第5章建筑結(jié)構(gòu)與工程

第1節(jié)

建筑結(jié)構(gòu)與功能（浙教版）八年級(jí)上第2課時(shí)

建筑結(jié)構(gòu)的功能【引入】

建筑結(jié)構(gòu)（如右圖東方明珠電視塔）展示了人類(lèi)的智慧和創(chuàng)造力，帶來(lái)了美的享受。那么,建筑結(jié)構(gòu)的功能是如何體現(xiàn)呢？哪些因素會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的功能呢？

視頻：建筑結(jié)構(gòu)一、建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性1.建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的概念

結(jié)構(gòu)在外力的作用下，維持其原有的平衡狀態(tài)的能力，叫作結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。建筑物需要良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是結(jié)構(gòu)的重要性質(zhì)之一。

從受力平衡的角度進(jìn)行分析穩(wěn)定性。建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題主要由以下幾個(gè)方面的因素引發(fā)：縱向穩(wěn)定性、橫向穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性、板、殼的屈曲穩(wěn)定性。2.影響建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素

（1）建筑結(jié)構(gòu)的重心高低

例如，上海東方明珠電視塔整體重心低。常見(jiàn)的塔式建筑采用下寬上窄的設(shè)計(jì)以降低重心。

（2）支撐面的大小

與地面接觸的底面積越大，抗傾倒能力越強(qiáng)。例如，上海東方明珠電視塔建造的底座支撐面大。又如工字形底座或三腳架設(shè)計(jì)，房屋的地基面積大于地上建筑物占地面積等等。

（3）幾何形狀

結(jié)構(gòu)的整體形態(tài)（如三角形、對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)）直接影響其抗傾覆能力，例如金字塔的三角形結(jié)構(gòu)具有天然穩(wěn)定性。

【探索活動(dòng)】1.把四根短木棒釘起來(lái)，形成一個(gè)長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，在一個(gè)角上作用力F,如圖5.1-11甲所示，觀察長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)是否比較容易變成一個(gè)如圖5.1-11乙所示的平行四邊形結(jié)構(gòu)。2.把三根短木棒釘起來(lái)，形成一個(gè)三角形結(jié)構(gòu)，在一個(gè)角上作用力F,如圖5.1-11丙所示，觀察三角形結(jié)構(gòu)是否比較容易發(fā)生改變。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：四邊形結(jié)構(gòu)在力的作用下，很容易產(chǎn)生形狀的改變；三角形結(jié)構(gòu)在力的作用下，其結(jié)構(gòu)保持不變。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：三角形是所有幾何形狀中最堅(jiān)固穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

推廣應(yīng)用：三角形結(jié)構(gòu)屋頂、三角形吊臂、三角形鋼架橋等都利用了三角形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（4）?材料性能?材料的強(qiáng)度、剛度和耐久性決定了結(jié)構(gòu)抵抗變形和破壞的能力，鋼材比木材更適用于高層建筑。

綜合考慮以上這些因素能更有效提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（二）建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度1.概念：結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是指結(jié)構(gòu)抵抗外力作用的能力。2.影響因素：建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度主要受結(jié)構(gòu)的形狀、材料、連接方式等因素影響，這些因素共同決定了結(jié)構(gòu)抵抗外力破壞的能力

（1）結(jié)構(gòu)的幾何形狀

結(jié)構(gòu)的形狀對(duì)強(qiáng)度有顯著影響，包括外部形狀和構(gòu)件截面形狀。

外部形狀

三角形是框架結(jié)構(gòu)中最基本的構(gòu)造之一。如圖5.1-13所示，人們?cè)陂L(zhǎng)方形或六邊形等框架中，通常加入支撐桿件，構(gòu)成多個(gè)三角形，這樣可以大大增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，使結(jié)構(gòu)承受更大的荷載。

構(gòu)件截面形狀

相同材料制成的框架構(gòu)件，采用的截面不同，如工字形、口字形、環(huán)形、方形和圓形等，其承受力的大小也不一樣。

【思考與討論】

圖5.1-15是某建筑中使用的鋼材，請(qǐng)畫(huà)出所用鋼材的截面圖示，這樣的截面有什么好處呢?

