第五章期末复习专项07建筑结构与工程-2025-2026学年浙教版科学八年级上册

第7讲 建筑结构与工程 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。 2．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。 3．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。 4．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。 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 【答案】C 【解答】解：A、脚骨数量多不是能承受较大重量的主要原因，数量多不一定意味着受力合理、能分散力，A不符合题意。 B、脚部肌肉发达是辅助支撑的因素，但不是核心的结构力学原因，B不符合题意。 C、脚骨能组成类似壳体的结构，就像材料中提到的壳体结构一样，能把身体的重量均匀分散在脚骨的各个部分，使脚骨单位面积承受的力不大，从而能承受较大重量，C符合题意。 D、脚骨比钢铁坚硬不符合实际，且坚硬程度不是能承受较大重量的关键结构原因，关键是受力的分散，D不符合题意。 故选：C。 5．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 【解答】解：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； 6．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 【解答】解：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。 7．下列建筑中属于壳体结构的是（　　） A．钱塘江大桥 B．埃及金字塔 C．国家大剧院屋顶 D．古城墙 【答案】C 【解答】解：A．钱塘江大桥属于框架结构，主要由梁、柱等构件组成，不是壳体结构；故A错误； B．埃及金字塔属于实体结构，是实心的砖石结构，并非壳体结构；故B错误； C．国家大剧院屋顶是典型的壳体结构，壳体结构具有曲面形态，能有效分散外力，符合其特点；故C正确； D．古城墙属于实体结构，是实心的墙体结构，不属于壳体结构，故D错误； 8．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； 9．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 10．壳体结构通过曲面板材承载，能够承受较大的压力，壳体结构的优点是能够承受较大的荷载，且能够提供较大的无柱空间。下列著名建筑中，不属于壳体结构的是（　　） A． B． 悉尼歌剧院 国家游泳中心“水立方” C． D．北京天坛 国家大剧院 【答案】A 11．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。 12．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。 13．拱形结构作为一种传统的桥梁结构现如今仍在持续使，以下关于拱形结构说法错误的是（　　） A．拱形桥用压缩代替弯曲，改善受力状态，提高承载能力 B．与钢筋桥梁相比，拱形桥跨度更大，更坚固 C．与钢筋桥梁相比，拱形桥养护费用少，节省大量钢筋水泥 D．拱形桥把受到的压力分解成向下向外的分散力，提高承重 【答案】B 【解答】解：ACD、正确。 B、有误。拱形桥用压缩代替弯曲，改善受力 状态，提高承载能力；拱桥的跨度较小，拱桥的承重力更强一些；拱形桥养护费用少，节省大量钢筋水泥，拱形桥把受到的压力分解成向下向外的分散力。 14．斜拉桥的荷载通过缆索传至索塔，再通过索塔传至桥的基座。如图所示，从左到右四根缆索，对主梁的支承效果最好的是（　　） A．第1根 B．第2根 C．第3根 D．第4根 【答案】C 【解答】解：A、第1根拉索与桥身的夹角较小，将拉索的拉力分解为竖直向上和水平方向的分力时，竖直向上的分力相对较小，对桥的支承效果相对较弱，A不符合题意。 B、第2根拉索与桥身的夹角也不是很大，其拉力分解后竖直向上的分力不是最大的，对桥的支承效果不是最好的，B不符合题意。 C、第3根拉索与桥身的夹角较大，将其拉力分解为竖直向上和水平方向的分力时，竖直向上的分力相对较大，对桥的支承效果较好，C符合题意。 D、第4根拉索与桥身的夹角较小，拉力分解后竖直向上的分力较小，对桥的支承效果相对较弱，D不符合题意。 15．近几十年来，我国的基础建设一骑绝尘，被人们乐称为“基建狂魔”，桥梁的建造是一个国家和地区基础建设的重要内容之一。学习了“桥梁的结构与制作”后，你认为下列说法中，正确的是（　　） A．桥梁有梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等，其分类依据主要是桥梁外观形状 B．桥梁的荷载只包括桥梁承载的车辆与行人的重量 C．桥的主梁在荷载作用下，上、下两侧均发生拉伸形变 D．析架的横杆、竖杆、斜杆三种杆件中，对析架的稳定性起决定作用的是斜杆 【答案】D 【解答】解：A、桥梁有梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等，其分类依据主要是桥梁的受力方式，而非外观形状，A错误。 B、桥梁的荷载不仅包括桥梁承载的车辆与行人的重量，还包括桥梁自身的重量、风力等其他荷载，B错误。 C、桥在主要荷载作用下，不同类型的桥受力和形变情况不同，并非上、下两侧均发生拉伸形变，C错误。 D、在框架的横杆、竖杆、斜杆三种杆件中，斜杆对框架的稳定性起决定作用，D正确。 16．天下闻名的赵州桥是世界上现存最早、保存最好的单孔石拱桥，距今已有1400多年的历史，被誉为“华北四宝之一”。下面不是从技术角度对赵州桥进行评价的是（　　） A．主拱券两端各有两个小拱，称敞肩型石拱桥，是世界造桥史的一个创新 B．