二、常见的结构类型

根据力学架构与形态，通常将结构分为三种基本类型：桁架结构、薄壳结构和实体结构。

（一）桁架结构

桁架结构是以刚性杆件组成的结构，杆件的基本特征是它的长度远大于其截面的宽度和高度。杆件按一定的规律在空间排布成简单或复杂的形状，其特点是支撑空间而不充满空间，可以支持比自身质量大得多的载荷。

桁架结构不仅应用在厂房建筑、桥梁结构中，也常应用于民用机械和航空工业中。图1.4所示的结构都是典型的桁架结构。

a．桁架结构的厂房屋顶          b．桁架桥梁

c．工程机械        d．桁架结构的卫星发射塔

图1．4　几种典型的桁架结构

（二）薄壳结构

薄壳结构是由若干块薄板组成，板的厚度远小于长和宽两个尺寸，通常具有曲面轮廓的外形，且造型轻巧而优雅。其受力特点是：通过壳形来传递力和承受负载，特别是当壳形顶部受到压力时，它能将外力均匀扩散，以较小的构件（组成建筑物或机械某一结构的单元）厚度形成承载能力很高的结构。薄壳结构具有的这些特点，在生产生活、国防装备中得到了广泛的应用，如图1.5所示。

a．工业用压力罐    b．发电厂的冷却塔

c．潜水艇        d．玻璃茶杯

图1.5　几种典型的薄壳结构

如图1.6所示的中国国家大剧院，就采用了薄壳结构屋顶，且没有使用一根柱子进行支撑，造型新颖、前卫，已成为一处别具特色的观景胜地。

图1．6　中国国家大剧院

小贴士

膜结构

膜结构是一种新型大跨度空间结构形式。它是由高强度柔性薄膜材料与支撑体系完美结合形成的具有一定刚度的稳定曲面，能承受一定外载荷的空间结构形式。膜结构体系一般可分为充气式膜结构、骨架式膜结构、张拉膜结构及索穹顶膜结构等。膜结构有以下特点：①建筑的形体塑造更自由，造型更加多样化，新颖美观，富有时代气息。②经济效益更明显。其结构质量仅为常规屋面的1/30。③施工周期更短，比传统建筑几乎要缩短一半。④能源损耗更低。具有良好的透光性，可以充分利用自然光，减少能源消耗。⑤建筑空间具有更大的跨度。这种结构形式特别适用于大型体育场馆、入口廊道、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中心等场所。

做中学

鸡蛋受力试验

【目的】

探究薄壳结构的承重能力。

【准备】

大小相同的生鸡蛋三枚，胶带卷六个，木板一块，不同质量的杠铃片若干。

【步骤】

1．将三个胶带卷按等边三角形放置在地面，鸡蛋立于胶带卷上，鸡蛋上方再放置三个

胶带卷。

2．将木板放置在胶带卷上方，轻轻在木板上放置杠铃片，如图1.7所示。

3．逐渐增加杠铃片，记录鸡蛋能承受的最大质量。

4．试一试，用同样的方法放置六枚鸡蛋，轻轻站上去，看是否可以承载。

图1.7　鸡蛋受力试验

【思考】

1．为什么鸡蛋承受外力的能力这么强？

2．生活中还有哪些地方应用了薄壳结构？

（三）实体结构

实体结构也可称为实心结构，通常是指三个方向的尺度大约为同一数量级，构造物质充满整个结构空间的一种结构。它的受力特点是外力分布在整个体积中，可以承受较大的压力。典型的实体结构比较容易确认，如长城城墙（图1.），埃及金字塔，房屋的地基、承重墙等。

图1 长城城墙

阅读材料

蜂巢仿生结构

蜂巢是由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成的，每个小蜂房的底部由3个相同的菱形组成，这些结构与近代数学家精确计算出来的最节省材料的结构——菱形（钝角109°28′、锐角70°32′）完全相同，且容量大、外形坚固，令人赞叹。人们模仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹心结构板材（图1.9），其强度大、质量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。

图1.9　蜂巢式夹心结构板材

活动延伸

找一些身边的常见物品，说说它们的结构与受力特点。

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