淺談力學在建筑工程中的應用

孔令強

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學院， 河南 焦作 454000）

0 引言

建筑在人類文明的發(fā)展中起到了重要的作用，也為人類提供了舒適的物質(zhì)環(huán)境。在進行建筑工程時，最主要的原理便是力學原理，這是所有工程施工時必須考慮到的因素。工程技術人員必須在充分掌握力學知識的基礎上才可以進行建筑施工，了解建筑物中各個結(jié)構互相作用的情況、承壓能力已經(jīng)傳力途徑等問題是非常重要的，這對于施工環(huán)境的安全性以及建筑質(zhì)量的穩(wěn)定性都起到了關鍵性的影響。

0.1 力學的主要內(nèi)容

力學既可以作為一門獨立的學科存在，也可以是隸屬與物理學內(nèi)的一門學科。力學主要研究的就是物體之間的相互作用。如果一個物體受到了力的作用，則必然會存在另一個物體對它施加力的作用，這二者分別叫做受力物體和施力物體。只要有力的存在，就肯定會有這樣的兩個物體產(chǎn)生相互作用。我們在中學時代都學到過，力的作用是相互的。所以，受力物體也等同于施力物體，施力物體也等同于受力物體。根據(jù)力的作用效果與性質(zhì)來劃分，可將力分為兩類。一類包括摩擦力、重力和電磁力等；另一類則包括壓力、阻力和支持力等。力學是來源于生活的，并且力學的定律都是通過生活中的實踐而總結(jié)驗證出來的，所以源于生活用于生活，在實際生活中，力學可以幫助我們解決很多問題。特別在建筑工程領域，力學的使用更為重要且廣泛。

0.2 力學與建筑力學的關聯(lián)

建筑力學主要有三大組成部分，分別是結(jié)構力學、理論力學和材料力學。結(jié)構力學主要是用于對建筑工程中結(jié)構受力與傳力規(guī)律的研究及優(yōu)化；理論力學主要注重分析方法，并研究物體怎樣在受力情況下可以維持平衡；材料力學研究的則是各種材料可以承受外力作用的極限。但是無論是結(jié)構、理論還是材料的力學，總是以力學作為基礎的。于此同時，建筑工程也為力學的發(fā)展起到了非常大的推動作用，可以說二者是互相促進的。例如一些極端條件下的技術問題是無法用實驗的方法來完全模擬成功的，所以建筑工程中出現(xiàn)的一些極端狀況就成了難得的天然實驗環(huán)境，這這里可以發(fā)現(xiàn)新的力學問題，并進行分析研究與解決，所以說建筑工程推動了力學的進步與發(fā)展。建筑力學的主要任務是使設計的建筑成為一個整體結(jié)構，而且其組成結(jié)構的構件必須要滿足強度與穩(wěn)定性的安全要求，并且又要節(jié)約成本與材料，以便獲得最大的經(jīng)濟效益。建筑力學主要研究的就是建筑工程中的結(jié)構與構件，其中結(jié)構包括梁柱、板殼和網(wǎng)架等負責承擔荷載的部分；構件則是組成結(jié)構的各個單獨部分。綜合上面的分析可以看出，建筑力學的前身正是力學，它是以力學原理為基礎才發(fā)展起來的，并且建筑力學是對力學的擴展與應用。而與此同時建筑力學又幫助了力學原理進行補充驗證。雖然力學與建筑力學存在可以共同解釋的一些問題，但是它們并不是同一學科，而是相互交叉的關系。二者其中還存在著很多不能互相解釋的部分[1]。

1 力學在建筑工程中的具體應用

1.1 建筑工程中壓力的應用

力學中很多的基礎知識可以為建筑工程提供科學的理論依據(jù)。其中壓力的有關知識就是建筑工程施工時，重要的理論基礎之一。在進行建筑工程施工時，對工程用料、建筑面積的設定的時，都要根據(jù)這些物體所能承受壓力的范圍來進行衡量。建筑最終的穩(wěn)定性與壓力在工程中的合理應用是密不可分的。例如如果要進行一座橋梁建筑的施工，必須先對橋墩以及橋梁的可承受壓力情況進行嚴謹?shù)胤治?，這樣才能確保建成橋梁的承載力達標。而且，在驗收工程時，工作人員必須要對建筑中承壓的相關數(shù)據(jù)進行檢測，確保質(zhì)量穩(wěn)固無問題。所以，壓力不僅為建筑工程提供了施工的重要參考數(shù)據(jù)，也為驗收工程提供了質(zhì)檢標準。

1.2 建筑工程中摩擦力的應用

在建筑工程中，被廣泛應用到的還有摩擦力的相關知識。例如，當需要對大重量的建筑材料進行運輸或者起吊的時候，就可以通過滑輪或者滑輪組來對力的方向進行調(diào)整，這樣可以將原有的摩擦力由阻力變?yōu)閯恿?；還有在進行施工時，可以適當加大工程中各個部件連接的接觸面積，這樣可以增加接觸面的承壓能力，并且通過摩擦力與重力的共同作用，使建筑物更加穩(wěn)固。在建筑工程中，合理利用摩擦力不僅可以增強建筑的穩(wěn)定性能，還可以降低技術成本的投資，從而提高建筑工程整體的施工水平[2]。