主拱券两端的两个小拱，既节省材料，又减少桥身自重，还增加了桥的泄洪能力 C．赵州桥是由28道独立拱券组成的单孔弧形大桥 D．赵州桥顶部塑造的吸水兽，寄托了人们祝福大桥不受水害、长存无疆的良好愿望 【答案】D 【解答】解：ABC、不符合题意。 D、符合题意。赵州桥顶部塑造的吸水兽，寄托了人们祝福大桥不受水害、长存无疆的良好愿望，这个评价是从文化的角度来评价赵州桥的而不是技术角度。 17．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。 18．下列关于结构描述不正确的是（　　） A．实体结构的受力特点是外力分布在整个体积中 B．安全帽采用的是壳体结构 C．框架结构支撑空间而不充满空间 D．自行车是实体结构 【答案】D 【解答】解：A．实体结构是实心的，外力会分布在整个体积中，故A正确； B．安全帽的形状符合壳体结构的特点，采用壳体结构能更好地分散外力，保护头部，故B正确； C．框架结构是由梁、柱等构件连接而成，起到支撑空间的作用，本身不充满空间，故C正确； D．自行车是由多个部件（如车架、车轮等）组成的框架结构，不是实体结构，故D错误。 19．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 【解答】解：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。 20．如图所示，预制板是20世纪早期建筑当中用的楼板，属建筑工程模件或板块。因为是在预制场生产加工成型的混凝土预制件，直接运到施工现场进行安装，所以叫预制板。预制板在建筑上的用处很多，如公路旁边的水沟上盖住的水泥板、房顶上做隔热层的水泥板都是预制板。下列说法中，不正确的是（　　） A．预制板如建筑积木，减少了现场施工时间，提高了施工效率 B．用预制板建造的房子比框架结构、剪力墙结构的房子的抗震能力差 C．预制板常做成空心，可节省材料、减轻质量，但隔音、隔热效果不佳 D．为提升抗弯曲能力，设计生产时一般在预制板的上侧增加钢筋的数量 【答案】D 【解答】解：A、预制板在预制场加工好后直接运到现场安装，就像建筑积木一样，这样大大减少了现场施工的时间，提高了施工效率，A正确。 B、预制板连接相对不够紧密，与框架结构、剪力墙结构相比，其整体性较差，所以抗震能力相对较弱，B正确。 C、预制板做成空心，能够节省材料，减轻自身质量，但是这种结构使得其隔音、隔热效果不太好，C正确。 D、预制板在承受压力时，下侧受到拉伸，上侧受到挤压，为了提高抗弯曲能力，设计生产时一般在预制板的下侧增加钢筋的数量，因为钢筋的抗拉能力强，而不是上侧，D错误。 21．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。 22．如图所示为杭州的西兴大桥，又称钱江三桥，是连接杭州老城区与滨江、萧山两区及萧山国际机场的重要通道之一，是一座跨钱塘江的斜拉桥。斜拉桥的索塔一般都建造得很高，多根缆索的一端固定在索塔上，每根缆索的另一端拉着桥的主梁。 （1）与悬索桥相比，斜拉桥的突出优点是　 　 。 （2）斜拉桥的索塔一般都建造得很高的好处是　 　 。 （3）索塔的高度并不是无限增加的，因为其高度受到诸多因素影响，请写出索塔建造高度的影响因素：　 　 （写出两方面因素即可）。 【答案】（1）结构刚度大或抗风稳定性好、变形小等（合理即可）； （2）增大拉索与水平面的夹角，减小拉索的拉力或减小主梁所受水平力、减小主梁弯矩等（合理即可）； （3）地质条件或材料强度、风荷载、施工技术、经济性等（任选两个即可）。 【解答】解：（1）斜拉桥的拉索直接连接索塔与主梁，对主梁的支撑更直接，整体结构刚度大于悬索桥（悬索桥主缆柔性大，变形相对明显），因此斜拉桥抗风稳定性更优，主梁变形更小； （2）索塔越高，拉索与水平面的倾斜角越大；根据力的分解，拉索拉力可分解为竖直分力（承担主梁竖向荷载）和水平分力（对主梁的水平作用）；倾斜角越大，竖直分力占比越大、水平分力越小，从而降低拉索的张力需求或减小对主梁的水平作用，优化结构受力； （3）以“地质条件”为例：索塔的基础依赖地基承载，若地基承载力不足，无法支撑过高索塔（否则易发生沉降、倾斜）；以“风荷载”为例：索塔越高，受风面积越大，风力作用越强，需控制高度以保证抗风稳定性（避免风致振动、倒塌风险）；其他如“材料强度”（索塔材料的强度限制高度，过高会因自重导致应力超限）、“施工技术”（超高索塔施工难度大，受现有技术限制）、“经济性”（高度增加会大幅提升造价，需权衡成本）等，均为影响因素。 23．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”）。 【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。 24．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）3.06×107N。 【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。 25．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）正六边形； （2）以最少的材料获得最大的空间且稳定性好； （3）建筑物墙体采用该材料用于隔音隔热；汽车保险杠采用该材料用于缓冲吸能（合理即可）。 【解答】解：（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）在生活中，比如一些建筑物的墙体采用具有蜂窝结构的新型材料，可以起到很好的隔音和隔热效果，能降低外界噪音对室内的干扰，同时减少室内外热量的交换，起到节能的作用；汽车的保险杠部分使用这种材料，能够在发生碰撞时起到缓冲吸能的作用，减少对车辆和人员的伤害。 声明：试题解析著作权属所有，未经书面同意，不得复制发布日期：2025/12/9 19:56:39；用户：校本题库服务；邮箱：minyou@qq.com；学号：60653477 46 / 46 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第7讲 建筑结构与工程 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 2．