5.1 建筑结构与功能-2025-2026学年八年级科学上册同步精讲精练（浙教版2024）

本讲义聚焦建筑结构与功能核心知识点，系统梳理结构的定义与分类（框架、壳体、实体结构）、受力与形变规律及结构的稳定性和强度等内容，通过概念解析、表格对比和实例辨析构建学习支架。 资料设计融入探究实践（如橡胶棒受力形变实验）和实际建筑案例（悉尼歌剧院、鸟巢），培养科学思维与科学观念，课中辅助教师教学，课后通过基础与强化训练帮助学生查漏补缺，提升知识应用能力。

第5章 建筑结构与工程 第1节 建筑结构与功能 ◆网络构建 ◆课本导学 一、建筑结构及其分类 二、结构受力与形变 三、建筑结构的功能 ◆解题突破 建筑的结构和功能 ◆基础训练 ◆强化训练 一、建筑结构及其分类 1.结构 （1）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。 （2）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。 （3）示例： 蜘蛛网的结构 C60的分子结构 中华艺术宫的结构 蜂巢的结构 水分子的结构 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 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 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馆、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 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 杭州钱塘江大桥是典型的框架结构桁架梁桥；国家大剧院采用了壳体结构屋顶；桥墩属于实体结构 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。 【例1】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 【答案】D 【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。 二、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，它能通过形变来抵抗力的作用。 结构受力与结构的材料和形状有关。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。 分析结构受力，能确定结构的稳定性、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 三角形桁架 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 弧形拱 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 【探索活动】 1.如图甲所示，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，如图乙所示，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，如图丙所示，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，如图丁所示，观察橡胶棒因中部受压而产生的形变。 跳板受力变形 三角形桁架 ◆教材<思考与讨论>（见教材第196页） 运动员站的一端受到压力F1，固定的一端受到支持力F2，跳板会发生弯曲，上部被拉伸，下部被压缩。 ◆教材<思考与讨论>（见教材第197页） 受力时拱桥受到挤压力，不产生向外的拉力，故能承载较大压力。 A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；B、C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； D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。 【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（ ） A.拱形 B.圆顶形 C.三角形 D.以上均不是 【答案】B 【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。 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。 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：四边形结构容易发生形变，三角形结构受力时结构保持不变，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。 在长方形或六边形等框架中构造多个三角形，使结构能承受更大荷载。 上海东方明珠电视塔建造的底座支撑面大、整体重心低 三角形结构屋顶 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<思考与讨论>（见教材第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。 【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（ ） 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） 【答案】C 【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。 【探索活动】 1.如图甲所示，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，观察到长方形结构比较容易变成如图乙所示的平形四边形结构。 2.如图丙所示，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，观察到三角形结构不容易发生形变。 “水立方”，它用半透明膜覆盖，使“水立方”白天光线充足 解题突破 ◆题型 建筑的结构和功能 【例】郑州绿地中心—千玺广场（俗称“大玉米楼”）坐落于郑东新区CBD核心区，以280m挺拔身姿成为中原第一高楼。这座超高层建筑，其创意源自中国现存最古老的砖塔——嵩岳寺塔，外立面通过24段渐收的弧形轮廓，形成宛如玉米穗的独特造型，金色玻璃幕墙在阳光下熠熠生辉。 建筑采用双层呼吸式幕墙系统，实现绿色节能，顶部“皇冠”造型夜间通过智能灯光演绎四季变换。其与如意湖交相辉映，环湖建筑群构成“如意”造型的城市意象，见证着郑州从铁路枢纽到国家中心城市的华丽蜕变，已成为中原经济区最璀璨的城市名片。 （1）建造“大玉米楼”时用到的主要建筑工具之一是____。 （2）“大玉米楼”从设计到建造，下列说法不正确的是____。 A.工程人员需要全面了解“大玉米楼”的建造需求 B.建造“大玉米楼”之前，设计师要先画出该建筑的设计图 C.设计师把建筑主体设计完成后，可以直接安排建造 （3）“大玉米楼”的建筑结构属于____。 A.框架结构 B.壳体结构 C.实体结构 D.空间网架结构 （4）下列材料，建造“大玉米楼”时主要使用的是____。 A.木材 B.钢材 C.石料 （5）从古至今，人类的房屋发生了怎样的变化？它们又有什么共同之处？请在横线上作答。________________________________________________________________。 【答案】（1）B （2）C （3）D （4）B （5）从古至今，人类房屋主要建筑材料、结构、功能外观和使用的工具都有了巨大的变化；共同之处是它们都是人们的栖息场所，都能帮人们遮风避雨。 【解析】（1）塔吊是建造“大玉米楼”时用到的主要建筑工具之一。 （2）“大玉米楼”从设计到建造的过程中，工程人员需要全面了解“大玉米楼”的建造需求，建造“大玉米楼”之前，设计师要先画出该建筑的设计图；设计师把建筑主体设计完成后，还需要进一步完善设计。 （3）“大玉米楼”建筑结构并不是典型的壳体结构，而是属于一种框架——核心筒结构或空间网架结构。这种结构通过竖向的钢筋混凝土柱和水平的梁、桁架等构件形成一个三维的空间框架，能够有效承受建筑的自重和外部荷载。 （4）“大玉米楼”属于现代建筑，建造“大玉米楼”时主要使用的材料是钢材。 【变式训练】仿生建筑源于自然又回归自然，每一类仿生建筑都别具一格。人处在其中，能够感受到大自然的气息。薄薄的鸡蛋壳之所以能承受较大的压力，是因为它能够把受到的压力分散到蛋壳的各个部分。这种“薄壳结构”虽然很薄，但非常耐压。壳体在外力作用下，内力都沿着整个表面扩散和分布的力学特征，在建筑工程中已得到广泛应用。 （1）请阅读材料，分析鸡蛋壳承重能力强的原因是________。 A.蛋壳里面有小鸡支撑，不易破裂 B.蛋壳本身就很坚硬 C.蛋壳能把受到的压力分散到蛋壳的各个部分 （2）拱形结构和蛋壳结构很相像，很多建筑物上都运用了拱形结构。隧道顶部采用的都是拱形结构，这主要是因为________。 A.拱形结构外观美观 B.拱形结构承重能力强 C.拱形结构显得空间大 （3）请你结合材料进行分析，下列说法中正确的是____________。 A.我们一只手可以轻轻松松地把鸡蛋捏碎 B.骑电动车一定要戴好头盔，头盔虽然看起来很薄，但是很坚固，能够很好地保护我们的头部 C.建筑工人施工时佩戴的安全帽由薄薄的塑料制成，一点都不安全 （4）大自然有很多神秘之处，科技将产生无限可能。你认为未来还将会出现什么样的仿生建筑呢？请写出来并指出其原理或功能。（示例：拱形结构建筑→蛋壳）____________ 【答案】（1）C （2）B （3）B （4）变色龙建筑——仿照变色龙生态特征，具有在不同的环境下呈现不同颜色的功能。 【解析】（1）薄薄的鸡蛋壳之所以能承受较大的压力，是因为它能够把受到的压力分散到蛋壳的各个部分。这种“薄壳结构”虽然很薄，但非常耐压。 （2）拱形承载重量时，能把压力向下、向外传递给相邻的部分，拱形各部分相互挤压，结合得更加紧密。拱形受压会产生一个向外推的力，抵住了这个力，拱就能承载很大的重量。拱形结构和蛋壳结构很相像，很多建筑物上都运用了拱形结构。隧道顶部采用的就是拱形结构，这主要是因为拱形结构承重能力强。 （3）我们不能用一只手轻轻松松地把鸡蛋握碎，因为鸡蛋能承受较大的压力，选项A说法错误。骑电动车一定要戴好头盔，头盔虽然看起来很薄，但是很坚固，能够很好地保护我们的头部，选项B说法正确。建筑工人施工时佩戴的安全帽由薄薄的塑料制成，很坚固，能够很好地保护我们的头部，很安全，选项C说法错误。 （4）仿生建筑一般模仿生物的独特结构。比如变色龙建筑——仿照变色龙生态特征，具有在不同的环境下呈现不同颜色的功能。 1.[2025浙江金华期末]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 【解析】国家游泳中心采用了空间钢架结构，然后用半透明外膜覆盖。所以选项D说法错误。故选D。 2.某班级在通用技术课上，进行了结构设计与制作比赛：用规定数量的木筷搭建规定高度的支撑架，看谁制作的支撑架能承受的压力最大，结果如图所示的结构获得了冠军，该结构获得冠军的主要原因是（ ） A.采用了木质的筷子 B.采用了三角形的结构 C.支撑面大 D.重心低 【答案】B 【解析】该支撑架获得冠军的核心原因是采用了三角形结构。三角形结构的特点是稳定性强，受力时不易发生形变，能有效分散压力，提升承重能力。木质材料、支撑面大、重心低均是辅助因素，并非主要原因，故B正确。 3.在结构设计中，一些结构形状只要稍加改变就可以大大提高强度。下列结构设计中，主要不是为了改变强度的是( ) A.电扇底座 B.蜂窝板 C.瓦楞板 D.加强筋设计 【答案】A 【解析】B.蜂窝板通过改变结构形状分散压力，增强强度。C.瓦楞板的褶皱结构提升抗弯曲能力，增强强度。D.加强筋设计通过增加局部厚度或改变形状，增强结构强度。A.电扇底座的设计主要是为了降低重心、扩大支撑面，提高稳定性，并非主要为了改变强度，故选择A。 4.小科用两块高度一样的木块和若干张相同的卡纸进行了如图所示的实验，两块木块的间距不变。下列分析不正确的是（ ） A.卡纸形变的情况虽然不同，但由于材料相同，所以结构的强度一样 B.通过该实验可以说明结构的形状影响结构的强度 C.由甲、乙两图比较可得拱形结构具有较强的抗形变能力 D.三个不同实验中，三张卡纸的主要受力形式是一样的 【答案】A 【解析】A.结构的强度与形状密切相关，甲、乙、丙三张卡纸形状不同，抗弯曲能力（强度）不同，拱形卡纸强度最强，A错误。 B.实验控制了材料、跨度等变量，仅改变形状，可说明结构形状影响强度，B正确。 C.甲为平板、乙为拱形，对比可知拱形抗形变能力更强，C正确。 D.三张卡纸均主要承受弯曲力，受力形式一致，D正确。 5.某公司为手机用户搭建了通讯塔，通讯塔通常需要搭建很高才能发挥作用，但花费的材料却很少。 （1）通讯塔是一种______结构，这种结构可以建得很高。 （2）通讯塔还使用了______形结构加强它的稳定性。同时该通讯塔还有上____下____、上____下____的特点。 【答案】（1）框架（2）三角；小；大；轻；重 【解析】（1）通讯塔为骨架式结构，由梁、柱等杆件组成，属于框架结构，框架结构可建得很高且节省材料。 （2）三角形结构具有稳定性，通讯塔通过三角形结构增强整体稳固性；同时，通讯塔设计为“上小下大、上轻下重”，可降低重心，进一步提高稳定性。 6.拱形结构能把受到的压力均匀地分散开，请用图示法表示拱形结构的受力情况。 【答案】如图所示 【解析】拱形结构的受力特点是：竖直向下的压力会被分解为向下和向两侧的分力，两侧的分力由基座的反作用力抵消。画图时需标注：竖直向下的压力F，以及沿拱形曲面指向两侧的分力F1、F2，基座对拱形的水平支持力F3、F4（与F1、F2方向相反）。 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】如题图所示的榕山长江大桥桥面上的斜拉钢缆与桥面呈三角形结构，这是利用了三角形具有稳定性，故只有B选项正确，故选B。 2.[2025江苏淮安期末]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】（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，故选B。 （2）鸡蛋壳属于壳体结构，握在手中不易损坏，故选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，故选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。故选C。 3.引江济淮工程是一项以城乡供水和发展江淮航运为主，结合灌溉补水和改善巢湖及淮河水生态环境为主要任务的大型跨流域调水工程，在安徽段要建设116座桥梁。同学们想用纸造一座“桥”，他们先探究纸梁抗弯曲能力与纸梁的宽窄、厚薄之间的关系。同学们把纸横梁两端垫起一定高度，以纸梁受压弯曲到接触桌面作为弯曲的标准，用承载垫圈的个数表示纸梁的抗弯曲能力。 第一组实验记录： 纸梁的宽度（以最窄的为标准） 1倍宽 2倍宽 4倍宽 抗弯曲能力大小 3个 6个 12个 第二组实验记录： 纸梁的厚度（以粘在一起的张数计算） 1倍厚 2倍厚 4倍厚 抗弯曲能力大小 3个 9个 27个 根据以上表格数据，解答以下问题： （1）第一组实验记录是探究纸梁的______（填“宽度”或“厚度”）与抗弯曲能力的测试记录。第二组实验记录是探究纸梁的______（填“宽度”或“厚度”）与抗弯曲能力的测试记录。 （2）分析以上两组实验记录，我们可以得出结论：增加纸梁宽度和厚度都能增加其抗弯曲能力，但增加______效果更好。 （3）根据实验推断，8倍厚的纸梁比8倍宽的纸梁承载垫圈的个数______（填字母） A.更多 B.更少 （4）小科在完成前面的实验后，想继续研究改变纸梁的形状能否增加其抗弯曲能力时，他收集到的数据如下表所示。根据数据我们可以得出结论：__________________________。 纸梁的形状 承载垫圈的数量 第一次 第二次 第三次 一字形 6个 5个 5个 拱形 9个 8个 9个 【答案】（1）宽度；厚度（2）厚度（3）A（4）改变纸梁的形状能增强其抗弯曲能力（或拱形纸梁的抗弯曲能力比一字形强） 【解析】（1）第一组实验变量为纸梁宽度，其余条件不变，探究宽度与抗弯曲能力的关系；第二组实验变量为纸梁厚度，探究厚度与抗弯曲能力的关系。 （2）数据对比：宽度从1倍增加到4倍，抗弯曲能力从3个增加到12个（增加3倍）；厚度从1倍增加到4倍，抗弯曲能力从3个增加到27个（增加8倍），说明增加厚度的效果更显著。 （3）根据实验规律，厚度对於抗弯曲能力的影响大于宽度，因此8倍厚的纸梁承载垫圈个数更多，选择A。 （4）对比一字形和拱形纸梁的承载数据，拱形承载能力更强，说明形状改变能提升抗弯曲能力。 2 / 16 学科网（北京）股份有限公司 $ 第5章 建筑结构与工程 第1节 建筑结构与功能 ◆网络构建 ◆课本导学 一、建筑结构及其分类 二、结构受力与形变 三、建筑结构的功能 ◆解题突破 建筑的结构和功能 ◆基础训练 ◆强化训练 一、建筑结构及其分类 1.结构 （1）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。 （2）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。 （3）示例： 蜘蛛网的结构 C60的分子结构 中华艺术宫的结构 蜂巢的结构 水分子的结构 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 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 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馆、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 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 杭州钱塘江大桥是典型的框架结构桁架梁桥；国家大剧院采用了壳体结构屋顶；桥墩属于实体结构 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。 【例1】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 二、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，它能通过形变来抵抗力的作用。 结构受力与结构的材料和形状有关。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。 分析结构受力，能确定结构的稳定性、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 三角形桁架 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 弧形拱 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 【探索活动】 1.如图甲所示，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，如图乙所示，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，如图丙所示，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，如图丁所示，观察橡胶棒因中部受压而产生的形变。 跳板受力变形 三角形桁架 ◆教材<思考与讨论>（见教材第196页） 运动员站的一端受到压力F1，固定的一端受到支持力F2，跳板会发生弯曲，上部被拉伸，下部被压缩。 ◆教材<思考与讨论>（见教材第197页） 受力时拱桥受到挤压力，不产生向外的拉力，故能承载较大压力。 A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；B、C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； D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。 【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（ ） A.拱形 B.圆顶形 C.三角形 D.以上均不是 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。 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：四边形结构容易发生形变，三角形结构受力时结构保持不变，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。 在长方形或六边形等框架中构造多个三角形，使结构能承受更大荷载。 上海东方明珠电视塔建造的底座支撑面大、整体重心低 三角形结构屋顶 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<思考与讨论>（见教材第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。 【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（ ） 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） 【探索活动】 1.如图甲所示，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，观察到长方形结构比较容易变成如图乙所示的平形四边形结构。 2.如图丙所示，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，观察到三角形结构不容易发生形变。 “水立方”，它用半透明膜覆盖，使“水立方”白天光线充足 解题突破 ◆题型 建筑的结构和功能 【例】郑州绿地中心—千玺广场（俗称“大玉米楼”）坐落于郑东新区CBD核心区，以280m挺拔身姿成为中原第一高楼。这座超高层建筑，其创意源自中国现存最古老的砖塔——嵩岳寺塔，外立面通过24段渐收的弧形轮廓，形成宛如玉米穗的独特造型，金色玻璃幕墙在阳光下熠熠生辉。 建筑采用双层呼吸式幕墙系统，实现绿色节能，顶部“皇冠”造型夜间通过智能灯光演绎四季变换。其与如意湖交相辉映，环湖建筑群构成“如意”造型的城市意象，见证着郑州从铁路枢纽到国家中心城市的华丽蜕变，已成为中原经济区最璀璨的城市名片。 （1）建造“大玉米楼”时用到的主要建筑工具之一是____。 （2）“大玉米楼”从设计到建造，下列说法不正确的是____。 A.工程人员需要全面了解“大玉米楼”的建造需求 B.建造“大玉米楼”之前，设计师要先画出该建筑的设计图 C.设计师把建筑主体设计完成后，可以直接安排建造 （3）“大玉米楼”的建筑结构属于____。 A.框架结构 B.壳体结构 C.实体结构 D.空间网架结构 （4）下列材料，建造“大玉米楼”时主要使用的是____。 A.木材 B.钢材 C.石料 （5）从古至今，人类的房屋发生了怎样的变化？它们又有什么共同之处？请在横线上作答。