③优点：
a.用料少：利用高效受力方式，在满足强度要求下，可减少材料用量，降低成本，符合资源节约理念。
b.跨度大：能实现较大空间跨度，适用于体育馆、剧院等大空间建筑，无需过多内部支撑即可维持结构稳定。
④应用实例：国家大剧院的屋顶是典型壳体结构。此设计有效减轻屋顶自重，减少场地中间立柱，创造出开阔内部空间，兼顾美观与实用功能。
(3)实体结构
①定义：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。
②常见实例：桥墩，承受桥梁上部结构传来的荷载；房屋基座，支撑房屋整体重量；雕塑基座，稳固雕塑防止倾倒；城墙，抵御外敌、承受自身重力及外部冲击。
③材料：多采用石头、混凝土等坚固、抗压性强的材料，打造实心结构，确保结构稳固性和承载能力。
建筑都有它特定的架构形态，以体现它的结构特性。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。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：在结构设计中，往往根据需求采用不同的结构类型。下列有关结构类型说法不正确的是( )
A．实体结构是指结构体本身是实心的结构
B．框架结构构件的几何特征是厚度比长度和宽度小得多
C．框架结构通常是指结构体由细长的构件组成
D．在实际的生产生活中，组合结构的应用较为广泛
【答案】B
【解析】根据常见的结构类型的特点分析判断。
【解答】实体结构是指结构体本身是实心的结构，故A正确不合题意；
框架结构构件的几何特征不是厚度比长度和宽度小得多，故B错误符合题意；
框架结构通常是指结构体由细长的构件组成，故C正确不合题意；
在生产生活实际中，组合结构的应用较为广泛，故D正确不合题意。故选B。
变式1：房屋、桥梁、塔等各种建筑都有结构。关于结构一词，下列说法中不正确的是（　　）
A．结构指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列
B．结构存在于人类创造的各种事物中，而自然界中并不存在
C．不同的事物往往具有不同的结构
D．不同的结构具有不同的功能
【答案】B
【解析】结构是指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列。不同的事物往往具有不同的结构，而不同的结构又具有不同的功能。在我们的生活中，大到建筑，小到日常用品，都存在结构。
【解答】A、结构指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列，A正确。
B、结构不仅存在于人类创造的各种事物中，自然界中也广泛存在结构，比如雪花的六角形结构、蜂巢的六边形结构等，B错误。
C、不同的事物往往具有不同的结构，例如桥梁有梁桥、拱桥、斜拉桥等不同结构，C正确。
D、不同的结构具有不同的功能，比如三角形结构具有稳定性，常用于建筑的支撑部分，D正确。
故答案为：B。
变式2：如图所示，为解决好学生 午休问题，学校购置了一 批“秒变”躺椅的课桌椅，从力学的形态上分类，该课桌椅的主体结构属于 (　　)
A．框架结构 B．绳索结构 C．壳体结构 D．实体结构
【答案】A
【解析】根据框架结构、绳索结构、壳体结构、实体结构的特点并结合课桌椅的主体结构特点来分析。
【解答】框架结构是由梁、柱等构件通过一定的连接方式组成的结构，能够支撑和传递荷载。从图中课桌椅的主体结构来看，是由多个杆件等组成的类似框架的结构，符合框架结构的特点。而绳索结构主要依靠绳索受力；壳体结构通常是曲面形的薄壁结构；实体结构是实心的结构，课桌椅主体结构不符合后三者的特点，所以属于框架结构；
故答案为：A。
变式3：影响结构强度和稳定性的因素有：材料的　 　、结构的　 　、构件的　 　和连接方式等。
【答案】种类；形状；连接方式 (顺序可互换)
【解析】（1）材料种类对结构强度和稳定性的影响：不同种类的材料，其物理性能（如硬度、韧性、密度等）不同，会直接影响结构的强度和稳定性。例如，钢材制作的结构强度远大于木材制作的同形状结构。
（2）结构形状对结构强度和稳定性的影响：结构的形状设计合理与否，会极大影响其强度和稳定性。比如三角形结构因具有稳定性，强度和稳定性优于四边形结构；拱形结构能将压力分散，也具有较好的强度和稳定性。
（3）构件连接方式对结构强度和稳定性的影响：构件之间的连接方式（如焊接、铆接、螺栓连接等）不同，结构的整体强度和稳定性也不同。连接牢固、紧密的方式能使结构更好地承受外力，增强强度和稳定性。
【解答】影响结构强度和稳定性的因素有：材料的种类，不同种类的材料性能不同，对结构强度和稳定性影响不同；结构的形状，合理的形状（如三角形、拱形等）能提升结构的强度和稳定性；构件的连接方式，牢固的连接方式可增强结构的整体强度和稳定性。
