第5章 建筑结构与工程（举一反三讲义）科学浙教版2024八年级上册

第5章 建筑结构与工程 目录 1 1 2 3 3 7 11 17 【学习目标】 1. 科学观念 · 明确结构定义，认识框架结构、壳体结构、实体结构的特点与应用。 · 理解结构受力本质，掌握形状、材料对结构承受力的影响。 · 知晓桥梁组成及分类，明确不同桥梁的受力特点。 · 了解建筑结构功能，包括稳定性、强度的相关原理。 2. 科学思维 · 分析建筑结构分类及受力案例，培养归纳与逻辑推理能力，建立 “结构 — 受力 — 应用” 的分析模型。 · 结合桥梁结构与受力实例，推理不同桥梁的承重逻辑，提升工程现象的因果分析能力。 · 对比不同建筑结构的功能差异，理解结构与功能的关联，深化对工程设计的认知。 3. 探究实践 · 开展 “结构模型制作与测试” 活动：制作框架、拱结构模型，对比承重能力，培养工程实践与空间想象能力。 · 进行 “桥梁模型设计与探究” 实践：设计并制作桥梁模型，测试其承重力影响因素，掌握工程调查与实验方法。 · 完成 “简易人行浮桥搭建” 任务：设计浮桥结构，计算浮力并优化，提升信息整合与工程实施能力。 4. 态度责任 · 养成工程规范意识：在结构模型、桥梁制作中遵循操作规范，树立建筑工程的严谨性认知。 · 培养工程应用意识：联系建筑、桥梁的生活实例，认识建筑结构工程在技术与生活中的实用价值。 · 建立工程价值观：理解建筑结构对安全、功能的意义，激发对建筑工程领域的探究兴趣。 重点： 1.建筑结构分类与受力：掌握框架、壳体、实体结构的特点，明确三角形稳定性、截面形状对强度的影响。 2.桥梁结构与受力：理解梁式桥、拱桥等的结构组成，能分析其荷载传递与平衡原理。 3.工程实践操作：掌握结构模型、桥梁模型的制作流程，能通过实验分析结构承重性能。 难点： 1.复杂结构的受力分析：难点在于多类型结构的力传递逻辑，需结合示意图建立动态受力认知。 2.桥梁设计的综合考量：难点在于平衡结构强度、稳定性与成本，需具备多因素关联的工程思维。 3.工程实践的问题解决：难点在于结构制作、浮桥搭建中的实际问题，需结合原理进行优化。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1 建筑结构与功能 1.建筑结构及其分类 （1）结构:组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列，涵盖自然界物质和人类创造的产物。 （2）建筑结构分类（依据受力情况） ①框架结构：以刚性的杆作为梁和柱组成的结构，刚性杆按一定规则空间排布，支撑空间而不充满空间，共同承受外力。如钱塘江大桥（铁路、公路两用双层桥，利用框架结构特性保障承载能力和稳定性）。 ②壳体结构：层状结构，由若干块薄板组成，薄板做成具有曲面轮廓的外形。 ③实体结构：结构体本身是实心的结构，利用自身来承受力，受力分布在整个实体上。如桥墩（承受桥梁上部结构荷载）、房屋基座（支撑房屋整体重量）、雕塑基座（稳固雕塑）、城墙（抵御外敌、承受自身重力及外部冲击）。 2.结构受力与形变 （1）结构受力：结构是能够承受一定力的架构，通过自身形变抵抗外力作用（如桥梁承受车辆荷载时发生弯曲形变抵抗压力）。 （2）影响结构承受力大小的因素：形状、材料 （3）横梁受力变形 （4）三角形桁架结构 （5）弧形拱结构 3.建筑结构的功能 （1）结构的稳定性：结构在外力作用下维持原有平衡状态的能力，是保障建筑安全使用的基础。影响因素：重心高低、支撑面大小。 （2）结构强度：结构抵抗外力作用的能力，与结构形状、材料、连接方式等密切相关。 （3）增强结构强度的方式：三角形是框架结构的基本构造之一，在框架中加入支撑杆件构成多个三角形，可显著增加结构强度。 （4）框架构件截面形状与承力关系：相同材料的框架构件，因截面形状（工字形、口字形、环形、圆形等）不同，承受力大小不同（不同截面形状的几何特性导致力在构件内的分布和传递方式不同）。 （5）常见截面特点 ①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。 ②口字形：封闭截面提供较好的抗扭和抗弯性能，适用于需要抵抗扭转和弯曲组合作用的结构。 ③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。 ④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）。 （6）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（如混凝土抗压性好但抗拉性差，钢材抗拉性强，制作混凝土梁时加入钢筋可利用钢材抗拉优势弥补混凝土不足）。 ②建筑结构与功能的关系：建筑结构决定其功能，结构变化可增强建筑功能以适应不同环境，良好的结构设计兼顾功能与形式，展现建筑的文化内涵（如国家游泳中心 “水立方”，半透明膜结构使其兼具隔热、利用太阳能等功能）。 【典例1】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。 下列对壳体结构受力示意图分析正确的是（　　） A． B． C． D． 【变式1】以下对纸桥抗弯能力的测试方式中，不合理的是（　　） A． B． C． D． 【变式2】如图是温州世纪广场上标志性建筑，划圈部分建筑的结构类型包括（　　） A．实体结构、框架结构 B．框架结构、壳体结构 C．实体结构、壳体结构 D．框架结构 【变式3】下列建筑结构中，其基本 结构分类不正确的是（　　） A．