建筑工程中力學(xué)的應(yīng)用

摘要：建筑工程在發(fā)展的過程中可從建筑建構(gòu)和實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并且隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，發(fā)展至今形成了現(xiàn)代的力學(xué)理論和方法?？梢哉f，建筑的發(fā)展與力學(xué)息息相關(guān)，密不可分。高質(zhì)量的建筑離不開可靠的力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析。鑒于此，文章就建筑工程中力學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：力學(xué)；建筑工程；建筑；實(shí)踐

力學(xué)的知識(shí)最早起源于地自然現(xiàn)象的觀察和在生產(chǎn)勞動(dòng)中的經(jīng)驗(yàn)。建筑勞動(dòng)中人們使用到的杠桿、斜面、汲水器具等都對(duì)平衡物體受力產(chǎn)生一定的影響。力學(xué)屬于七大自然學(xué)科之一，是一門系統(tǒng)的、獨(dú)立的學(xué)科，也是一切研究對(duì)象的受力和受力效應(yīng)的規(guī)律及其應(yīng)用學(xué)科的總稱。

一、 力學(xué)概述

物理學(xué)中"力"是一個(gè)基本概念，是指物體之間的相互作用，當(dāng)一個(gè)物體受到其他物體的作用后，物體獲得的速度及發(fā)生的變形都被稱之為"力"，在適當(dāng)?shù)牧W(xué)范圍內(nèi)，我們將物體形狀及體積的變化成為"形變"，而將物體速度的變化稱之為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化。力是物體之間的相互作用，當(dāng)物體受到一定力的作用后，存在另一個(gè)對(duì)其施加作用的物體，將前者成為受力物體，而后者則成為施力物體。只要具備力的作用，就會(huì)存在受力物體和實(shí)力物體，并且施力物體也受到受力物體的影響，對(duì)于力而言，力是看不見、摸不著的，是在長(zhǎng)期生活實(shí)踐的影響下逐漸建立起來的。

二、 建筑工程中的力學(xué)

建筑的發(fā)展中，建筑與力學(xué)密不可分，甚至可以說，沒有可靠的力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析就不會(huì)建成優(yōu)秀、實(shí)用的建筑?？梢哉f，當(dāng)今現(xiàn)代建筑的飛速發(fā)展下，對(duì)現(xiàn)代建筑意義而言，更為總要。對(duì)于任何一幢建筑物而言，需要通過多次的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和安全評(píng)估，反之會(huì)造成不可估量的重大損失。

（一） 建筑結(jié)構(gòu)的合理性

建筑物建造時(shí)，如何在具體的情況下選取較為合適的、節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)方式對(duì)工程建設(shè)而言至關(guān)重要。建筑首先應(yīng)當(dāng)考慮到相應(yīng)地安全因素。具體來說，從靜力分析、到有線單元的框架、整體結(jié)構(gòu)甚至到外部的環(huán)境因素，都需要在具體的設(shè)計(jì)中被考慮到。如：對(duì)高層建筑物而言，需要做好防震設(shè)計(jì)，一些建筑物為使得防震設(shè)計(jì)具有裝飾性，增加了高層建筑物在地震發(fā)生時(shí)因提高搖擺而產(chǎn)生巨大的剪切力，這在一定程度上導(dǎo)致建筑物發(fā)生時(shí)底部支撐會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)地疲勞斷裂，嚴(yán)格意義上來說，這種設(shè)計(jì)是不合理的，因而這一裝飾性的設(shè)計(jì)在地震來臨時(shí)根本控制不住地震產(chǎn)生的擠壓力，會(huì)在一定程度上導(dǎo)致大樓板塊脫落、坍塌，這也在一定程度上說明我國(guó)建筑物存在諸多不合理的現(xiàn)象，鑒于此而言，現(xiàn)代工程建筑中，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)基于力學(xué)的角度去考慮建筑工程的安全，切忌因美觀而忽視使用功能。

（二） 建筑材料得當(dāng)

建筑物中的建筑材料對(duì)建筑物的質(zhì)量和性能產(chǎn)生本質(zhì)的影響，對(duì)于建筑材料而言，材料不同，強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、破損狀況都是不同的，因此，建筑工程應(yīng)用過程中需要通過各種計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，便于具體的建筑材料能夠在施工環(huán)境中安全運(yùn)用。建筑工程中，如何選用最少的建筑材料建造出最實(shí)用最安全的建筑物是建筑領(lǐng)域內(nèi)追求的目標(biāo)。具體而言，建筑施工中采用力學(xué)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析，對(duì)負(fù)載和、彈性性能、抗壓、抗彎能力等等進(jìn)行分析，尤其對(duì)鋼結(jié)構(gòu)和拉桿進(jìn)行檢測(cè)。鑒于此而言，這些都會(huì)對(duì)施工造成一定的影響。因此，建筑工程在建造之前必須經(jīng)過嚴(yán)密的分析，在對(duì)各種情況、數(shù)據(jù)及可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行充分準(zhǔn)確分析之后，找出相應(yīng)地解決方法。

（三）實(shí)際環(huán)境考察和評(píng)估

建筑工程中，需要對(duì)工程實(shí)際的環(huán)境進(jìn)行科學(xué)評(píng)估和考察。如：高原和平原不同，高山與土地層的分布，風(fēng)載荷地震雨水冷濕等自然因素的考量，甚至有些還需要考慮到人文需求，具體而言，有些建筑物地下會(huì)建造地鐵、商場(chǎng)，因此在施工時(shí)需要避開高層和易塌方方段。力學(xué)在現(xiàn)如今的應(yīng)用已經(jīng)遍布到各個(gè)領(lǐng)域，建筑隨著人類文明的進(jìn)步而發(fā)展起來的，對(duì)于理論而言，無論再好的理論都需要依靠具體的實(shí)踐，因此，具體的建筑工程中，好的理論和方法相當(dāng)重要。

三、力學(xué)發(fā)展過程中的應(yīng)用實(shí)例

從新時(shí)期時(shí)代開始改善居住條件伊始，直到17世紀(jì)中葉，是土木工程萌芽到發(fā)展的階段，力學(xué)是最早的自然現(xiàn)象，在此時(shí)期內(nèi)奠定了力學(xué)理論基礎(chǔ)。杠桿平衡、水中物體重心位置受到浮力影響等等為偉大的工程建設(shè)創(chuàng)造了無數(shù)條件，并且已經(jīng)成為古代文化燦爛中最為重要的組成部分之一。土木工程發(fā)展到21世紀(jì)，已經(jīng)脫離了最初的經(jīng)驗(yàn)階段，開始形成較為完備的理論體系，具體而言，它在建筑及灌溉的勞動(dòng)中，通過斜面、杠桿及汲水等器具漸漸形成了對(duì)物體平衡的受力認(rèn)識(shí)，其中牛頓和伽利略歲闡明的力學(xué)原理開啟了土木工程新的起點(diǎn)。土木工程的前驅(qū)產(chǎn)生在法國(guó)，是為了培養(yǎng)建造道路、河渠和工程師。直到1856年，貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼后，土木工程中越來越多應(yīng)用到了鋼材開啟了土木工程的第二次飛躍。18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命的出現(xiàn)為土木工程提供了性能較好的建筑材料和施工器具，并且隨著波特蘭水泥的制成，形成較為美觀的工程結(jié)構(gòu)和混凝土，它給建筑物帶來了新的發(fā)展經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)了土木工程的第三次飛躍，此時(shí)的土木工程產(chǎn)生了新的施工技術(shù)及工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論。當(dāng)今，社會(huì)生產(chǎn)力飛速的發(fā)展下，實(shí)現(xiàn)突飛猛進(jìn)的科學(xué)進(jìn)步，并且土木工程也見如來嶄新時(shí)代，此外，工程的建筑材料、施工技術(shù)、設(shè)計(jì)理論等也趨向新的發(fā)展趨勢(shì)，而且，理論研究較為精密、材料質(zhì)量更加上乘，施工工程更加趨向工業(yè)化發(fā)展。

三、 力學(xué)在工程中的具體應(yīng)用

（一） 固體力學(xué)

建筑工程中力學(xué)的應(yīng)用，有可能會(huì)突破連續(xù)介質(zhì)的力學(xué)模型和體系，可能會(huì)包括某些宏觀力學(xué)，起到一定的敏感作用和微觀因素，并且在演化的過程中，強(qiáng)化相應(yīng)地符合材料，立足于韌化和功能化的科學(xué)認(rèn)識(shí)之上。固體力學(xué)將力-熱-電-磁融為一體，可控制、轉(zhuǎn)化機(jī)械力學(xué)的電、磁、熱效應(yīng)，并且能夠有效地解決微機(jī)械、微工藝、微控制等方面的問題。固體力學(xué)屬于非線性動(dòng)力學(xué)，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)非平衡統(tǒng)計(jì)和力學(xué)概念的豐富?，F(xiàn)如今，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，分子動(dòng)力學(xué)等微觀的模擬方法、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的仿真分析將大大地促進(jìn)了固體力學(xué)和工程設(shè)計(jì)上的發(fā)展和進(jìn)展?？偟膩碚f，固體力學(xué)在上述的發(fā)展中，勢(shì)必會(huì)推動(dòng)工程技術(shù)和科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展。

（二） 建筑設(shè)計(jì)

適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的建筑物是建筑師所追求的設(shè)計(jì)目標(biāo)，可以說，經(jīng)濟(jì)、適用、美觀的建筑物需要具備藝術(shù)、美學(xué)等眾多方面的理論知識(shí)，包括建筑力學(xué)和結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)在知識(shí)，以便于在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作中可選擇較為合理的結(jié)構(gòu)形式，并且能夠在經(jīng)濟(jì)、安全的前提下，實(shí)現(xiàn)較為完善的建筑構(gòu)思，最終體現(xiàn)力與美的相互結(jié)合。對(duì)于建筑工程師而言，需要做好建筑工程中的各個(gè)協(xié)調(diào)工作，在設(shè)計(jì)初期確定承重結(jié)構(gòu)，并且還應(yīng)該向建筑結(jié)構(gòu)工程師提出合理的結(jié)果要求，結(jié)構(gòu)工程師在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)盡可能對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。具體而言，建筑中建設(shè)展覽館、層高、跨度等方面，都需要用到相應(yīng)地力學(xué)結(jié)果，并且應(yīng)用到的力學(xué)是基礎(chǔ)力學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉昶.淺析力學(xué)在建筑工程中的有效應(yīng)用[J]. 中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2014（02）.

[2] 羅鳳姿. 工程案例教學(xué)法在高職"建筑力學(xué)"教學(xué)中的應(yīng)用[J].開封教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（1）.

[3] 蔡小超；張東嶺.基于工程力學(xué)與建筑結(jié)構(gòu)課程重建下的教學(xué)改革探討[J].河南建材，2012（5）.

[4] 盧玉林；王麗； 魏佳.面向工程應(yīng)用的建筑力學(xué)教學(xué)體系研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（34）.

作者姓名： 張興蘭 出生年月：1968年02月 性別： 女 籍貫： 甘肅 最高學(xué)歷： 本科 目前職稱： 工程師 主要研究方向： 力學(xué)在機(jī)械工程、建筑工程技術(shù)中的應(yīng)用