考点二、结构受力与形变
1.结构受力
(1)结构的受力本质：从受力的角度看，结构是指能够承受一定力的架构，它能通过自身形变来抵抗力的作用。比如，桥梁在承受车辆荷载时，梁体会发生弯曲形变，以此来抵抗车辆重量产生的力。
(2)影响结构承受力大小的因素
①形状因素：相同材料下，结构形状不同，承受力的大小不同。例如，三角形结构稳定性好，相比同样材料的四边形结构，能承受更大外力而不易变形。
②材料因素：形状相同，材料不同，承受力的大小也不同。像钢材和木材制作同样形状的梁，钢材强度高，能承受更大荷载。
2.横梁受力变形
(1)横梁的基本情况：横梁是建筑结构中经常出现的构件，水平放置，主要承受竖直方向的力并产生形变。
(2)受力分析：当横梁中部受到压力F 时，根据力平衡原理，横梁两端会受到支撑物的支持力F 、F 。
(3)形变情况：在力F 和F 、F 的共同作用下，横梁发生弯曲形变。其上部材料相互靠近，处于压缩状态；下部材料相互远离，处于拉伸状态。这种形变是建筑结构力学分析的基础内容，对于建筑设计中合理选择横梁材料、确定横梁尺寸和结构形式至关重要，确保横梁在承受荷载时安全可靠。
3.三角形桁架结构
(1)结构组成：由杆件连接成三角形的空间结构。三角形具有稳定性，这种结构在工程中广泛应用，如建筑屋顶桁架、桥梁支撑结构等。
(2)受力分析：如图甲所示，当三角形桁架上部受到压力F 时，力不会通过杆件传递给整个桁架，此时，B、C杆件承受压力，会产生压缩形变，表现为杆件长度有缩短趋势；A杆件承受拉力，会产生拉伸形变，呈现出长度有伸长趋势，如图乙所示虚线为形变后的情况。这种力的传递和杆件的形变特点，使整个桁架结构能有效分散和承受外力，维持结构稳定。
4.弧形拱结构
如图所示，当弧形拱受到向下的压力F 时，拱被压缩，拱的各部分相互挤压，压力F 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F 、F 和水平方向的力F 、F 。这种受力方式使弧形
拱能将荷载有效分散，以较小的材料用量承受较大荷载，在桥梁、建筑屋顶等设计中广泛应用。
典例1：在日常生活中，重心的位置是决定结构稳定性的一个重要因素。下列属于利用降低重心高度实现其稳定状态的结构是（　　）
A．安全帽 B．儿童陀螺玩具
C．自行车的支撑架 D．不倒翁玩具
【答案】D
【解析】认真需要分析每个选项，找出通过降低重心高度来增加稳定性的结构
【解答】A.安全帽的设计主要是为了保护头部，其稳定性并不是通过降低重心来实现，故A不合题意；
B.陀螺玩具在旋转时，其稳定性主要依靠角动量守恒和旋转效应，而不是通过降低重心高度，故B不合题意；
C.自行车的支撑架（如侧支架）是通过增加支撑面积来实现稳定性，而不是通过降低重心高度，故C不合题意；
D.不倒翁玩具的底部通常设计为较重且圆滑，这使得其重心位置较低。当不倒翁倾斜时，低重心的设计会产生一个恢复力矩，使其回到直立状态，故D符合题意。故选D。
变式1：2024年9月27 日凌晨，榕山长江大桥 正式开放交通，长江上再增一条过江通道，大桥 惠及沿线30余万群众，大桥总长1513米，其中 主桥长1055米，桥面上的斜拉钢缆与桥面呈 三角形结构，这是利用了 (　　)
A．三角形的对称性 B．三角形的稳定性
C．三角形的灵活性 D．三角形的全等性
【答案】B
【解析】（1）三角形稳定性的概念：三角形具有稳定性，即三角形的三边一旦确定，其形状和大小就固定不变，这种特性使得三角形结构在工程建筑中能承受外力而不易变形。
（2）其他三角形特性的辨析：三角形的对称性是指部分三角形（如等腰、等边三角形）的对称性质；灵活性不是三角形的特性；全等性是指三角形之间的形状大小完全相同的关系，均与结构稳固性无关。
【解答】A、三角形的对称性是其图形的对称性质，与斜拉钢缆和桥面的三角形结构用于稳固无关，故该选项错误。
B、三角形具有稳定性，桥面上的斜拉钢缆与桥面呈三角形结构，利用了三角形的稳定性来增强大桥的稳固性，故该选项正确。
C、三角形不具备灵活性的特性，此说法不符合三角形的性质，故该选项错误。
D、三角形的全等性是指三角形之间的全等关系，与该结构的稳固功能无关，故该选项错误。
故答案为：B。
变式2：当弧形拱受到向下的压力F1时，拱被压缩，拱的各部分相互挤压，压力F2被拱传递，对基座产生作用力，下列关于基座受到的力的分析，正确的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】A
【解析】根据拱被压缩，拱的各部分相互挤压，压力F1被拱传递，对基座产生作用力，结合静止时受力平衡分析。