壳体结构：悉尼歌剧院顶部 B．框架结构：国家体育场 C．实体结构：新安江水电站 D．壳体结构：国家游泳中心 知识点2 桥梁的结构与制作 1.桥梁的结构 （1）桥梁组成部分及作用 ①主梁：直接承受自身重力以及车辆等的重力。 ②桥墩：承受主梁向下的力并将力传到基座。 ③桥台：位于桥的两端起支撑作用的部分。 （2）桥梁分类：梁式桥、拱桥、悬索桥 2.桥梁的受力 （1）荷载定义：桥梁本身受到的重力以及它承载的车辆、行人等的重力统称为荷载。 （2）平衡原理：桥梁在荷载作用下不倒塌，是因为存在一个向上的力来平衡荷载产生的作用。 （3）不同桥梁的受力特点 ①梁式桥 ②拱桥 ③悬索桥 3.桥梁的设计与制作 （1）设计和制作结构的目的：为了完成某种任务或满足特定的需要（如桥梁帮助人们跨越障碍物、渡过河流等）。 （2）结构设计考虑的因素：安全性、强度、稳定性、美观、成本、适用性等。 （3）结构设计的流程：明确内容→制订设计方案→制作模型或原型→优化与完善。 【典例2】如图所示为某悬索桥的结构示意图，以下关于该桥各构件主要受力形式分析不正确的是（　　） A．设计中计算应力时应考虑各种可能的荷载 B．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响 C．主索受拉，吊索受拉，塔柱受压 D．刚性梁受弯曲，锚碇受压 【变式1】如图所示为木料抗弯强度实验。木料在悬挂重物后向下弯曲，测得木料M的下弯距离为5mm，木料N的下弯距离为8mm。从结构稳固角度考虑，下列板凳设计方案中，合理的是（　　） A．木料M制作 B．木料M制作 C．木料N制作 D．木料N制作 【变式2】如图所示是小明的木制提篮设计方案，从强度角度考虑最合理的是（　　） A． B． C． D． 【变式3】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 知识点3 搭建一座简易人行浮桥 1.目标 · 根据浮桥设计要求，制定验收标准并设计施工图纸，培养创新思维。 · 通过实践，理解工程核心是设计，以及设计与工程的转化关系。 · 强化成本控制，运用科学、计算和批判性思维，保障浮桥性能并实现优化。 2.器材：桶装水空桶、饮料瓶、胶带、扎带、木条、复合板。 3.过程 · 明确问题：运用阿基米德原理和力学相关知识，用简易材料搭建一座长 6 m、可供约 70 kg 的人安全通行的浮桥，要求浮桥具有稳定性和牢固性。 · 设计方案 5. 分组讨论：全班分成 6 个小组，每组负责建造 1 m 长的浮桥，每组预算≤100 元。 5. 分组材料清单与成本：桶装水空桶、饮料瓶、宽胶带、长 / 短扎带、复合板、木条，总计 92 元。 5. 绘制图纸：包括侧视图、分层设计、模块连接。 5. 施工流程：浮箱组装、桥面安装、模块拼接。 · 安全性验证 6. 浮力计算：核心浮箱和辅助浮力的总浮力计算，与浮桥自重、承载需求对比，若浮力不足需优化（如增加饮料瓶数量）。 6. 优化方案：增加 4 个饮料瓶，总浮力提升至 750 N，总成本 94 元。 4.反思 · 困难：浮力不足导致桥体下沉；模块连接易松动；材料成本超支。 · 解决方法：增加桶装水空桶数量提升浮力；交叉扎带加固接口；优化材料配比。 · 收获：掌握浮力计算与模块化设计；提升团队协作与成本控制能力。 【典例3】物理学在桥梁建筑技术方面有很多应用，如图甲为宜兴首座钢结构斜拉桥荆邑大桥，桥梁全长544.5米，两个巨大的弧形拱塔，有十八层楼那么高。“桥塔为什么要造这么高？”小华对此进行了研究：他将大桥的结构进行简化，抽象成图乙所示的模型。小华通过比较发现：适当增加桥塔的高度，可 （填“增大”或“减小”，下同）斜拉索拉力的力臂，从而 斜拉索的拉力，在桥面上行驶的汽车，位置越靠近桥塔，钢索受到的拉力越 （填“大”或“小”）。 近年来，多起高架桥侧翻事故引起了人们对如图丙所示的独柱高架桥安全性的思考。独柱式高架桥分如图丁（a）单支座式和图丁（b）双支座式，从桥梁的稳定性角度考虑，建造桥梁时应选择的支撑方式为 （填“单”或“双”）支座式。当重载卡车在双支座式高架桥最右侧行驶时桥面侧翻，支点是 （填“左”或“右”）支座。如果在两个支座中间再增加一个支座如图丁（c），桥面侧翻危害的风险 （填“减小”“增大”或“不变”）。 【变式1】模型制作与测试： 任务：用纸板或木条制作两种结构模型（框架结构、拱结构），对比两者承重能力。 观察点：记录不同结构在承载不同数量书本时的变形程度，分析哪种结构更稳定。 在下列方框中设计两种结构模型与实验观察记录表。 (1) 框架结构与拱结构模型： (2) 实验观察记录表： 【变式2】楼梯设计分析： 任务：某住宅楼梯间开间 2.4 m，层高 3 m，进深 5 m，踏步尺寸采用 150 mm（高度）×300 mm（深度）。 要求：(1) 计算楼梯段数及每段踏步数。 (2) 绘制剖面图，标注梯段宽度、平台深度及净高。 【变式3】搭建一座简易人行浮桥 悬索桥的力学奥秘悬索桥的设计融合了物理学中力的平衡、传递与材料科学的智慧，是人类工程史上的杰作。 ①力的传递链：从压力到拉力悬索桥的核心秘密在于将垂直于桥面的压力转化为水平拉力。当车辆驶过桥面时，车辆对于桥梁的压力通过吊索传递至“主缆”-这条由数万根钢丝编织的“空中绳索”，能将桥面荷载均匀分散。主缆两端固定在“锚碇（巨型混凝土块）”上，形成闭合的传力回路。桥塔将主缆高高托起，使其自然下垂成“悬链线”曲线：它让每根钢丝承受相近的拉力，避免局部过载（若主缆被拉成直线，中部会因集中受力而断裂）。 ②力的分解与材料分工 桥塔不仅是支撑结构，更是力的“转换器”主缆的拉力的作用效果在竖直方向上体现为桥塔对地基的压力，水平方向上的力则与锚碗和地面之间的摩擦力平衡。悬链桥各部分材料选择也充满巧思：主缆与吊索使用高强度钢丝，发挥钢材抗拉优势（抗拉强度是混凝土的100倍）；桥塔则采用抗压的混凝土或钢结构，稳稳“顶住”竖直压力。这种分工类似团队协作：抗拉材料负责“拉”，抗压材料负责“撑”，各展所长。 ③柔性的智慧：以柔克刚 悬索桥并非与自然力量硬碰硬。当台风来袭时，其柔性设计允许桥体适度摆动，通过变形消耗风能，避免因刚性抵抗导致结构损坏。这种原理类似随风摇曳的竹子--柔韧使其在狂风中屹立不倒。此外，桥面常设计波浪形护栏或导流板，将气流打散，减少风振影响。工程师甚至通过风洞实验优化桥体外形，确保其在极端天气下的稳定性。 根据上述材料，回答下列问题： （1）悬索桥的主缆设计成“悬链线”形状的原因是 。 （2）文中关于悬索桥抗风设计，下列正确的说法是 。 A.桥体刚性越大越安全 B.桥面重力越大越安全 C.柔性设计通过变形消耗风能 D.桥塔高度影响主缆拉力分布 （3）请通过以下简化模型计算出锚碇工参数：若某悬索桥（结构如文中所示）锚碇受到主缆水平方向的拉力为7.65×103kN，锚碇与地面间最大静摩擦力f=μN（其中μ=0.5，N为地面受到的压力），且最大静摩擦力达水平拉力的2倍及以上，才能保证桥梁安全，则锚碇对地面的压力至少应为 。 【巩固训练】 1.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。 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.如图所示是一款折叠躺椅。下列关于该产品的结构分析中不正确的是（　　） A．精选优质连接件牢固耐用，主要考虑结构的安全性 B．折叠后空间立省一半，主要考虑环境的因素 C．增大椅脚的横截面积，主要考虑加强结构的稳定性 D．靠背展开后得到合适的角度，主要考虑人的因素 3.如图所示为一款桌面摆放的相框，其保持稳定的主要原因是（　　） A．相框的重心位置比较低 B．相框的形状为三角形 C．相框与桌面的接触面积比较大 D．相框与桌面接触形成的支撑面积比较大 4.如图是温州世纪广场上标志性建筑，划圈部分建筑的结构类型包括（　　） A．实体结构、框架结构 B．框架结构、壳体结构 C．实体结构、壳体结构 D．框架结构 5.跳板跳水运动员站在跳板前端准备起跳，跳板受到的力有（　　） A．拉力、扭转力 B．压力、拉力 C．拉力、剪切力 D．压力、弯曲力 6.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 7.2024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 8.如图为某桥梁模型测试，其目的是验证（　　） A．美观性 B．结构强度 C．施工速度 D．材料成本 9.如图为某建筑外墙保温层示意图，其材料应具备的特性是（　　） A．高导热性 B．高密度 C．低导热性 D．高硬度 10.如图为某建筑屋顶太阳能板，其设计体现了（　　） A．结构稳定性 B．能源可持续性 C．抗震性能 D．材料轻量化 11.如图为赵州桥示意图，其结构类型是（　　） A．梁桥 B．拱桥 C．悬索桥 D．斜拉桥 12.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 。 13.如图所示为悬索桥的主要结构示意图。请回答下列问题： （1）悬索桥结构图中，序号③的名称是 ，是悬索桥的主要承重结构。 （2）桥的主梁是图中的序号 ，通过吊杆或吊索，即图中的序号 将桥的结构③和④连接起来。 （3）悬索桥的结构②承载着结构③产生的向下的力，结构②的名称是 。 14.在“桥梁模型的制作与探究”工程实践中，制作桥梁模型后需要依据标准对桥梁模型的长度、宽度、高度、自重、承重力等参数进行测量和评价。请写出承重力测试的方法并设计一份实验记录表。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第5章 建筑结构与工程 目录 目录 1 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 3 知识点1 建筑结构与功能 3 知识点2 桥梁的结构与制作 7 知识点3 搭建一座简易人行浮桥 11 【巩固训练】 17 【学习目标】 1. 科学观念 · 明确结构定义，认识框架结构、壳体结构、实体结构的特点与应用。 · 理解结构受力本质，掌握形状、材料对结构承受力的影响。 · 知晓桥梁组成及分类，明确不同桥梁的受力特点。 · 了解建筑结构功能，包括稳定性、强度的相关原理。 2. 科学思维 · 分析建筑结构分类及受力案例，培养归纳与逻辑推理能力，建立 “结构 — 受力 — 应用” 的分析模型。 · 结合桥梁结构与受力实例，推理不同桥梁的承重逻辑，提升工程现象的因果分析能力。 · 对比不同建筑结构的功能差异，理解结构与功能的关联，深化对工程设计的认知。 3. 探究实践 · 开展 “结构模型制作与测试” 活动：制作框架、拱结构模型，对比承重能力，培养工程实践与空间想象能力。 · 进行 “桥梁模型设计与探究” 实践：设计并制作桥梁模型，测试其承重力影响因素，掌握工程调查与实验方法。 · 完成 “简易人行浮桥搭建” 任务：设计浮桥结构，计算浮力并优化，提升信息整合与工程实施能力。 4. 态度责任 · 养成工程规范意识：在结构模型、桥梁制作中遵循操作规范，树立建筑工程的严谨性认知。 · 培养工程应用意识：联系建筑、桥梁的生活实例，认识建筑结构工程在技术与生活中的实用价值。 · 建立工程价值观：理解建筑结构对安全、功能的意义，激发对建筑工程领域的探究兴趣。 重点： 1.建筑结构分类与受力：掌握框架、壳体、实体结构的特点，明确三角形稳定性、截面形状对强度的影响。 2.桥梁结构与受力：理解梁式桥、拱桥等的结构组成，能分析其荷载传递与平衡原理。 3.工程实践操作：掌握结构模型、桥梁模型的制作流程，能通过实验分析结构承重性能。 难点： 1.复杂结构的受力分析：难点在于多类型结构的力传递逻辑，需结合示意图建立动态受力认知。 2.桥梁设计的综合考量：难点在于平衡结构强度、稳定性与成本，需具备多因素关联的工程思维。 3.工程实践的问题解决：难点在于结构制作、浮桥搭建中的实际问题，需结合原理进行优化。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1 建筑结构与功能 1.建筑结构及其分类 （1）结构:组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列，涵盖自然界物质和人类创造的产物。 （2）建筑结构分类（依据受力情况） ①框架结构：以刚性的杆作为梁和柱组成的结构，刚性杆按一定规则空间排布，支撑空间而不充满空间，共同承受外力。如钱塘江大桥（铁路、公路两用双层桥，利用框架结构特性保障承载能力和稳定性）。 ②壳体结构：层状结构，由若干块薄板组成，薄板做成具有曲面轮廓的外形。 ③实体结构：结构体本身是实心的结构，利用自身来承受力，受力分布在整个实体上。如桥墩（承受桥梁上部结构荷载）、房屋基座（支撑房屋整体重量）、雕塑基座（稳固雕塑）、城墙（抵御外敌、承受自身重力及外部冲击）。 2.结构受力与形变 （1）结构受力：结构是能够承受一定力的架构，通过自身形变抵抗外力作用（如桥梁承受车辆荷载时发生弯曲形变抵抗压力）。 （2）影响结构承受力大小的因素：形状、材料 （3）横梁受力变形 （4）三角形桁架结构 （5）弧形拱结构 3.建筑结构的功能 （1）结构的稳定性：结构在外力作用下维持原有平衡状态的能力，是保障建筑安全使用的基础。影响因素：重心高低、支撑面大小。 （2）结构强度：结构抵抗外力作用的能力，与结构形状、材料、连接方式等密切相关。 （3）增强结构强度的方式：三角形是框架结构的基本构造之一，在框架中加入支撑杆件构成多个三角形，可显著增加结构强度。 （4）框架构件截面形状与承力关系：相同材料的框架构件，因截面形状（工字形、口字形、环形、圆形等）不同，承受力大小不同（不同截面形状的几何特性导致力在构件内的分布和传递方式不同）。 （5）常见截面特点 ①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。 ②口字形：封闭截面提供较好的抗扭和抗弯性能，适用于需要抵抗扭转和弯曲组合作用的结构。 ③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。 ④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）。 （6）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（如混凝土抗压性好但抗拉性差，钢材抗拉性强，制作混凝土梁时加入钢筋可利用钢材抗拉优势弥补混凝土不足）。 ②建筑结构与功能的关系：建筑结构决定其功能，结构变化可增强建筑功能以适应不同环境，良好的结构设计兼顾功能与形式，展现建筑的文化内涵（如国家游泳中心 “水立方”，半透明膜结构使其兼具隔热、利用太阳能等功能）。 【典例1】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。 下列对壳体结构受力示意图分析正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【解答】解：ABD、有误。 C、正确。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。 故选：C。 【变式1】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 【解答】解：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。 故选：D。 【变式2】如图是温州世纪广场上标志性建筑，划圈部分建筑的结构类型包括（　　） A．实体结构、框架结构 B．框架结构、壳体结构 C．实体结构、壳体结构 D．框架结构 【答案】B 【解答】解：观察图片，建筑的主体支撑部分呈现出梁、柱等构件组成的框架样式，属于框架结构；而局部（如放大的弧形部分）具有曲面形态，符合壳体结构的特点。 故选：B。 【变式3】下列建筑结构中，其基本 结构分类不正确的是（　　） A．壳体结构：悉尼歌剧院顶部 B．框架结构：国家体育场 C．实体结构：新安江水电站 D．壳体结构：国家游泳中心 【答案】D 【解答】解：国家游泳中心（水立方）的结构是薄膜结构（也可称为充气膜结构、空间网架与膜结构结合等），并非壳体结构。壳体结构通常是具有曲面外形、能承受荷载的空间结构，如悉尼歌剧院顶部（A选项，属于壳体结构，分类正确）；国家体育场（鸟巢）属于框架结构（B选项，分类正确）；新安江水电站的大坝等部分属于实体结构（C选项，分类正确）。 故选：D。 