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：角鋼加工方便，適合多種連接方式。

（2）剛性強(qiáng)：在兩個(gè)互相垂直的方向上都有較好的承載能力。鋼材的截面圖示：這種鋼材稱(chēng)為角鋼。

【拓展】工字鋼（如圖）截面形狀能更有效地承受彎曲應(yīng)力。

（2）材料

材料的物性（如抗拉強(qiáng)度）和顯微結(jié)構(gòu)（如氣孔）是強(qiáng)度的基礎(chǔ)。相同形狀的不同材料制成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其強(qiáng)度也不相同。

例如，鋼材的強(qiáng)度通常高于木材，而混凝土的強(qiáng)度則受其組成和內(nèi)部缺陷影響。在生產(chǎn)中，通常會(huì)根據(jù)用途選擇合適材料。例如，混凝土具有較好的抗壓性，但抗拉性比較差。在制作混凝土梁的時(shí)候，通常在混凝土中加入鋼筋，借助鋼材的抗拉性提升梁的強(qiáng)度。

（3）支撐面大小

支撐面的大小直接影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。支撐面越大，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，如三腳架比獨(dú)腳架更穩(wěn)。這一因素在整體穩(wěn)定性中尤為重要。

（4）構(gòu)件與連接方式

構(gòu)件的連接方式（如焊接、鉸接）和連接技術(shù)決定了連接處的強(qiáng)度。剛連接（如焊接）比鉸連接（如合頁(yè)）具有更高的連接強(qiáng)度，從而影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度?。三、建筑結(jié)構(gòu)的變化可能會(huì)使建筑的功能得以增強(qiáng)

建筑的結(jié)構(gòu)決定了其功能，結(jié)構(gòu)的變化可能會(huì)使建筑的功能得以增強(qiáng)，更好地應(yīng)用于不同的環(huán)境。功能的實(shí)現(xiàn)需要相應(yīng)的結(jié)構(gòu)來(lái)保障。當(dāng)然，良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅表現(xiàn)在其功能上，還需要表現(xiàn)在其形式上，如展現(xiàn)美，反映出時(shí)代特征、文化內(nèi)涵等?！究茖W(xué)閱讀】蜂窩結(jié)構(gòu)P199【課堂小結(jié)】1.什么是建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性？影響建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有哪些因素？2.什么是建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度？影響建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有哪些因素？3.舉例說(shuō)明如何提高建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度。【隨堂鞏固】【例1】在臺(tái)風(fēng)頻發(fā)的沿海地區(qū)建造高層住宅時(shí)，以下結(jié)構(gòu)類(lèi)型最適合的是()A.磚木結(jié)構(gòu)(木框架+磚墻填充)B.磚混結(jié)構(gòu)(磚墻承重+鋼筋混凝土樓板)C.鋼混結(jié)構(gòu)(鋼筋混凝土框架+剪力墻)D.純鋼結(jié)構(gòu)(鋼框架+輕質(zhì)墻體)【答案】C【解析】對(duì)于房屋建造的牢固性來(lái)說(shuō)，選址要合適、地基要穩(wěn)固、承

重結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定。在臺(tái)風(fēng)頻發(fā)的沿海地區(qū)建造高層住宅時(shí)，選擇結(jié)

構(gòu)類(lèi)型需要綜合考慮抗震性、抗風(fēng)性能和空間靈活性，鋼混結(jié)構(gòu)(鋼筋混凝土框架+剪力墻)類(lèi)型最適合?！纠?】為了使一個(gè)不穩(wěn)定的四邊形框架變得穩(wěn)定，最簡(jiǎn)便的方法是（

）A.增加四邊形的邊長(zhǎng)B.在四邊形的一個(gè)對(duì)角線上增加一根斜桿C.用更粗的材料制作D.把四邊形變成五邊形【答案】B【解析】增加對(duì)角線形成三角形，是最有效的穩(wěn)定方法。【板書(shū)設(shè)計(jì)】第