【解答】拱被压缩，拱的各部分相互挤压，压力F1被拱传递，对基座产生作用力，此时处于静止状态，受力平衡，故基座产生向上的支持力与压力平衡，同时拱有变平的趋势，因而相对于基座向外运动的趋势，故受到的摩擦力向内，根据力的作用是相互，基座受到的压力竖直向下，摩擦力水平向外，故A符合题意。
故答案为：A。
变式3：国家大剧院如图所示，它的整个壳体钢结构重达6475 吨，东西向长轴跨度212.2米，是目前世界上最大的穹顶。为什么能建起如此宏伟的建筑，秘密就在于其外形结构：壳体结构。从外观看，蛋壳、蚌壳这些壳体结构有的像半球形，有的成拱形，有的像圆球形，有的像不规则但非常美丽的弧形。尽管它们形态各异，却有着共同的力学特征：壳体结构在受到外力作用时，能够把力均匀分散在壳体的各个部分，使壳体单位面积上受到的力并不大，更为重要的是，在壳体上不存在作用力集中于一个地方的情况。
（1）下列著名建筑中没有利用壳体结构的是____。
A．悉尼歌剧院 B．金字塔 C．赵州桥 D．北京大兴国际机场
（2）鸡蛋握在手中不易损坏是因为____。
A．鸡蛋壳很厚 B．鸡蛋壳的硬度很大
C．鸡蛋壳内部是空心的 D．鸡蛋壳属于壳体结构
（3）站立在地面上，人的脚能够承载较大的重量，主要是因为____。
A．脚骨骼的数量多 B．脚部的肌肉发达
C．脚骨骼组成拱形结构 D．脚骨骼比钢铁还要坚硬
（4）下列对壳体结构受力示意图分析正确的是____。
A． B． C． D．
【答案】（1）B
（2）D
（3）C
（4）C
【解析】壳体结构：层状的结构，由若干块薄板组成，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，使结构更坚固。
【解答】(1)悉尼歌剧院顶部、赵州桥拱形造型、北京大兴国际机场顶部利用了壳体结构，金字塔没有利用此结构。
故答案为：B。
(2)鸡蛋壳属于壳体结构，握在手中不易损坏。
故答案为：D。
(3)脚骨骼组成拱形结构，属于壳体结构，在受力时能够把力均匀分散在壳体的各个部分，使壳体单位面积上受到的力并不大，所以能承载较大的重量。
故答案为：C。
(4)壳体结构在受到外力作用时，能够把力均匀分散在壳体的各个部分，故A、B、D不正确，C正确。故答案为：C。
考点三、建筑结构的功能
1.结构的稳定性
(1)定义：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。对建筑物而言，良好的结构稳定性至关重要，是保障建筑安全使用的基础。
(2)影响因素
①重心高低：重心越低，结构越稳定。例如，一些底部较重、上部较轻的建筑，在抵御外力(如风荷载、地震作用)时，更不容易倾倒。
②支撑面大小：支撑面越大，结构稳定性越好。像上海东方明珠电视塔(如图所示),其宽阔的基座增大了支撑面，能有效分散荷载，增强结构在各种情况下的稳定性。
2.三角形结构的应用与结构强度
(1)三角形结构的应用：三角形是所有几何形状中最坚固稳定的结构。三角形结构屋顶(如图所示)、三角形吊臂、三角形钢架桥等都利用了三角形结构的稳定性。稳定性使这些结构在承受外力时，能保持形状和平衡，保障正常使用和安全。
(2)结构强度的概念：结构抵抗外力作用的能力。它与结构的形状、材料、连接方式等密切相关。合理的形状设计、优质的材料选择以及可靠的连接方式，都能提升结构强度。
(3)三角形增强结构强度：三角形是框架结构的基本构造之一。如图所示，在长方形或六边形等框架中加入支撑杆件，构成多个三角形，可显著增加结构的强度。因为三角形的稳定性和力传递特性，能将外力有效分散，让结构承受更大荷载，在建筑、机械等领域广泛应用。
3.框架构件截面形状与承力关系
(1)承力差异原理：相同材料的框架构件，因截面形状(如工字形、口字形、环形、圆形等)不同，其承受力的大小也不一样。这是由于不同截面形状几何特性不同，导致力在构件内的分布和传递方式不同。
(2)常见截面特点(如图所示)
工字形 口字形 环形 圆形
工字形：具有较高的抗弯强度，上下翼缘可有效抵抗弯曲应力，常用于建筑钢梁等，能在承受较大弯矩时保持结构稳定。
口字形：封闭截面提供较好的抗扭和抗弯性能，在一些需要抵抗扭转和弯曲组合作用的结构中适用。
环形：各向同性，在承受均匀分布的压力或拉力时表现良好，常用于管道、轴类等构件。
圆形：受力均匀，抗扭性能好，常用于承受扭转力或需要在各个方向均匀受力的场合，如机械轴。
4.结构构件强度与材料选择
(1)材料对强度的影响：相同形状的结构构件，因材料不同强度各异。如混凝土抗压性佳但抗拉性差，钢材抗拉性强，在制作混凝土梁时加入钢筋，利用钢材抗拉优势弥补混凝土不足，提升梁的整体强度，体现材料特性互补在结构设计中的应用。
(2)建筑结构与功能：建筑结构决定了其功能，结构变化可增强建筑的功能以适应不同的环境。良好结构设计兼顾功能与形式，可以展现美，反映时代特