知识点2 桥梁的结构与制作 1.桥梁的结构 （1）桥梁组成部分及作用 ①主梁：直接承受自身重力以及车辆等的重力。 ②桥墩：承受主梁向下的力并将力传到基座。 ③桥台：位于桥的两端起支撑作用的部分。 （2）桥梁分类：梁式桥、拱桥、悬索桥 2.桥梁的受力 （1）荷载定义：桥梁本身受到的重力以及它承载的车辆、行人等的重力统称为荷载。 （2）平衡原理：桥梁在荷载作用下不倒塌，是因为存在一个向上的力来平衡荷载产生的作用。 （3）不同桥梁的受力特点 ①梁式桥 ②拱桥 ③悬索桥 3.桥梁的设计与制作 （1）设计和制作结构的目的：为了完成某种任务或满足特定的需要（如桥梁帮助人们跨越障碍物、渡过河流等）。 （2）结构设计考虑的因素：安全性、强度、稳定性、美观、成本、适用性等。 （3）结构设计的流程：明确内容→制订设计方案→制作模型或原型→优化与完善。 【典例2】如图所示为某悬索桥的结构示意图，以下关于该桥各构件主要受力形式分析不正确的是（　　） A．设计中计算应力时应考虑各种可能的荷载 B．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响 C．主索受拉，吊索受拉，塔柱受压 D．刚性梁受弯曲，锚碇受压 【答案】D 【解答】解：A．在设计桥梁时，为了确保桥梁的安全性和稳定性，必须考虑各种可能的荷载，如静荷载（桥梁自身重量、永久设备重量等）、动荷载车辆荷载、风荷载、地震荷载等），这样才能准确计算构件的应力，保证桥梁在各种情况下都能正常工作，故A正确； B．施工中擅自加长桥面会增加桥面的重量和车辆荷载等，这些额外的荷载会作用在桥梁的各个构件上，可能导致构件的应力超过设计值，从而对桥梁产生不利影响，甚至可能危及桥梁的安全，故B正确； C．在悬索桥中，主索主要承受拉力，它是将桥面荷载传递到锚碇的主要构件；吊索也要承受拉力，将桥面的荷载传递给主索；塔柱则承受来自主索的拉力，产生向下的压力，故C正确； D．刚性梁主要承受的是弯曲力，因为桥面荷载会使刚性梁产生弯曲变形；而锚碇是承受主索拉力的构件，它受到的是拉力，而不是压力，故D错误； 故选：D。 【变式1】如图所示为木料抗弯强度实验。木料在悬挂重物后向下弯曲，测得木料M的下弯距离为5mm，木料N的下弯距离为8mm。从结构稳固角度考虑，下列板凳设计方案中，合理的是（　　） A．木料M制作 B．木料M制作 C．木料N制作 D．木料N制作 【答案】A 【解答】解：木料的下弯距离越小，说明抗弯强度越高（变形越小）；题目中木料M下弯距离（5mm）小于木料N（8mm），因此木料M的抗弯强度更好，应优先选用木料M制作板凳（排除C、D）；从结构稳固性角度，三角形结构具有稳定性（斜向支撑可形成三角形受力体系，分散荷载、抵抗变形）。选项A采用斜向支撑的结构设计，相比选项B的垂直支撑（无三角形稳定结构），稳固性更强。因此，合理的设计方案为A； 故选：A。 【变式2】如图所示是小明的木制提篮设计方案，从强度角度考虑最合理的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解答】解：A、合理。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，影响因素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。木材顺纹方向的抗拉强度、抗压强度最大，横纹方向最小，所以观察四个选项中，选项A 结构强度最大。 BCD、不合理。 故选：A。 【变式3】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 【解答】解：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。 故选：D。 知识点3 搭建一座简易人行浮桥 1.目标 · 根据浮桥设计要求，制定验收标准并设计施工图纸，培养创新思维。 · 通过实践，理解工程核心是设计，以及设计与工程的转化关系。 · 强化成本控制，运用科学、计算和批判性思维，保障浮桥性能并实现优化。 2.器材：桶装水空桶、饮料瓶、胶带、扎带、木条、复合板。 3.过程 · 明确问题：运用阿基米德原理和力学相关知识，用简易材料搭建一座长 6 m、可供约 70 kg 的人安全通行的浮桥，要求浮桥具有稳定性和牢固性。 · 设计方案 5. 分组讨论：全班分成 6 个小组，每组负责建造 1 m 长的浮桥，每组预算≤100 元。 5. 分组材料清单与成本：桶装水空桶、饮料瓶、宽胶带、长 / 短扎带、复合板、木条，总计 92 元。 5. 绘制图纸：包括侧视图、分层设计、模块连接。 5. 施工流程：浮箱组装、桥面安装、模块拼接。 · 安全性验证 6. 浮力计算：核心浮箱和辅助浮力的总浮力计算，与浮桥自重、承载需求对比，若浮力不足需优化（如增加饮料瓶数量）。 6. 优化方案：增加 4 个饮料瓶，总浮力提升至 750 N，总成本 94 元。 4.反思 · 困难：浮力不足导致桥体下沉；模块连接易松动；材料成本超支。 · 解决方法：增加桶装水空桶数量提升浮力；交叉扎带加固接口；优化材料配比。 · 收获：掌握浮力计算与模块化设计；提升团队协作与成本控制能力。 【典例3】物理学在桥梁建筑技术方面有很多应用，如图甲为宜兴首座钢结构斜拉桥荆邑大桥，桥梁全长544.5米，两个巨大的弧形拱塔，有十八层楼那么高。“桥塔为什么要造这么高？”小华对此进行了研究：他将大桥的结构进行简化，抽象成图乙所示的模型。