5.1 建筑结构与功能 课件 2025-2026学年浙教版科学八年级上册

该初中科学课件聚焦建筑结构与工程，核心知识点涵盖结构定义、框架/壳体/实体结构分类、受力形变及功能关系。课堂导入从原子、细胞等自然结构切入，引导思考结构影响因素，搭建从已知到未知的学习支架。 其亮点在于通过橡胶棒拉伸挤压实验等探究活动培养科学思维与探究实践，结合钱塘江大桥、国家大剧院等实例强化科学观念。课堂练习与总结助学生理解结构功能关系，提升学生观察分析能力，为教师提供系统教学支架与分层作业设计。

（浙教版）八年级 上 5.1 建筑结构与功能 第5章 建筑结构与工程 01 学习目标 内容总览 02 新知导入 03 探究新知 04 课堂练习 05 课堂总结 06 分层作业 学习目标 科学观念：了解建筑结构及其类型；了解结构受力与形变情况；了解建筑结构与功能相适应； 科学思维：对不同结构进行受力分析，认识不同结构与其功能相适应； 探究实践：通过观察、比较、分析等活动，培养学生的观察能力和逻辑思维能力；引导设计与制作培养学生的动手能力和实践创新能力； 态度责任：感受结构在生活中的广泛应用，激发学生对建筑物结构的探究兴趣，培养认真观察、积极思考的科学态度。 新知导入 各种事物都具有结构，如原子的结构、细胞的结构、人体的结构、建筑物的结构、宇宙的结构等。在工程上，为了实现特定的功能，需要设计并制造具有独特结构的装置。 我们如何认识结构及其影响因素？如何进行简单的结构设计？ 探究新知 建筑都有结构，如房屋的结构、桥梁的结构、塔的结构等。建筑结构展示了人类的智慧和创造力，带来了美的享受。 那么，建筑结构有什么特点？这样的结构对其功能的实现有什么独特的价值？ 探究新知 一、建筑结构及其分类 1、结构： 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。 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。 探究新知 2、建筑结构： 建筑结构是由板、梁、柱、墙、基础等建筑构件形成的具有一定空间功能，并能安全承受建筑物各种正常荷载作用的骨架结构。 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。 框架结构 壳体结构 实体结构 （1）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。如，我国自行设计和建造的第一座铁路、公路两用双层桥……钱塘江大桥，它是典型的框架结构桁架梁桥。 （点击图片播放） 探究新知 探究新知 （2）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。 壳体架构建筑有许多优点，如用料少、 跨度大、坚固耐用等。如，国家大剧院就 是采用壳体结构屋顶，大大减轻了屋顶所 受的力，减少了场地中间的立柱数量。 探究新知 （3）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。 桥墩、房屋的基座、雕塑的基座、城墙 等都属于实体结构。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。 探究新知 3、建筑的各构件共同承载荷载： 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。 探究新知 二、结构受力与形变 1、结构受力： （1）结构受力的本质：从受力的角度看，结构是指能够承受一定力的架构，它能通过形变来抵抗力的作用。 （2）影响结构承受力大小的因素： ①形状因素：用相同材料制作的形状不同的结构；如三角形稳定性比相同材料的四边形好； ②材料因素：不同材料制作的形状相同的结构，能够承受力的大小是不同的。如钢材比木材能承受更大荷载。 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，以确定结构的稳固性、可靠性。 探索活动 1）如图5.1-5甲，取一根长20cm、 直径2cm的弹性橡胶棒，将橡胶棒当 作结构的构件。 2）用两手抓住橡胶棒两端，用力 向外拉伸，如图5.1-5乙，观察橡胶棒 因受拉而产生的形变。 3）用两手抓住橡胶棒两端，用力向内挤压，如图5.1-5丙，观察橡胶棒因受压而产生的形变。 4）将橡胶棒两端支起来，中间悬空，用力向下压橡胶棒的中部，如图5.1-5丁，观察橡胶棒因中部受压力而产生的形变。 变细变长 变粗变短 上部被压缩，下部被拉伸，中间部分向下弯曲 探究新知 2、构件的形变： 试验表明，当物体受到不同的力的作用时，会产生拉伸、压缩、弯曲等形变。 通常情况下，结构的构件可能会同时受到多个力的作用，此时，该构件会产生多种形式的形变。 探究新知 （1）横梁受力与形变情况： 横梁是建筑结构中经常出现的构件。 横梁呈水平放置，承受竖直方向的力的作用，产生形变。 当横梁中部受到如图甲的压力F1时， 横梁的两端会受到支撑物对它的支持力F2、F3的作用，横梁发生弯曲，上部被压缩，下部被拉伸，如图乙。 跳水的跳板用弹性材料做成，其一端固定，运动员站在另一端，跳板发生形变，产生弹力帮助运动员起跳。请分析跳板的形变情况。 思考讨论 F 运动员起跳时，用力向下踏跳板，对跳板有一个向下的作用力，跳板受压的一端向下弯曲形变。 探究新知 （2）三角形桁架受力与形变情况： 三角形桁架结构是由杆件连接成三角形的一种空间结构，如图甲所示。 当三角形桁架上部受到力F1时，力F1会通过杆件传递给整个桁架，此时，B、C杆件被压缩，A杆件被拉伸，虚线为形变后的情况，如图乙所示。 探究新知 （3）弧形拱结构的受力与形变： 有些建筑物采用弧形拱结构。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F1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F2、F3和水平方向的力F4、F5。 探究新知 三、建筑结构的功能 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）重心高低：重心越低，结构越稳定。一些底部较重、 上部较轻的建筑，在抵御外力时，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 东方明珠塔，基寒冰的鞍座增大了支撑而，能有效分散荷载， 增强结构在各种情况下的稳定性。 探索活动 （1）如图5.1-11甲，把四根短木棒钉起来，形成一个长方形结构，在一个角上施加作用力F，观察长方形结构是否比较容易变成如图5.1-11乙的平行四边形结构。 （2）如图5.1-11丙所示，把三根短木棒钉起来，形成一个三角形结 构，在一个角上施加作用力F，观察三角形结构是否比较容易发生形变。 不稳定，容易变成四边形。 比较稳定，不容易变形。 探究新知 3、三角形结构的应用与结构强度： （1）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；角形结构屋顶、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。 （2）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。 （3）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。 探究新知 4、框架构件的截面形状与承力关系： （1）承力差异原理： 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、环形和圆形等，其承受力的大小也不一样。这是由于不同截面形状的几何特性不同，导致力在构件内的分布和传递方式不同。 （2）常见截面形状： （抗弯强度大） （抗扭抗弯性好）（承受均匀拉、压力）（抗扭性强） 3、结构构件强度与材料： （1）材料对强度有影响：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。 （2）建筑结构与功能：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。如，国家游泳中心，“水立方”，半透明膜使 其兼顾隔热、利用太阳能、采光等功能，实现是 “绿色、科技、人文”理念与建筑功能的高度融合。 探究新知 科学阅读 课堂练习 1、福建土楼其墙体土石为主要材料，坚固且抗震，这种墙体结构属于（ ） A. 实体结构 B. 框架结构 C. 壳体结构 D. 以上都不是 A 课堂练习 2、如图是北京奥运会主会场“鸟巢”，那么“鸟巢”的主体建筑结构类型是（ ） A. 实体结构 B. 框架结构 C. 壳体结构 D. 以上都不是 B 课堂练习 3、建筑结构应满足的功能要求是（ ） 经济、适用、美观 B. 安全性、适用性、耐久性 C. 安全、舒适、经济 D. 可靠性、稳定性、耐久性 B 课堂练习 4、下列有关结构的说法中，正确的是（ ） A. 结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列 B. 结构广泛存在于世界各处，且全部都是由人设计和制造的 C. 从力学角度来看，结构是指可承受一切外力的架构形态 D. 电灯泡的结构类型属于实体结构 A 课堂练习 5、如图为钢筋混凝土横梁的受力变形示意图，由于混凝土擅长抗压力，而钢筋擅长抗拉力，为了合理利用钢筋，下列对横梁的分析中正确的是（ ） 上部弯曲的程度比下部大，应在上部布置粗钢筋， 下部布置细钢筋 B. 下都受弯曲，应在上部和下部布置相同的钢筋 C. 上部受压，下部受拉，应在上部布置细钢筋， 下部布置粗钢筋 D. 上部受拉，下部受压，应在上部布置粗钢筋， 下部布置细钢筋 C 6、如图为常见的钢筋混凝土“牛腿梁”结构，以下说法正确的是（ ） 虚线①位置主要受压，所以应布置细钢筋 B. 虚线②位置主要受拉，所以应布置粗钢筋 C. 该结构为壳体结构 D. 虚线①位置主要受拉，所以应布置粗钢筋 课堂练习 D 课堂总结 5.1 建筑结构与工程 1、建筑结构与功能： （1）结构：组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列。 （2）建筑结构分类：框架结构、壳体结构和实体结构 ①框架结构：刚性的杆作为梁和柱组成，规则分布、共同受力； 应用：房屋建造、桥梁工程、航空工业等。 ②壳体结构：若干块薄板组成的层状结构，外形曲面轮廓，受力分散； 优点：用料少、跨度大、坚固耐用； ③实体结构：自身整体受力的实心结构， 应用：桥墩、房屋的基座、雕塑的基座、城墙等； 2、不同材料、不同形状的结构能承受的力不同； 三角形是所有几何形状中最坚固、稳定的结构； 3、建筑的功能要求：安全性、适用性、耐久性； 结构决定功能，功能由结构来保障。 分层作业 1、复习本课时主要内容； 2、完成学案中的“课后练习”； 3、预习“桥梁的结构与制作”相关内容。 $这是一个框架结构的手工模型，来说说为什么农村建房首选框架结构。从这个框架结构的手工模型我们可以看出，框架结构的墙完全不承重，不管是外墙还是内墙，外墙只起维护和保温的作用，内墙只起分隔房间的作用，所以墙体你可以用不承重的泡沫砖或者保温砌块，当然也可以使用承重的多孔砖、红砖，其实就是用土坯也没问题。几十年后，你儿女可以重新调整布局和外观，不会影响主体结构，不用重新建房，宅地尺寸一般不会变，能保留主体框架，儿女未来翻建改造老房就省事多了。其次就是安全性，这也是框架结构的手工模型，可以看出梁板柱、屋顶、楼梯都是用钢筋混凝土现浇的，所以整体性非常好，整体性好，抗震就好，当然轻钢钢结构自重更轻，抗震性能可能更好。记住，框架结构是唯一具备可改造性的，同时比砖混安全性好比建筑墙造价低，比轻钢钢结构更耐久，所以农村建房首选框架结构。