征、文化内涵等。像国家游泳中心(如图所示),半透明膜结构使其兼具隔热、利用太阳能、采光等功能，实现“绿色、科技、人文”理念与建筑功能的高度融合。
典例1：蜂窝结构是覆盖二维平面的最佳拓扑结构。蜂窝结构是蜂巢(如图所示)的基本结构，是由一个个同样大小且相同形状的单房、房口全朝下或朝向一边、背对背对称排列组合而成的一种结构。这种结构有着优秀的几何力学性能，因此在材料领域中有广泛应用。请回答下列问题：
（1）蜂窝的每一个蜂房都是　 　形状的，使得每一个蜂房都被其他蜂房包围。
（2）蜂窝的这种结构非常精巧，其最突出的优点是　 　
（3）蜂房的精妙结构不仅令自然学家们叹为观止，更激发了科学家们的浓厚兴趣。通过深入探索，科学家们意外地发现并开发出一种具有蜂窝结构的新型材料，在工程领域中，这种材料在隔音、隔热、导流、电磁屏蔽以及缓冲吸能等方面展现出广泛的应用潜力。请举例说明：　 　
【答案】（1）角柱体
（2）用料少、空间利用率高
（3）航天飞机、宇宙飞船等航天器
【解析】（1）蜂窝结构的形态：蜂窝的每个蜂房是角柱体形状，这种形状能让每个蜂房被其他蜂房包围，形成紧凑的拓扑结构。
（2）蜂窝结构的力学与空间性能：蜂窝结构用料少，空间利用率高，这是其几何力学性能优秀的体现，能在节省材料的同时最大化利用空间。
【解答】（1）蜂窝的每一个蜂房都是正六边形形状的，正六边形可以在平面上紧密排列，使得每一个蜂房都被其他蜂房包围；
（2）蜂窝这种结构最突出的优点是能够以最少的材料获得最大的空间，并且具有良好的稳定性。从几何角度看，正六边形的排列方式在覆盖二维平面时，材料的利用率最高；从力学角度，其结构能均匀地分散压力，具有较好的稳定性；
（3）蜂窝结构的新型材料在缓冲吸能等方面有优势，可应用于航天飞机、宇宙飞船等航天器，提升其性能。
变式1：如图为某桥梁施工中的预制梁场，其优点是（　　）
A．缩短工期 B．降低精度 C．增加成本 D．依赖天气
【答案】A
【解析】桥梁预制场是为桥梁工程建设服务的关键环节，主要用于生产混凝土构件。施工控制质量相比现浇梁要好；施工快，与桥梁下部同时作业，不耽误工期，施工效率高；对施工现场周边的城市环境影响较小，环保。
【解答】A、在桥梁施工中设置预制梁场，将梁在预制场提前预制。这种预制施工方式可以和桥梁下部结构施工等其他工序同时进行。例如，当桥墩在现场进行施工时，梁在预制场同步预制，待桥墩施工完成，预制梁也制作好了，能较快进行架设，极大地减少了因等待梁制作而产生的时间浪费，从而有效缩短了整个桥梁工程的工期。所以选项A“缩短工期”是预制梁场的优点。
B、预制梁场一般配备较为专业的设备和技术人员，在相对稳定的环境中进行梁的预制，相比现场现浇等方式，更有利于控制施工精度，精度应该是提高而不是降低。所以选项B“降低精度”不符合预制梁场的实际情况，不是其优点。
C、虽然预制梁场前期需要投入一定的建设成本，包括场地建设、设备购置等，但从整体工程来看，预制梁场实现了规模化、标准化生产，提高了生产效率，减少了因天气等因素导致的窝工等情况，从长远和整体成本核算，并不一定会增加成本，反而有可能降低成本。所以选项C“增加成本”不是预制梁场的优点。
D、预制梁场在室内或有一定防护措施的场地内进行施工，相比完全露天的现场浇筑，受天气影响较小。例如遇到雨天、大风天等恶劣天气，在预制梁场内仍可以较为正常地开展预制工作。所以选项D“依赖天气”不符合预制梁场特点，不是其优点。
故答案为：A。
变式2：横跨鄂西绝壁的四渡河大桥（如图所示），以560m深渊之上的“天路天桥”震撼世人，主跨900m，创山区悬索桥纪录。这座沪渝高速“咽喉”工程，在险峰深谷中书写人类征服自然的壮丽篇章。下列有关悬索桥的说法，不正确的是（　　）
A．悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁
B．悬索桥中的缆索的受力是张力，塔架所受的力是压力
C．悬索桥用料省、自重轻，在各种体系桥梁中的跨越能力最大
D．悬索桥不可以在比较深的或比较急的水流上建造
【答案】D
【解析】悬索桥是一种常见的桥梁类型。在悬索桥中，缆索起到关键的承重作用。
【解答】A、悬索桥确实是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，A正确。
B、悬索桥中的缆索承受拉力，即张力；塔架主要承受缆索传递下来的压力，B正确。
C、悬索桥具有用料省、自重轻的特点，并且在各种体系桥梁中的跨越能力最大，C正确。
D、悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造，因为它的桥墩相对较少，对水流的影响较小，D错误。故答案为：D。