小华通过比较发现：适当增加桥塔的高度，可　增大　 （填“增大”或“减小”，下同）斜拉索拉力的力臂，从而　减小　 斜拉索的拉力，在桥面上行驶的汽车，位置越靠近桥塔，钢索受到的拉力越　小　 （填“大”或“小”）。 近年来，多起高架桥侧翻事故引起了人们对如图丙所示的独柱高架桥安全性的思考。独柱式高架桥分如图丁（a）单支座式和图丁（b）双支座式，从桥梁的稳定性角度考虑，建造桥梁时应选择的支撑方式为　双　 （填“单”或“双”）支座式。当重载卡车在双支座式高架桥最右侧行驶时桥面侧翻，支点是　左　 （填“左”或“右”）支座。如果在两个支座中间再增加一个支座如图丁（c），桥面侧翻危害的风险　不变　 （填“减小”“增大”或“不变”）。 【答案】增大；减小；小；双；左；不变。 【解答】解：第一部分（桥塔高度与斜拉索拉力相关）适当增加桥塔的高度，根据杠杆原理，可增大斜拉索拉力的力臂。由杠杆平衡条件 F1L1 ＝ F2L2（这里桥的重力等阻力和阻力臂不变），力臂增大时，斜拉索的拉力减小；在桥面上行驶的汽车，位置越靠近桥塔，钢索对应的力臂相对越大，根据杠杆平衡，钢索受到的拉力越小；第二部分（独柱高架桥支撑方式相关） 从桥梁的稳定性角度考虑，双支座式有两个支撑点，比单支座式更稳定，所以应选择双支座式；当重载车辆在双支座式高架桥最右侧行驶时桥面侧翻，此时左侧支座是支点，即支点是左支座；如果在两个支座中间再增加一个支座（图c），增加支架不影响侧翻时支点位置和阻力，即没有改变桥面的受力分布，因此桥面侧翻危害的风险不变。 故答案为：增大；减小；小；双；左；不变。 【变式1】模型制作与测试： 任务：用纸板或木条制作两种结构模型（框架结构、拱结构），对比两者承重能力。 观察点：记录不同结构在承载不同数量书本时的变形程度，分析哪种结构更稳定。 在下列方框中设计两种结构模型与实验观察记录表。 (1) 框架结构与拱结构模型： (2) 实验观察记录表： 【答案】(1) 框架结构与拱结构模型设计 框架结构模型： 用木条制作一个简单的四边形框架（如长和宽各 15cm 的矩形框架），内部可添加斜向木条形成三角形支撑（增强稳定性），整体高度约 10cm，作为承载书本的结构。 拱结构模型： 用硬纸板制作一个半圆拱结构，拱的跨度为 20cm，拱高 10cm，底部两端用木条或纸板固定，形成稳定的拱结构，用于承载书本。 (2) 实验观察记录表设计 结构类型 承载书本数量（本） 变形程度（描述：无变形 / 轻微变形 / 严重变形） 稳定性评价（高 / 中 / 低） 框架结构 1 框架结构 3 框架结构 5 拱结构 1 拱结构 3 拱结构 5 【解答】模型设计思路： 框架结构通过杆件的连接（尤其是三角形支撑）分散受力，而拱结构利用拱形的力学特性，将压力向两端传递，从而提升承重能力。设计时需保证两种结构的制作材料、尺寸在合理范围内，以便公平对比。 实验记录表作用： 通过记录不同承载量下的变形程度和稳定性，直观对比框架结构和拱结构的承重性能。变形程度越轻、稳定性评价越高，说明该结构的承重能力越强。 【变式2】楼梯设计分析： 任务：某住宅楼梯间开间 2.4 m，层高 3 m，进深 5 m，踏步尺寸采用 150 mm（高度）×300 mm（深度）。 要求：(1) 计算楼梯段数及每段踏步数。 (2) 绘制剖面图，标注梯段宽度、平台深度及净高。 【答案】(1) 楼梯段数及每段踏步数计算 首先计算总踏步数：层高为3m= 3000mm，踏步高度为150mm，则总踏步数n = 3000/150= 20级。 住宅楼梯通常采用双跑楼梯（即两个梯段），因此楼梯段数为2段。 每段踏步数：总踏步数除以梯段数，即20/2= 10级（每段 10 级踏步）。 (2) 剖面图绘制及标注说明 梯段宽度：楼梯间开间为2.4m，住宅楼梯梯段宽度需满足通行要求，一般不小于1.1m，此处可取1.2m（需根据规范和实际需求调整，确保满足疏散宽度）。 平台深度：楼梯进深为5m，每段梯段的水平投影长度为10*300mm=3000mm= 3m，则中间平台深度为5 - 3 - 3 = -1m（此计算不合理，说明实际设计需调整平台深度或梯段长度，通常中间平台深度不小于梯段宽度，此处可调整为中间平台深度1.2m，楼层平台深度1.5m，确保空间合理。 净高：楼梯净高需满足不小于2.2m，绘制时需标注梯段下方及平台下方的净高，确保符合规范。 【解答】踏步数计算原理：踏步数由层高和踏步高度决定，公式为踏步数=层高/踏步高度，双跑楼梯的梯段数通常为 2，因此每段踏步数为总踏步数的一半。 剖面图设计要点：梯段宽度需满足住宅疏散要求（一般≥1.1m）；平台深度需≥梯段宽度，确保行人停留和转向空间；净高需≥2.2m，避免碰头，保障通行安全。实际设计中若进深不足，需调整梯段长度、平台深度或采用其他楼梯形式（如三跑楼梯），确保空间功能合理。 【变式3】搭建一座简易人行浮桥 悬索桥的力学奥秘悬索桥的设计融合了物理学中力的平衡、传递与材料科学的智慧，是人类工程史上的杰作。 ①力的传递链：从压力到拉力悬索桥的核心秘密在于将垂直于桥面的压力转化为水平拉力。当车辆驶过桥面时，车辆对于桥梁的压力通过吊索传递至“主缆”-这条由数万根钢丝编织的“空中绳索”，能将桥面荷载均匀分散。主缆两端固定在“锚碇（巨型混凝土块）”上，形成闭合的传力回路。桥塔将主缆高高托起，使其自然下垂成“悬链线”曲线：它让每根钢丝承受相近的拉力，避免局部过载（若主缆被拉成直线，中部会因集中受力而断裂）。 ②力的分解与材料分工 桥塔不仅是支撑结构，更是力的“转换器”主缆的拉力的作用效果在竖直方向上体现为桥塔对地基的压力，水平方向上的力则与锚碗和地面之间的摩擦力平衡。悬链桥各部分材料选择也充满巧思：主缆与吊索使用高强度钢丝，发挥钢材抗拉优势（抗拉强度是混凝土的100倍）；桥塔则采用抗压的混凝土或钢结构，稳稳“顶住”竖直压力。这种分工类似团队协作：抗拉材料负责“拉”，抗压材料负责“撑”，各展所长。 ③柔性的智慧：以柔克刚 悬索桥并非与自然力量硬碰硬。当台风来袭时，其柔性设计允许桥体适度摆动，通过变形消耗风能，避免因刚性抵抗导致结构损坏。这种原理类似随风摇曳的竹子--柔韧使其在狂风中屹立不倒。此外，桥面常设计波浪形护栏或导流板，将气流打散，减少风振影响。工程师甚至通过风洞实验优化桥体外形，确保其在极端天气下的稳定性。 根据上述材料，回答下列问题： （1）悬索桥的主缆设计成“悬链线”形状的原因是 。 （2）文中关于悬索桥抗风设计，下列正确的说法是 。 A.桥体刚性越大越安全 B.桥面重力越大越安全 C.柔性设计通过变形消耗风能 D.桥塔高度影响主缆拉力分布 （3）请通过以下简化模型计算出锚碇工参数：若某悬索桥（结构如文中所示）锚碇受到主缆水平方向的拉力为7.65×103kN，锚碇与地面间最大静摩擦力f=μN（其中μ=0.5，N为地面受到的压力），且最大静摩擦力达水平拉力的2倍及以上，才能保证桥梁安全，则锚碇对地面的压力至少应为 。 【答案】（1）它让每根钢丝承受相近的拉力，避免局部过载；（2）CD；（3）3.06×107。 【解答】解：（1）由材料可知，悬索桥的主缆设计成“悬链线”形状的原因是：它让每根钢丝承受相近的拉力，避免局部过载； （2）A、当台风来袭时，其柔性设计允许桥体适度摆动，通过变形消耗风能，避免因刚性抵抗导致结构损坏，故A错误； B、桥面重力过大，钢索的拉力越大，可能有断裂的危险，故B错误； C、桥面常设计波浪形护栏或导流板，将气流打散，减少风振影响，故C正确； D、桥塔将主缆高高托起，使其自然下垂成“悬链线”曲线：它让每根钢丝承受相近的拉力，但高度越高，主缆的拉力的力臂越大，拉力越小，故高度影响分布情况，故D正确； 故选：CD； （3）锚碇与地面间最大静摩擦力f=μN，则7.65×103×103N×2=0.5×F； 故F=3.06×107N。 故答案为：（1）它让每根钢丝承受相近的拉力，避免局部过载；（2）CD；（3）3.06×107。 【巩固训练】 1.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。 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 【答案】B 【解答】解：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，金字塔属于棱锥结构，是由多个三角形面组成的锥体，力主要通过棱边和底面传递，没有利用壳体结构那种曲面分散力的特点。 故选：B。 2.如图所示是一款折叠躺椅。下列关于该产品的结构分析中不正确的是（　　） A．精选优质连接件牢固耐用，主要考虑结构的安全性 B．折叠后空间立省一半，主要考虑环境的因素 C．增大椅脚的横截面积，主要考虑加强结构的稳定性 D．靠背展开后得到合适的角度，主要考虑人的因素 【答案】C 【解答】解：ABD、正确。 C、错误。结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力，它与结构的形状、使用的材料、构件之间的连接方式等因素有密切的关系。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，影响因素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。增大椅脚的横截面积加强结构的强度，稳定性与重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大。 故选：C。 3.如图所示为一款桌面摆放的相框，其保持稳定的主要原因是（　　） A．相框的重心位置比较低 B．相框的形状为三角形 C．相框与桌面的接触面积比较大 D．相框与桌面接触形成的支撑面积比较大 【答案】D 【解答】解：A、重心低确实有助于物体稳定，但对于桌面摆放的相框，其稳定主要不是因为重心位置低，该选项不符合题意。 B、相框本身形状不是三角形，且形状与它在桌面稳定的主要原因无关，该选项不符合题意。 C、接触面大有助于稳定，但这里相框是靠支架形成的支撑面稳定，不是单纯接触面大，该选项不符合题意。 D、相框与桌面接触形成的支撑面比较大，支撑面越大，物体越稳定，这是它保持稳定的主要原因，该选项符合题意。 故选：D。 4.如图是温州世纪广场上标志性建筑，划圈部分建筑的结构类型包括（　　） A．实体结构、框架结构 B．框架结构、壳体结构 C．实体结构、壳体结构 D．框架结构 【答案】B 【解答】解：观察图片，建筑的主体支撑部分呈现出梁、柱等构件组成的框架样式，属于框架结构；而局部（如放大的弧形部分）具有曲面形态，符合壳体结构的特点。 故选：B。 5.跳板跳水运动员站在跳板前端准备起跳，跳板受到的力有（　　） A．拉力、扭转力 B．压力、拉力 C．拉力、剪切力 D．压力、弯曲力 【答案】D 【解答】解：拉力：物体所承受的拉拽力；压力：挤压物体的力；剪切力：两个距离很近，大小相等，方向相反，且作用于同一物体上的平行的力；弯曲力：作用于物体，使它产生弯曲的力；扭转力：反方向向物体两端均匀施力，使物体发生扭转形变的力。跳板跳水运动员站在跳板前端准备起跳，跳板受到的力有压力、弯曲力。 故选：D。 6.