浙教版八上科学 5.1 建筑的结构与工程（第2课时）课件

第5章建筑结构与工程

第1节

建筑结构与功能（浙教版）八年级上第2课时

建筑结构的功能【引入】

建筑结构（如右图东方明珠电视塔）展示了人类的智慧和创造力，带来了美的享受。那么,建筑结构的功能是如何体现呢？哪些因素会影响建筑结构的功能呢？

视频：建筑结构一、建筑结构的稳定性1.建筑结构稳定性的概念

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。

从受力平衡的角度进行分析稳定性。建筑钢结构的稳定性问题主要由以下几个方面的因素引发：纵向稳定性、横向稳定性、局部稳定性、板、壳的屈曲稳定性。2.影响建筑结构稳定性的因素

（1）建筑结构的重心高低

例如，上海东方明珠电视塔整体重心低。常见的塔式建筑采用下宽上窄的设计以降低重心。

（2）支撑面的大小

与地面接触的底面积越大，抗倾倒能力越强。例如，上海东方明珠电视塔建造的底座支撑面大。又如工字形底座或三脚架设计，房屋的地基面积大于地上建筑物占地面积等等。

（3）几何形状

结构的整体形态（如三角形、对称设计）直接影响其抗倾覆能力，例如金字塔的三角形结构具有天然稳定性。

【探索活动】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。

实验结果：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。

实验结论：三角形是所有几何形状中最坚固稳定的结构。

推广应用：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。

（4）‌材料性能‌材料的强度、刚度和耐久性决定了结构抵抗变形和破坏的能力，钢材比木材更适用于高层建筑。

综合考虑以上这些因素能更有效提高建筑结构的稳定性。

（二）建筑结构的强度1.概念：结构的强度是指结构抵抗外力作用的能力。2.影响因素：建筑结构的强度主要受结构的形状、材料、连接方式等因素影响，这些因素共同决定了结构抵抗外力破坏的能力

（1）结构的几何形状

结构的形状对强度有显著影响，包括外部形状和构件截面形状。

外部形状

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。

构件截面形状

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。

【思考与讨论】

图5.1-15是某建筑中使用的钢材，请画出所用钢材的截面图示，这样的截面有什么好处呢?

（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。钢材的截面图示：这种钢材称为角钢。

【拓展】工字钢（如图）截面形状能更有效地承受弯曲应力。

（2）材料

材料的物性（如抗拉强度）和显微结构（如气孔）是强度的基础。相同形状的不同材料制成的结构构件，其强度也不相同。

例如，钢材的强度通常高于木材，而混凝土的强度则受其组成和内部缺陷影响。在生产中，通常会根据用途选择合适材料。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。

（3）支撑面大小

支撑面的大小直接影响结构的稳定性。支撑面越大，结构越稳定，如三脚架比独脚架更稳。这一因素在整体稳定性中尤为重要。

（4）构件与连接方式

构件的连接方式（如焊接、铰接）和连接技术决定了连接处的强度。刚连接（如焊接）比铰连接（如合页）具有更高的连接强度，从而影响整个结构的强度‌。三、建筑结构的变化可能会使建筑的功能得以增强

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。【科学阅读】蜂窝结构P199【课堂小结】1.什么是建筑结构的稳定性？影响建筑结构稳定性有哪些因素？2.什么是建筑结构的强度？影响建筑结构强度有哪些因素？3.举例说明如何提高建筑结构稳定性和强度。【随堂巩固】【例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)【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。【例2】为了使一个不稳定的四边形框架变得稳定，最简便的方法是（

）A.增加四边形的边长B.在四边形的一个对角线上增加一根斜杆C.用更粗的材料制作D.把四边形变成五边形【答案】B【解析】增加对角线形成三角形，是最有效的稳定方法。【板书设计】第