1.3 建筑工程中重力的應用

重力是建筑工程中最主要應用的力學原理。施工技術人員可以通過各種與重力有關的運算公式，來分析不同材料、不同情況下的力的作用。這樣可以達到在進行施工之前就可以預判出實際施工的效果，并及時發(fā)現(xiàn)在施工中可能會出現(xiàn)的問題。不僅如此，重力的相關知識還可以運用到建筑材料的采購方面，在選購材料時，就要將重力因素計算在內(nèi)，這樣可以進一步加大建筑物的穩(wěn)定性?？傮w來說，重力的合理應用可以提高工程的預見性，并且有效提高施工的質(zhì)量與效率。

1.4 建筑工程中理論力學的應用

力學在建筑工程中得以發(fā)展，從而引申出理論力學。理論力學主要分為靜力學、動力學和運動學三大類。靜力學主要用于研究物體如何在受力情況下而保持平衡，并且分析出形成這種平衡力系的措施，另外靜力學在受力分析方法和簡化力力的方面也進行了深入的研究。動力學主要研究的是物體在做機械運動時和受到的力之間產(chǎn)生的關系。運動學主要研究的并不是物體產(chǎn)生運動的原因，而且從幾盒的角度分析物體運動的過程。理論力學也是一般力學的基礎。

1.5 建筑工程中固體力學的應用

固體力學是研究建筑工程中固體機械性質(zhì)的主要學科，它對固體介質(zhì)在外部一些因素，如溫度、外力、變形等作用的影響下所產(chǎn)生的表現(xiàn)進行研究，固體力學還可以詳細劃分為彈性力學、塑性力學和材料力學。例如建筑工程中經(jīng)常用到的杠桿原理也屬于材料力學的范疇，同時在計算桿中的內(nèi)力時，會用到力的合成、分解以及平衡等方面的知識。彈性力學則是將彈力與建筑的原理相結(jié)合而進行工作的?，F(xiàn)在隨著科學技術的普及，建筑工程也逐漸引用了計算機等先進的信息技術，所以可以運用固體力學進行圍觀模擬的方法，并對工程設計中的復雜結(jié)構進行仿真的分析。如此的發(fā)展對于建筑工程事業(yè)以及整個科學領域的進步都是一份非常強大的助力。每位建筑師都希望自己所設計的建筑物既美觀又經(jīng)濟實用，所以在對建筑結(jié)構進行設計工作時，合理運用力學原理是十分重要的，合適的力學原理可以使建筑物在安全且經(jīng)濟的基礎上，做出設計師想要的結(jié)構造型。建筑工程師在進行設計的初期需要對建筑的承重結(jié)構進行確定，并對于各個部分的工作進行好協(xié)調(diào)。建筑整體的層高、跨度等方方面面都離不開力學原理的輔助[3]。

1.6 建筑工程中流體力學的應用

在建筑工程中，與固體力學相對應的便是流體力學。這是一門人類與自然不斷做斗爭，并從實踐生產(chǎn)中獲取經(jīng)驗，而逐漸形成的一門學科。例如古代的大禹治水以及秦代對都江堰的修建，這些祖先的智慧歷經(jīng)幾千年流傳至今，依然發(fā)揮著強大的作用。流體力學主要的研究對象是流體，我們所說的氣體和液體都屬于流體的范疇?，F(xiàn)今階段，流體力學的發(fā)展和完善是開采地下石油與天然氣能源的重要基礎。總而言之，流體力學對于建筑工程的發(fā)展起到了相當重要的作用。在建筑工程中主要應用的流體力學有物理浮力定律、附體穩(wěn)定性以及液體平衡理論。其中的浮力與液體平衡理論都是非常典型的力學原理。

2 結(jié)束語

建筑工程事業(yè)的發(fā)展是離不開力學的。如果沒有可靠的力學作為技術后盾，就無法保障建筑建構的安全與穩(wěn)定性，人類也就不會創(chuàng)造出那么多偉大的建筑物了。不僅如此，將力學原理合理地應用到建筑領域，現(xiàn)在現(xiàn)代高科技建筑行業(yè)發(fā)展的主流趨勢，它們彼此也可以起到相互促進的推動作用。在新的形勢下，對力學在建筑工程領域中應用的創(chuàng)新以及技術的加強是非常必要的，隨著建筑事業(yè)的迅猛發(fā)展，力學的應用與研究也應提至一個更好的水平。相信有了強大發(fā)達的力學作為解釋后盾，建筑工程的事業(yè)可以越來越強大，同時也為祖國的社會經(jīng)濟發(fā)展貢獻一份力量。