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 【解答】解：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； 故选：A。 7.2024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 【解答】解：三角形具有稳定性，在建筑结构中，常常利用三角形的这一特性来增强结构的稳固性。桥面上的斜拉钢缆与桥面呈三角形结构，就是利用了三角形的稳定性，使大桥结构更加牢固，能够承受各种外力作用。而三角形的对称性、灵活性、全等性都不是此处利用的主要特性； 故选：B。 8.如图为某桥梁模型测试，其目的是验证（　　） A．美观性 B．结构强度 C．施工速度 D．材料成本 【答案】B 【解答】解：桥梁模型测试通常是通过模拟实际使用中的荷载等情况，来检验桥梁结构在受力时的承受能力，以此验证结构强度。美观性并非模型测试的核心目的；施工速度属于施工环节的考量，与模型测试关联不大；材料成本也不是通过该模型测试来验证的。  故选：B。 9.如图为某建筑外墙保温层示意图，其材料应具备的特性是（　　） A．高导热性 B．高密度 C．低导热性 D．高硬度 【答案】C 【解答】解：建筑外墙保温层是为了减小热传递而导致建筑内部温度明显，因而要热传递能量较弱，即低导热性。 故选：C。 10.如图为某建筑屋顶太阳能板，其设计体现了（　　） A．结构稳定性 B．能源可持续性 C．抗震性能 D．材料轻量化 【答案】B 【解答】解：A、结构稳定性主要涉及建筑整体或部分结构在各种荷载作用下保持稳定的能力，太阳能板的安装并非主要体现结构稳定性，A不符合题意。 B、通过在建筑屋顶安装太阳能板来利用太阳能，太阳能是可持续的能源，这一设计体现了能源可持续性，B符合题意。 C、抗震性能是指建筑在地震作用下抵抗破坏的能力，太阳能板的安装与抗震性能并无直接关联，C不符合题意。 D、材料轻量化侧重于使用质量较轻但性能满足要求的材料，题干中未突出体现太阳能板材料轻量化相关内容，D不符合题意。 故选：B。 11.如图为赵州桥示意图，其结构类型是（　　） A．梁桥 B．拱桥 C．悬索桥 D．斜拉桥 【答案】B 【解答】解：ACD、不符合题意。 B、符合题意。观察可知，赵州桥的桥身呈现拱形，其结构类型是拱桥，拱桥在受力时，拱脚会产生水平推力，能将荷载有效地传递到基础。 故选：B。 12.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   混凝土结构抗压性能强、耐久性高，适合承受较大压力； （2）钢结构； （3）剪力墙   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。 【解答】解：（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。 故答案为： （1）混凝土   混凝土结构抗压性能强、耐久性高，适合承受较大压力； （2）钢结构； （3）剪力墙   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。 13.如图所示为悬索桥的主要结构示意图。请回答下列问题： （1）悬索桥结构图中，序号③的名称是 ，是悬索桥的主要承重结构。 （2）桥的主梁是图中的序号 ，通过吊杆或吊索，即图中的序号 将桥的结构③和④连接起来。 （3）悬索桥的结构②承载着结构③产生的向下的力，结构②的名称是 。 【答案】（1）主缆； （2）⑤；⑥； （3）桥塔（或索塔）。 【解答】解：（1）悬索桥的主缆（序号③）是主要承重结构，通过自身的拉力传递桥面荷载； （2）图中序号⑤是主梁（承载桥面荷载的水平结构）；序号⑥是吊杆（或吊索），作用是将主缆（③）的拉力传递给主梁（⑤），实现荷载传递； （3）结构②是桥塔（索塔），作用是支撑主缆（③），将主缆的竖向荷载传递到基础，同时承受主缆的水平拉力。  故答案为： （1）主缆； （2）⑤；⑥； （3）桥塔（或索塔）。 14.在“桥梁模型的制作与探究”工程实践中，制作桥梁模型后需要依据标准对桥梁模型的长度、宽度、高度、自重、承重力等参数进行测量和评价。请写出承重力测试的方法并设计一份实验记录表。 【答案】首先观察弹簧测力计的量程和分度值，确保其量程能够覆盖模型重力的预估范围。然后将弹簧测力计竖直放置，检查指针是否指在零刻度线，若不在需进行调零。用弹簧测力计的挂钩勾住模型上合适的悬挂点（保证模型能稳定悬挂 ），缓缓将模型提起，使模型在空中保持静止状态。此时，弹簧测力计的示数即为模型所受的重力大小，读取示数并记录。 【解答】解：通常可使用弹簧测力计来测量模型的重力。具体操作如下：首先观察弹簧测力计的量程和分度值，确保其量程能够覆盖模型重力的预估范围。然后将弹簧测力计竖直放置，检查指针是否指在零刻度线，若不在需进行调零。用弹簧测力计的挂钩勾住模型上合适的悬挂点（保证模型能稳定悬挂 ），缓缓将模型提起，使模型在空中保持静止状态。此时，弹簧测力计的示数即为模型所受的重力大小，读取示数并记录。 实验记录表设计要全面、细致。 故答案为： 首先观察弹簧测力计的量程和分度值，确保其量程能够覆盖模型重力的预估范围。然后将弹簧测力计竖直放置，检查指针是否指在零刻度线，若不在需进行调零。用弹簧测力计的挂钩勾住模型上合适的悬挂点（保证模型能稳定悬挂 ），缓缓将模型提起，使模型在空中保持静止状态。此时，弹簧测力计的示数即为模型所受的重力大小，读取示数并记录。 / 学科网（北京）股份有限公司 $