論建筑結(jié)構(gòu)形式發(fā)展的力學(xué)原理

彭漢

摘 要：從古至今，房屋、橋梁等建筑在建造過程中都需要符合力學(xué)原理。遵循著將彎矩轉(zhuǎn)變?yōu)檩S力的力學(xué)主線，貫穿著建筑史發(fā)展的全過程。運用力學(xué)原理能夠使建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，防止建筑物出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象，同時，還能節(jié)約建筑材料。文章從力學(xué)主線的角度出發(fā)，分析建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)形式；發(fā)展；力學(xué)原理

中圖分類號：TU311

1. 建筑結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展史

建筑與結(jié)構(gòu)是不可分割的，缺一不可。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們逐漸提高了對建筑結(jié)構(gòu)的認識，建筑工程不僅要保證質(zhì)量和性能，還需要符合美觀的要求，滿足人們的品位。因此，美觀實用和安全可靠逐漸成為建筑工程的重要評判標準。但是兩者基于不同的知識和技能，具有一定的差異，為了最大限度地滿足人們的需要，專業(yè)人員不斷提高這兩方面的技能，美觀實用和安全可靠的設(shè)計人員也不同。隨著建筑工程的發(fā)展，建筑工程要求專業(yè)人員掌握的專業(yè)知識也越來越多，美學(xué)、藝術(shù)等學(xué)科都需要專業(yè)人員掌握，學(xué)會運用，學(xué)習(xí)要求增多，難度也變大。建筑結(jié)構(gòu)形式發(fā)展要求專業(yè)人員掌握專業(yè)知識，而專業(yè)知識又幫助建筑結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展，兩者缺一不可，相互促進。

2.建筑結(jié)構(gòu)形式的劃分

（1） 按材料劃分。建筑結(jié)構(gòu)形式按使用材料劃分可分為木質(zhì)結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土與鋼的組合結(jié)構(gòu)。其中，木質(zhì)結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于單層建筑中，使用的材料為木制材料。混合結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于單層建筑和多層建筑，承重部分使用磚石材料，樓頂使用鋼筋混凝土材料。鋼結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于工廠房、承重能力強的廠房以及移動房等。

（2）按墻體劃分。建筑結(jié)構(gòu)形式按墻體劃分可分為全剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、框一一結(jié)構(gòu)、簡體結(jié)構(gòu)、框一一支結(jié)構(gòu)、無梁樓蓋結(jié)構(gòu)。全剪力墻主要應(yīng)用于高層以及超高層建筑，其屬于建筑結(jié)構(gòu)強度大；框架一剪力墻結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于高層建筑；框一一結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于高層和超高層建筑。簡體結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于超高層建筑；框一一支結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于超高層建筑，其主要材料是鋼結(jié)構(gòu)；無梁樓蓋結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于大空間和大柱網(wǎng)建筑。

3.建筑結(jié)構(gòu)形式遵循的自然力學(xué)規(guī)律

隨著社會的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)形式的側(cè)重點不同，但是無論是建筑還是結(jié)構(gòu)都需要遵循力學(xué)原理，保證建設(shè)和結(jié)構(gòu)的安全。結(jié)構(gòu)物承受著一定的荷載，其在每個截面上都會產(chǎn)生拉、壓軸力、剪力、彎矩、扭矩等。彎矩是最為危險的。彎矩和拉、壓軸力產(chǎn)生的力偶鉅是等效的。彎矩把內(nèi)力作用到截面上，其內(nèi)力分布不均勻。彎矩使中性層材料的力學(xué)性能得不到充分的施展。

4.建筑結(jié)構(gòu)的實例

（1）堆砌結(jié)構(gòu)。古埃及金字塔就是采用堆砌結(jié)構(gòu)建造的，建造者為了表達對帝王的崇拜，采用了石材進行建造，石材承壓能力強，且安全耐用。金字塔結(jié)構(gòu)簡約、體積龐大，給人一種敬畏的感覺。從結(jié)構(gòu)學(xué)來講，金字塔只承受壓應(yīng)力，受力結(jié)構(gòu)簡單。經(jīng)歷了數(shù)千年的風(fēng)雨變化，金字塔依然屹立不倒。堆砌結(jié)構(gòu)形式的受力情況符合石材的要求，受到當(dāng)時人們的喜愛。

（2）梁、板、柱結(jié)構(gòu)。梁、板、柱結(jié)構(gòu)應(yīng)用的材料是木材。石材承受拉力的強度低，因此不能承受彎矩。木材能夠承受一定的拉力和壓力，值得使用。在當(dāng)代，鋼材和鋼筋混凝土取代木材占據(jù)主導(dǎo)地位。石材雖然有一定的弊端，但是仍受到人們的重視，木材雖然受彎能力強，但是也有一定的局限性。歐洲很多建筑都采用此結(jié)構(gòu)。

（3） 拱、殼結(jié)構(gòu)。拱、殼結(jié)構(gòu)深受古今中外人們的喜愛，拱、殼結(jié)構(gòu)能夠覆蓋大跨度，代替了梁板結(jié)構(gòu)。拱、殼結(jié)構(gòu)符合把彎矩通過結(jié)構(gòu)形式的改變轉(zhuǎn)化為軸力的規(guī)律。通過該規(guī)律建造出的結(jié)構(gòu)具有堅固、耐用、不容易破壞、容易保留的特點，此結(jié)構(gòu)經(jīng)過無數(shù)人的實踐證明，具有可行性。實踐證明，拱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的支座水平反力能夠使每一個截面生成負彎矩，負彎矩能夠抵消正彎矩，受壓力強。通過該結(jié)構(gòu)建造的建筑物具有美觀實用、堅固耐用的優(yōu)點。

隨著社會的發(fā)展，建筑業(yè)也在不斷地發(fā)展壯大，高層結(jié)構(gòu)的建筑在建筑中占據(jù)著十分重要的位置。建筑結(jié)構(gòu)形式需要遵循力學(xué)發(fā)展規(guī)律，根據(jù)力學(xué)規(guī)律創(chuàng)造出更多的新結(jié)構(gòu)，促進社會建筑業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

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