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． 3．以下对纸桥抗弯能力的测试方式中，不合理的是（　　） A． B． C． D． 4．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。 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 5．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． 6．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 7．下列建筑中属于壳体结构的是（　　） A．钱塘江大桥 B．埃及金字塔 C．国家大剧院屋顶 D．古城墙 8．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 9．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 10．壳体结构通过曲面板材承载，能够承受较大的压力，壳体结构的优点是能够承受较大的荷载，且能够提供较大的无柱空间。下列著名建筑中，不属于壳体结构的是（　　） A． B． 悉尼歌剧院 国家游泳中心“水立方” C． D．北京天坛 国家大剧院 11．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 12．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 13．拱形结构作为一种传统的桥梁结构现如今仍在持续使，以下关于拱形结构说法错误的是（　　） A．拱形桥用压缩代替弯曲，改善受力状态，提高承载能力 B．与钢筋桥梁相比，拱形桥跨度更大，更坚固 C．与钢筋桥梁相比，拱形桥养护费用少，节省大量钢筋水泥 D．拱形桥把受到的压力分解成向下向外的分散力，提高承重 14．斜拉桥的荷载通过缆索传至索塔，再通过索塔传至桥的基座。如图所示，从左到右四根缆索，对主梁的支承效果最好的是（　　） A．第1根 B．第2根 C．第3根 D．第4根 15．近几十年来，我国的基础建设一骑绝尘，被人们乐称为“基建狂魔”，桥梁的建造是一个国家和地区基础建设的重要内容之一。学习了“桥梁的结构与制作”后，你认为下列说法中，正确的是（　　） A．桥梁有梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等，其分类依据主要是桥梁外观形状 B．桥梁的荷载只包括桥梁承载的车辆与行人的重量 C．桥的主梁在荷载作用下，上、下两侧均发生拉伸形变 D．析架的横杆、竖杆、斜杆三种杆件中，对析架的稳定性起决定作用的是斜杆 16．天下闻名的赵州桥是世界上现存最早、保存最好的单孔石拱桥，距今已有1400多年的历史，被誉为“华北四宝之一”。下面不是从技术角度对赵州桥进行评价的是（　　） A．主拱券两端各有两个小拱，称敞肩型石拱桥，是世界造桥史的一个创新 B．主拱券两端的两个小拱，既节省材料，又减少桥身自重，还增加了桥的泄洪能力 C．赵州桥是由28道独立拱券组成的单孔弧形大桥 D．赵州桥顶部塑造的吸水兽，寄托了人们祝福大桥不受水害、长存无疆的良好愿望 17．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 18．下列关于结构描述不正确的是（　　） A．实体结构的受力特点是外力分布在整个体积中 B．安全帽采用的是壳体结构 C．框架结构支撑空间而不充满空间 D．自行车是实体结构 19．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 20．如图所示，预制板是20世纪早期建筑当中用的楼板，属建筑工程模件或板块。因为是在预制场生产加工成型的混凝土预制件，直接运到施工现场进行安装，所以叫预制板。预制板在建筑上的用处很多，如公路旁边的水沟上盖住的水泥板、房顶上做隔热层的水泥板都是预制板。下列说法中，不正确的是（　　） A．预制板如建筑积木，减少了现场施工时间，提高了施工效率 B．用预制板建造的房子比框架结构、剪力墙结构的房子的抗震能力差 C．预制板常做成空心，可节省材料、减轻质量，但隔音、隔热效果不佳 D．为提升抗弯曲能力，设计生产时一般在预制板的上侧增加钢筋的数量 21．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　 　 。 22．如图所示为杭州的西兴大桥，又称钱江三桥，是连接杭州老城区与滨江、萧山两区及萧山国际机场的重要通道之一，是一座跨钱塘江的斜拉桥。斜拉桥的索塔一般都建造得很高，多根缆索的一端固定在索塔上，每根缆索的另一端拉着桥的主梁。 （1）与悬索桥相比，斜拉桥的突出优点是　 　 。 （2）斜拉桥的索塔一般都建造得很高的好处是　 　 。 （3）索塔的高度并不是无限增加的，因为其高度受到诸多因素影响，请写出索塔建造高度的影响因素：　 　 （写出两方面因素即可）。 23．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”）。 24．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　 　 。 25．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：　 　 。 声明：试题解析著作权属所有，未经书面同意，不得复制发布日期：2025/12/9 19:56:39；用户：校本题库服务；邮箱：minyou@qq.com；学号：60653477 46 / 46 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $