(共28张PPT)
浙教版八年级上册
第1节 建筑结构与功能
第5章 建筑结构与工程
引入新课
各种事物都具有结构，小到如原子、细胞的结构、大到宇宙的结构等。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？
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
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一、建筑结构及其分类
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。
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，
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建筑结构的分类：
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。
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。
5.1-2所示是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。
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框架结构特点：
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。
应用：
广泛应用于房屋建造、桥梁工程、航空工业等。
使用的材料：
框架结构使用的材料可以是木材、金属、塑料等
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视频：框架结构
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2、壳体结构
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。
特点：
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。
壳体架构建筑有许多优点，如用料少、跨度大、坚固耐用等。
优点：
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视频：壳体结构
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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。
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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)作用，并将其传递到基座。
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。
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二、结构受力与形变
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。
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，以确定结构的稳定性、可靠性。
每个结构需要承受一定大小的力的作用。
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。
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1.如图5.1-5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5.1-5乙所示，观察橡胶棒因受拉力而产生的形变。
当物体受到向外拉伸的力作用时，物体会被拉伸
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3.用两手抓住橡胶棒两端，用力向内挤压，如图5.1-5丙所示，观察橡胶棒因受压力而产生的形变。
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丁所示，观察橡胶棒因中部受压力而产生的形变。
当物体受到向内挤压的力作用时，物体会被压缩，如图丙
当物体受到向下压的力时，物体会弯曲，如图丁
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实验表明，当物体受到不同的力作用时，会产生拉伸、压缩、弯曲等形变。通常情况，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。
1、横梁
应用：
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5.1-6甲所示的压力F 时，横梁的两端会受到支撑物对
它的支持力F 、F 的作用，横梁发生
弯曲，上部被压缩，下部被拉伸，如图
5.1-6乙所示。
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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。
运动员站的一端受到压力,固定的一端受到支持力 ，跳板会发生弯曲，上部被拉伸，下部被压缩。
2、跳板
F1
F2
拉伸
压缩
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3、三角形桁架
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5.1-7甲所示。当三角形桁架上部受到压力F 时，压力F 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5.1-7乙所示。
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4、弧形拱
如图5.1-8所示，当弧形拱受到向下压力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 。
有些建筑物采用弧形拱结构。
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请分析图5.1-9中石拱桥A、B、C、D四处石块的受力情况。
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。
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；
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三、建筑结构的功能
1、建筑结构的稳定性
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。
影响建筑结构稳定性的因素
建筑结构的重心高低和支撑面的大小
例如，上海东方明珠电视塔建造的底座支撑面大、整体重心低。
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1.把四根短木棒钉起来，形成一个长方形结构，在一个角上作用力F,如图5.1-11甲所示，观察长方形结构是否比较容易变成一个如图5.1-11乙所示的平行四边形结构。
2.把三根短木棒钉起来，形成一个三角形结构，在一个角上作用力F,如图5.1-11丙所示，观察三角形结构是否比较容易发生改变。
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四边形结构在力的作用下，很容易产生形状的改变；三角形结构在力的作用下，其结构保持不变。
现象：
三角形是所有几何形状中最坚固稳定的结构。因此，三角形结构的稳定性在生产和生活中得到广泛应用。
结论：
应用：
三角形结构屋顶、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。
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2、结构的强度
结构的强度是指结构抵抗外力作用的能力。
影响因素：
结构的强度与结构的形状、材料、连接方式等有密切的关系。
（1）结构的形状
三角形是框架结构中最基本的构造之一。如图5.1-13所示，人们在长方形或六边形等框架中，通常加入支撑杆件，构成多个三角形，这样可以大大增加结构的强度，
使结构承受更大的荷载。
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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、方形和圆形等，其承受力的大小也不一样。
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（2）结构的材料
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。
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材料。
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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。当然，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，反映出时代特征、文化内涵等。
图5.1-16为国家游泳中心，别名“水立方”,它用半透明外膜覆盖，其重仅为同尺寸玻璃的百分之一，如同一座隔热的温室，大约20%的太阳能被用来提高泳池和室内的温度，这些半透明外膜
使“水立方”白天光线充足。“水立方”是“绿色、
科技、人文”理念与建筑功能的融合。
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当堂检测
1.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)
C
当堂检测
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.横梁 B.弧形拱 C.三角形 D.实体结构
B