变式3：关于结构的功能，下列说法不正确的是（　　）
A．所有结构的主要功能都是承受力
B．有些结构的功能是为了分隔空间，如墙壁
C．有些结构的功能是为了美观，如雕塑
D．结构的功能与其形状和材料密切相关
【答案】A
【解析】（1）结构的功能多样性：结构的功能并非单一，不同的结构具有不同的功能，有的结构主要功能是承受力，有的是分隔空间，有的是为了美观等。
（2）结构功能与形状、材料的关系：结构的功能与其形状和材料密切相关，不同的形状和材料会使结构具备不同的功能。
【解答】A、结构的功能多样，并非所有结构的主要功能都是承受力，比如墙壁的主要功能是分隔空间，雕塑的主要功能是美观，故该选项错误。
B、有些结构的功能是为了分隔空间，如墙壁，墙壁可以将不同的空间区域分隔开来，该说法正确，故该选项正确。
C、有些结构的功能是为了美观，如雕塑，雕塑通过其造型、艺术设计起到美观装饰的作用，该说法正确，故该选项正确。
D、结构的功能与其形状和材料密切相关，比如同样是承受力的结构，钢材制作的和木材制作的，以及不同形状的，其承受力的能力等功能会有差异，该说法正确，故该选项正确。
故答案为：A。
1．如图所示三脚凳，若凳脚粗细、支例5撑面形状面积都相同，从稳定性角度考虑，其中最合理的是(　　)
A． B． C． D．
【答案】D
【解析】物体的稳定性取决于重心高度和支撑面大小：重心越低、支撑面越大，稳定性越强。对于三脚凳，支撑脚与地面接触点形成的三角形是关键支撑面，同时凳面和支撑脚的结构要能让整体重心尽可能低且在支撑面范围内，据以上分析解答。
【解答】A、支撑脚相对集中，形成的支撑面较小，且从形状看，重心相对偏高，稳定性较差，故A错误；
B、支撑脚数量不足（图中显示类似单脚或双脚为主的支撑，不符合“三脚”稳定的三角形支撑逻辑），支撑面极小，稳定性很差，故B错误；
C、支撑脚分布和角度使得支撑面形状不规则且范围有限，重心也不易处于较低且在支撑面中心的位置，稳定性不佳，故C错误；
D、支撑脚形成的三角形支撑面相对合理，能较好地分散重量，使重心处于较低且在支撑面范围内的位置，从稳定性角度看最为合理，故D正确；
故答案为：D。
2．桥梁设计中常使用三角形结构，主要是因为三角形具有（　　）
A．美观对称的特点 B．便于快速施工的优势
C．高稳定性和抗变形能力 D．节省材料的天然特性
【答案】C
【解析】在桥梁设计中，三角形结构被广泛应用，主要是因为三角形具有高稳定性和抗变形能力；三角形的三条边长度确定后，其形状就固定不变，不会像四边形等其他多边形那样容易发生变形。这种特性使得三角形结构在承受荷载（如车辆重量、风力等）时，能够保持结构的稳固，不易出现扭曲、变形等情况，从而保障桥梁的安全与正常使用，据以上分析解答。
【解答】A、“美观对称的特点”，这并非桥梁设计中使用三角形结构的主要功能需求，故A错误；
B、“便于快速施工的优势”，三角形结构的施工便捷性并非其核心优势，施工是否快速更多与施工工艺、材料等有关，故B错误；
C、在桥梁设计中三角形结构被广泛应用，主要是因为三角形具有高稳定性和抗变形能力，故C正确；
D、“节省材料的天然特性”，三角形结构在材料节省方面没有突出的天然优势，甚至有时为了保证稳定性，材料使用量可能并不少，故D错误；
故答案为：C。
3． 框架结构的组成构件通常是 (　　)
A．柔性绳索 B．刚性杆件(梁和柱)
C．多层薄板 D．实心混凝土块
【答案】B
【解析】根据框架结构的组成构件的特性来分析。
【解答】框架结构是由梁和柱通过节点连接而成的结构体系，梁和柱都属于刚性杆件，能够承受弯矩、剪力和轴力等，从而实现对建筑的支撑和荷载传递。柔性绳索（A选项）一般用于索结构等，不适合作为框架结构的主要组成构件；多层薄板（C选项）更多用于板材结构相关，不是框架结构的典型构件；实心混凝土块（D选项）通常作为填充、配重等，也不是框架结构的组成构件。
故答案为：B。
4．在设计一个能承受重物的纸桥时，我们应该优先考虑的因素是（　　）
A．桥的美观程度 B．桥的材料成本
C．桥的承重能力和稳定性 D．桥的建造速度
【答案】C
【解析】（1）结构设计的核心要求：在设计承受重物的结构时，其首要功能是承受重量并保持稳定，确保安全，这是结构设计的核心需求。
（2）结构设计的次要因素：美观程度、材料成本、建造速度属于结构设计的次要考虑因素，需在满足核心功能（承重和稳定）的基础上再权衡。
【解答】A、桥的美观程度属于结构设计的次要因素，不是优先考虑的，故该选项错误。
B、桥的材料成本属于结构设计的次要因素，不是优先考虑的，故该选项错误。
C、桥的承重能力和稳定性是设计能承受重物的纸桥时的核心要求，必须优先考虑，故该选项正确。
D、桥的建造速度属于结构设计的次要因素，不是优先考虑的，故该选项错误。
故答案为：C。
5．在建筑中，使用拱形结构的主要目的是（　　）
A．节省建筑材料 B．美观大方
C．将压力向下和向外传递给支座 D．施工方便
【答案】C
【解析】（1）拱形结构的受力特点：拱形结构在承受压力时，能将压力向下和向外传递给相邻的支座，从而使拱形结构自身所受的压力减小，具有较好的承重能力。
（2）节省建筑材料、美观大方、施工方便并非拱形结构在建筑中使用的主要目的，主要目的是利用其受力特点来承受压力。
【解答】A、节省建筑材料不是使用拱形结构的主要目的，拱形结构的主要优势在于受力，故该选项错误。
B、美观大方不是使用拱形结构的主要目的，拱形结构的核心价值是承重，故该选项错误。
C、拱形结构在建筑中使用的主要目的是将压力向下和向外传递给支座，从而增强结构的承重能力，故该选项正确。
D、施工方便不是使用拱形结构的主要目的，拱形结构施工并不一定更方便，其重点在受力，故该选项错误。
故答案为：C。
6．以下对纸桥抗弯能力的测试方式中，不合理的是(　　)
A． B．
C． D．
【答案】D
【解析】要判断对纸桥抗弯曲能力测试方式是否合理，需明确抗弯曲能力主要是指纸桥抵抗因受力而发生弯曲变形甚至破坏的能力，测试时应模拟纸桥实际可能承受的、使它产生弯曲的力的作用情况
【解答】A、在纸桥下方悬挂重物，重物的重力会使纸桥产生向下的弯曲趋势，这种方式能有效测试纸桥的抗弯曲能力，是合理的。
B、在纸桥的两侧分别悬挂重物，两侧的重物会对纸桥产生向下的拉力，使纸桥有向下弯曲的趋势，能够测试纸桥的抗弯曲能力，是合理的。
C、将重物直接放在纸桥的上方，重物的压力会使纸桥产生向下的弯曲，能测试纸桥的抗弯曲能力，是合理的。
D、一侧悬挂重物，另一侧放置重物，这种受力情况比较复杂且不符合纸桥通常承受使自身弯曲的力的常规情形，不能很好地测试纸桥的抗弯曲能力，是不合理的。
故答案为：D。
7．结构的稳定性指结构在外力的作用下维持其原有的平衡状态的能力。为增强建筑结构的稳定性，下列说法中，正确的是（　　）
A．建筑结构的重心越低、支撑面越大，其结构越稳定
B．混凝土同时具有较好的抗压性和抗拉性
C．四边形结构通过增加竖杆的数量可增强其稳定性
D．混凝土中加入钢筋可增强抗压性以提升其强度
【答案】A
【解析】结构的稳定性是指结构在外力作用下维持原有平衡状态的能力。在生活中，有很多例子可以帮助我们理解结构稳定性的影响因素，比如不倒翁，它重心低，所以不容易倒。
【解答】A、建筑结构的重心越低，就越不容易倾倒；支撑面越大，结构的稳定性也越好。就像一个大而矮的桌子比一个高而窄的桌子更不容易翻倒，A正确。
B、混凝土具有较好的抗压性，但抗拉性较差，B错误。
C、四边形结构是不稳定结构，增加竖杆的数量不能从根本上增强其稳定性，三角形结构具有稳定性，C错误。
D、混凝土中加入钢筋主要是为了增强其抗拉性，而不是抗压性，D错误。
故答案为：A。
8结构能够承受一定的力，能够通过形变来抵抗力的作用。每个结构都需要承受一定大小的力的作用。下列说法中，正确的是（　　）
A．用相同的材料制作的不同形状的结构，能够承受力的大小相同
B．用不同的材料制作的形状相同的结构，能够承受力的大小相同
C．由于自身重力的原因，将钢材竖直放置时长度会一定程度缩短
D．横梁水平放置时承受竖直方向的力，横梁的下侧产生压缩形变
【答案】C
【解析】（1）结构的受力能力与结构的形状、材料等因素有关。不同形状的结构，其受力时的应力分布等不同，承受力的大小也会不同；不同材料的力学性能（如强度、刚度等）不同，即使形状相同，承受力的大小也不同。
（2）物体在自身重力作用下，会产生形变。钢材具有一定的弹性和塑性，竖直放置时，自身重力会使其受到压力，从而长度一定程度缩短。横梁水平放置承受竖直方向的力时，上侧产生压缩形变，下侧产生拉伸形变。
【解答】A、用相同材料制作不同形状的结构，受力能力不同，能承受力的大小不同，故该选项错误。
B、用不同材料制作形状相同的结构，由于材料力学性能不同，能承受力的大小不同，故该选项错误。
C、钢材自身有重力，竖直放置时会受到压力，长度会一定程度缩短，故该选项正确。
D、横梁水平放置承受竖直方向的力时，上侧产生压缩形变，下侧产生拉伸形变，故该选项错误。
故答案为：C。
9．钢筋混凝土的放置原理：钢筋擅长抗拉，混凝土擅长抗压。据此判断，关于室内横梁与阳台横梁，下列说法中正确的是 (　　)
A．室内横梁整体受扭转，上部铺设多根钢筋
B．室内横梁整体受扭转，下部铺设多根钢筋
C．室内横梁整体受弯曲，下部铺设多根钢筋
D．阳台横梁整体受弯曲，下部铺设多根钢筋
【答案】C
【解析】对室内横梁和阳台横梁的受力情况进行分析即可。
【解答】室内横梁整体受弯曲，是向上弯曲，所以下面受拉，钢筋擅长抗拉，所以下部铺设多根钢筋；阳台横梁整体受弯曲，是向下弯曲，所以上部铺设多根钢筋。
故选C。
10．如图所示，比萨斜塔是世界建筑史上的一大奇迹。由于塔身过重和地质松软，南面的地基比北面低约2m。施工期间塔身就出现了轻微倾斜，随着工程的进行，倾斜程度不断增加。塔身建到第三层时，可明显看出塔身倾斜，曾一度导致停工。一百多年以后，工程师经过精心测量和计算，证明比萨斜塔虽倾斜，但不会倒塌，从而使工程继续按原设计施工，直到竣工。试从影响结构稳定性的因素分析工程师的证明依据。
【答案】①影响结构稳定性的因素有多种，主要有重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小和结构的形状等。
②重心越低，稳定性越好；重心越高，稳定性越差；结构与地面接触所形成的支撑面积越大，结构越稳定；结构的形状不同，其稳定性也不同，在平面中，三角形的稳定性比较好。
③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，该条件为结构重心所在点的垂线是否落在结构底面的范围内，落在底面范围内就是稳定的，反之就会不稳定。工程师证明比萨斜塔虽倾斜，但不会倒塌的依据是他测算出比萨斜塔的重心仍然落在比萨斜塔的支撑面内。
【解析】影响结构稳定性的因素有：结构或构件重心位置的高低影响结构的稳定性，重心越低，稳定性越好；重心越高，稳定性越差。结构与地面接触所形成的支撑面越大，结构越稳定。
11．市政府决定在某湿地公园安装双人秋千供市民休闲娱乐，现有 A、B两款秋千以供选择，如图所示。请仔细观察并根据学习的结构知识，回答以下问题：
（1）从力学的架构与形态考虑，秋千属于哪种基本结构 　 　。
（2）如果两款秋千的材质及构件的粗细一样，那么哪一款秋千的安全系数更高 请简要说明理由：　 　。
【答案】（1）框架结构
（2）B款秋千；B款秋千利用三角形结构，对横杠的支撑更稳固
【解析】结构类型分为三类：（1）实体结构：特点：能承受较大的压力；特征：几何外形简单，通常有杆（柱）、板、体之分，如：大坝、墙体、古城墙等。
（2）框架结构：特点：能承受垂直和水平荷载；特征：几何外形较为复杂，制作较为方便，节省用料，应用广泛，由梁、柱、杆、管等组成，支撑空间却不充满空间，如窗户、画框、房子的架构、建筑脚手架等。（3）壳体结构：特点：壳体内空，受力合理，形态稳定：特征：几何形状有折线式（方形、多边形）的、圆弧的和拱形的，如贝壳、头盔、汽车飞机的外壳等。
【解答】（1）从力学的架构与形态考虑，秋千属于框架结构。
（2）如果两款秋千的材质及构件的粗细一样，B款秋千的安全系数更高。理由：因为B款秋千利用三角形结构，对横杠的支撑更稳固。
12．赵州桥(如图所示)又称安济桥、大石桥，位于河北省石家庄市赵县城南的洨河上，始建于隋代(公元595年一605年)，由著名匠师李春设计建造，是世界上现存年代最久、跨度最大、保存最完整的单孔坦弧敞肩石拱桥。请回答下列问题：
（1）拱桥是用　 　作为桥身主要承重结构的桥，赵州桥的建造材料是　 　。
（2）赵州桥的桥梁称为“敞肩拱”，指的是　 　；“敞肩拱”的意义在于　 .
（3）除了杭州的拱宸桥，请再举出浙江省境内或你家乡的石拱桥：　 　
【答案】（1）拱圈或拱肋；石料
（2）桥梁的两端各设置两个小拱；减轻桥自身所受重力、提升泄洪能力
（3）临平塘栖的广济桥、绍兴的广宁桥、德清的寿昌桥、嘉兴的长虹桥、建德的白沙桥等(合理即可)
【解析】（1）拱桥的承重结构特点：拱桥以拱圈或拱肋作为桥身主要承重结构，荷载通过拱结构传递。赵州桥的建造材料是石料，利用石料的抗压性能来承受荷载。
（2）赵州桥 “敞肩拱” 的结构与作用：“敞肩拱” 指桥梁的两端各设置两个小拱。其意义在于减轻桥自身所受重力，同时提升泄洪能力，在洪水来临时能让水流更顺畅通过，减少洪水对桥的冲击。
（3）浙江省境内的石拱桥实例：浙江省有众多石拱桥，如临平塘栖的广济桥、绍兴的广宁桥、德清的寿昌桥、嘉兴的长虹桥、建德的白沙桥等，这些石拱桥体现了当地的建筑技术和文化。
【解答】（1）拱桥的核心承重结构是拱，利用拱的力学特性分散荷载；赵州桥是石拱桥，建造材料为石材（石块砌筑而成）；
（2）“敞肩拱”的结构特点是大拱两肩开设小拱（而非实心拱肩）；从功能与结构角度，小拱既利于洪水期泄洪（减少水流冲击），又能减轻桥身自重、节省建材，同时优化了整体受力，提升桥梁稳定性；
（3）浙江省内有诸多历史石拱桥，如绍兴八字桥（宋代古桥，兼具交通与泄洪功能的石拱桥）、泰顺廊桥（部分廊桥下部为石拱结构，如北涧桥）、义乌古月桥（宋代单孔石拱桥）等。
13．建筑结构除了框架结构、壳体结构、实体结构外，常见的分类还有混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构、剪力墙结构等类型，每种结构具有不同的材料特性和适用场景。主要建筑结构类型及特点如下：
①混凝土结构：包括素混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土结构，特点是抗压性能强、耐久性高，但自重大，施工周期长，抗拉性能较弱。
②砌体结构：以砖、石或混凝土砌块砌筑，成本低且耐腐蚀，常见于多层住宅和办公楼。局限性：强度低、抗震性差，施工效率低。
③钢结构：以钢材为主，具有轻量化、施工快的优势。需注意防火防锈，成本较高。
④剪力墙结构：依靠钢筋混凝土墙体承重，侧向刚度大(在水平方向上耐受力强)。
（1）桥墩、水坝等建筑常用　 　结构来建造，原因是　 　
（2）体育馆等大跨度建筑及高层建筑可采用　 　结构来建造。
（3）高层住宅需要考虑抗风抗震，常用　 　结构来建造。常用这种结构建造高层建筑的承重墙，原因是　 　
【答案】（1）混凝土；这类建筑需要较强的抗压性能
（2）钢
（3）剪力墙；钢筋混凝土墙体承重能力强，侧向刚度大
【解析】（1）混凝土结构的特点是抗压性能强、耐久性高。桥墩、水坝等建筑需要承受较大的压力，混凝土结构的抗压性能能够满足其受力需求。
（2）钢结构具有轻量化、施工快的优势，适合大跨度建筑及高层建筑对结构强度和施工效率的要求。
（3）剪力墙结构依靠钢筋混凝土墙体承重，侧向刚度大（在水平方向上耐受力强），高层住宅需要抗风抗震，这种结构的侧向刚度能有效应对水平方向的力。
【解答】（1）桥墩、水坝等建筑主要承受压力，而混凝土结构的特点是抗压性能强、耐久性高。所以桥墩、水坝等建筑常用混凝土结构来建造，原因是混凝土结构抗压性能强、耐久性高，适合承受较大压力。
（2）体育馆等大跨度建筑及高层建筑，需要结构具有轻量化且施工快的特点，钢结构以钢材为主，具有轻量化、施工快的优势。所以体育馆等大跨度建筑及高层建筑可采用钢结构来建造。
（3）高层住宅需要考虑抗风抗震，剪力墙结构依靠钢筋混凝土墙体承重，侧向刚度大（在水平方向上耐受力强），能很好地满足抗风抗震的需求。所以高层住宅常用剪力墙结构来建造。常用这种结构建造高层建筑的承重墙，原因是剪力墙结构侧向刚度大，在水平方向上耐受力强，能有效抵抗风荷载和地震作用。
14．探究题：材料的厚度与强度的关系
提出问题： 材料的厚度会影响它的强度吗？
你的假设： 　 　
实验材料： 不同厚度的卡纸（如1mm、2mm、3mm）、几本一样高的书、垫圈若干。
实验步骤：
取最薄的卡纸，剪成相同宽度的纸条（如2厘米宽）。
将纸条两端分别搭在两本书上，保持悬空。
在纸条的中间位置，一个一个地挂垫圈，直到纸条断裂，记录下垫圈的数量。
换用中等厚度和最厚的卡纸，重复步骤1-3。
实验现象： 　 　
实验结论： 　 　
思考：在建筑中，我们如何根据需要选择不同厚度的材料　 　？
【答案】材料的厚度会影响它的强度，材料越厚，强度越高；最厚的卡纸能承受的垫圈数量最多，中等厚度的次之，最薄的最少；在材料种类和宽度相同的情况下，材料的厚度越大，其强度越高，能承受的重量也越大；在建筑中，对于需要承受巨大压力的部分（如建筑物的地基、承重墙），我们会选择更厚、强度更高的材料；而对于非承重部分（如室内隔断），则可以选择较薄的材料以节省成本和空间
【解析】（1）科学探究的假设环节：在探究材料厚度与强度的关系时，假设是基于已有认知对问题的推测，即材料的厚度会影响其强度，且材料越厚，强度越高。
（2）实验现象的观察与分析：通过控制变量（材料种类、宽度相同，改变厚度），观察不同厚度卡纸能承受垫圈的数量，最厚的卡纸承受垫圈数最多，中等厚度次之，最薄最少，这一现象直观体现了厚度对强度的影响。
（3）实验结论的推导：基于实验现象，在材料种类和宽度相同的情况下，材料厚度越大，强度越高，能承受的重量也越大，明确了厚度与强度的正相关关系。
（4）知识的实际应用：在建筑领域，根据不同部位的受力需求选择材料厚度，受力大的部位（如地基、承重墙）选厚且强度高的材料，非承重部位（如室内隔断）选较薄材料，实现功能与成本的平衡。
【解答】假设：材料的厚度会影响它的强度，材料越厚，强度越高。
实验现象：最厚的卡纸能承受的垫圈数量最多，中等厚度的次之，最薄的最少。
实验结论：在材料种类和宽度相同的情况下，材料的厚度越大，其强度越高，能承受的重量也越大。思考：在建筑中，对于需要承受巨大压力的部分（如建筑物的地基、承重墙），我们会选择更厚、强度更高的材料；而对于非承重部分（如室内隔断），则可以选择较薄的材料以节省成本和空间。
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
课后巩固
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