________________________________________________________________。 【变式训练】仿生建筑源于自然又回归自然，每一类仿生建筑都别具一格。人处在其中，能够感受到大自然的气息。薄薄的鸡蛋壳之所以能承受较大的压力，是因为它能够把受到的压力分散到蛋壳的各个部分。这种“薄壳结构”虽然很薄，但非常耐压。壳体在外力作用下，内力都沿着整个表面扩散和分布的力学特征，在建筑工程中已得到广泛应用。 （1）请阅读材料，分析鸡蛋壳承重能力强的原因是________。 A.蛋壳里面有小鸡支撑，不易破裂 B.蛋壳本身就很坚硬 C.蛋壳能把受到的压力分散到蛋壳的各个部分 （2）拱形结构和蛋壳结构很相像，很多建筑物上都运用了拱形结构。隧道顶部采用的都是拱形结构，这主要是因为________。 A.拱形结构外观美观 B.拱形结构承重能力强 C.拱形结构显得空间大 （3）请你结合材料进行分析，下列说法中正确的是____________。 A.我们一只手可以轻轻松松地把鸡蛋捏碎 B.骑电动车一定要戴好头盔，头盔虽然看起来很薄，但是很坚固，能够很好地保护我们的头部 C.建筑工人施工时佩戴的安全帽由薄薄的塑料制成，一点都不安全 （4）大自然有很多神秘之处，科技将产生无限可能。你认为未来还将会出现什么样的仿生建筑呢？请写出来并指出其原理或功能。（示例：拱形结构建筑→蛋壳）____________ 1.[2025浙江金华期末]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 2.某班级在通用技术课上，进行了结构设计与制作比赛：用规定数量的木筷搭建规定高度的支撑架，看谁制作的支撑架能承受的压力最大，结果如图所示的结构获得了冠军，该结构获得冠军的主要原因是（ ） A.采用了木质的筷子 B.采用了三角形的结构 C.支撑面大 D.重心低 3.在结构设计中，一些结构形状只要稍加改变就可以大大提高强度。下列结构设计中，主要不是为了改变强度的是( ) A.电扇底座 B.蜂窝板 C.瓦楞板 D.加强筋设计 4.小科用两块高度一样的木块和若干张相同的卡纸进行了如图所示的实验，两块木块的间距不变。下列分析不正确的是（ ） A.卡纸形变的情况虽然不同，但由于材料相同，所以结构的强度一样 B.通过该实验可以说明结构的形状影响结构的强度 C.由甲、乙两图比较可得拱形结构具有较强的抗形变能力 D.三个不同实验中，三张卡纸的主要受力形式是一样的 5.某公司为手机用户搭建了通讯塔，通讯塔通常需要搭建很高才能发挥作用，但花费的材料却很少。 （1）通讯塔是一种______结构，这种结构可以建得很高。 （2）通讯塔还使用了______形结构加强它的稳定性。同时该通讯塔还有上____下____、上____下____的特点。 6.拱形结构能把受到的压力均匀地分散开，请用图示法表示拱形结构的受力情况。 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 2.[2025江苏淮安期末]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. 3.引江济淮工程是一项以城乡供水和发展江淮航运为主，结合灌溉补水和改善巢湖及淮河水生态环境为主要任务的大型跨流域调水工程，在安徽段要建设116座桥梁。同学们想用纸造一座“桥”，他们先探究纸梁抗弯曲能力与纸梁的宽窄、厚薄之间的关系。同学们把纸横梁两端垫起一定高度，以纸梁受压弯曲到接触桌面作为弯曲的标准，用承载垫圈的个数表示纸梁的抗弯曲能力。 第一组实验记录： 纸梁的宽度（以最窄的为标准） 1倍宽 2倍宽 4倍宽 抗弯曲能力大小 3个 6个 12个 第二组实验记录： 纸梁的厚度（以粘在一起的张数计算） 1倍厚 2倍厚 4倍厚 抗弯曲能力大小 3个 9个 27个 根据以上表格数据，解答以下问题： （1）第一组实验记录是探究纸梁的______（填“宽度”或“厚度”）与抗弯曲能力的测试记录。第二组实验记录是探究纸梁的______（填“宽度”或“厚度”）与抗弯曲能力的测试记录。 （2）分析以上两组实验记录，我们可以得出结论：增加纸梁宽度和厚度都能增加其抗弯曲能力，但增加______效果更好。 （3）根据实验推断，8倍厚的纸梁比8倍宽的纸梁承载垫圈的个数______（填字母） A.更多 B.更少 （4）小科在完成前面的实验后，想继续研究改变纸梁的形状能否增加其抗弯曲能力时，他收集到的数据如下表所示。根据数据我们可以得出结论：__________________________。 纸梁的形状 承载垫圈的数量 第一次 第二次 第三次 一字形 6个 5个 5个 拱形 9个 8个 9个 12 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $