淺談力學(xué)在建筑工程中的應(yīng)用*

魏永鍵（蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院，甘肅蘭州730101）

建筑對(duì)人類文明的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用，也為人類生活提供了舒適的居住環(huán)境。在進(jìn)行建筑工程設(shè)計(jì)施工時(shí)，最主要的原理便是力學(xué)原理，這是所有建筑工程設(shè)計(jì)施工時(shí)必須考慮到的因素。工程設(shè)計(jì)人員必須充分掌握建筑力學(xué)知識(shí)才能進(jìn)行建筑工程設(shè)計(jì)。了解建筑物中各個(gè)構(gòu)件互相作用的情況、承載能力以及傳力途徑等是非常重要的，這對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的安全性、穩(wěn)定性、耐久性以及建筑工程的施工質(zhì)量等都起到了非常關(guān)鍵性的影響。所以，建筑工程的設(shè)計(jì)、施工等離不開力學(xué)的應(yīng)用。

1 力學(xué)相關(guān)內(nèi)容論述

1.1 基礎(chǔ)內(nèi)容

力學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)分支，也可以作為獨(dú)立的一門基礎(chǔ)學(xué)科，主要研究能量和力以及它們與固體、液體及氣體的平衡、變形或運(yùn)動(dòng)的關(guān)系?，F(xiàn)代力學(xué)由靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)組成，靜力學(xué)主要研究在靜力條件下力的平衡以及物體系的平衡；運(yùn)動(dòng)學(xué)主要研究運(yùn)動(dòng)物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)位置的變化規(guī)律；動(dòng)力學(xué)主要研究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。力學(xué)的建立和發(fā)展來源于人類的生產(chǎn)實(shí)踐，經(jīng)過漫長(zhǎng)的時(shí)代，力學(xué)定律都通過了生產(chǎn)實(shí)踐的驗(yàn)證。在人類的生產(chǎn)生活中，力學(xué)可以幫助我們解決很多實(shí)際問題，特別在建筑工程領(lǐng)域，力學(xué)的使用更為重要且廣泛。

1.2 與建筑力學(xué)的關(guān)聯(lián)性

根據(jù)建筑工程實(shí)例總結(jié)力學(xué)在建筑工程中的實(shí)際應(yīng)用，主要由以下幾部分構(gòu)成：①結(jié)構(gòu)力學(xué)，主要研究?jī)?nèi)容是針對(duì)建筑工程的結(jié)構(gòu)受力情況、結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律、結(jié)構(gòu)間傳力規(guī)律來進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算，進(jìn)而為建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)；②理論力學(xué)，其主要內(nèi)容圍繞物體在受力情況下，如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化才可以維持力學(xué)平衡狀態(tài)；③材料力學(xué)，其主要研究?jī)?nèi)容圍繞不同種類材料所能承受的外力情況。三種類型的力學(xué)研究計(jì)算在建筑工程中稱為建筑力學(xué)，在實(shí)際應(yīng)用中，建筑力學(xué)會(huì)與建筑組一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，而涉及的內(nèi)容需要契合力學(xué)中的基礎(chǔ)要求，在滿足強(qiáng)度和安全性要求的基礎(chǔ)情況下，可以減少施工成本和施工材料的使用，進(jìn)而提升施工內(nèi)容所帶來的綜合效益。而且建筑力學(xué)在研究中，也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)相互之間關(guān)系展開分析，同時(shí)也會(huì)利用力學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析，以滿足相應(yīng)的要求。需要注意的是，力學(xué)和建筑力學(xué)之間屬于兩個(gè)學(xué)科，其中還有許多不能相互解釋的內(nèi)容，不能對(duì)兩者內(nèi)容進(jìn)行混淆。

2 力學(xué)在建筑工程中的具體應(yīng)用

2.1 材料力學(xué)

從目前的應(yīng)用情況來看，材料力學(xué)在建筑工程應(yīng)用非常廣泛，例如鋼結(jié)構(gòu)建筑的焊縫強(qiáng)度計(jì)算，截面的選擇，承載力的計(jì)算等都要用到材料力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。在建筑工程施工過程中，工程施工材料、建筑工程面積等內(nèi)容都需要滿足承載力以及地基基礎(chǔ)等的要求，并且波動(dòng)范圍也需要控制在合理范圍內(nèi)，以滿足整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性要求。例如，在高層建筑工程施工過程中，需要對(duì)承重墻、梁結(jié)構(gòu)的可承受壓力進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)也需要均衡受力之間的關(guān)系，使其可以達(dá)到既定的承載力要求。另外，在建筑工程竣工時(shí)，也需要做好此方面應(yīng)用數(shù)據(jù)的驗(yàn)收工作，并且也需要綜合考量質(zhì)量穩(wěn)固性，使其可以達(dá)到相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 結(jié)構(gòu)摩擦力

隨著時(shí)代的發(fā)展，建筑工程飛速發(fā)展，結(jié)構(gòu)摩擦力在建筑工程中也開始應(yīng)用。在建筑工程施工過程中，需要使用到許多大型結(jié)構(gòu)，如裝配式構(gòu)件、鋼筋籠等，這些內(nèi)容都需要滿足摩擦力的基礎(chǔ)要求，并且波動(dòng)范圍也需要控制在合理范圍內(nèi)，使結(jié)構(gòu)可以順利完成裝載，轉(zhuǎn)移到指定位置。例如，在裝配式建筑工程施工過程中，需要對(duì)裝配式樓梯、裝配式梁結(jié)構(gòu)的自重、吊裝時(shí)力的分布等內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)也需要均衡受力之間的關(guān)系，使吊裝過程可以達(dá)到既定的施工要求。另外，在建筑結(jié)構(gòu)吊裝時(shí)，也需要做好此方面的監(jiān)督管理工作，查看結(jié)構(gòu)相互之間的穩(wěn)定性，是否存在松動(dòng)、脫落的情況，及時(shí)對(duì)問題進(jìn)行處理，使其可以達(dá)到相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 結(jié)構(gòu)重力

力學(xué)在建筑工程結(jié)構(gòu)重力方面也有著非常好的應(yīng)用。在建筑工程施工過程中，需要使用到許多質(zhì)量較大的構(gòu)件，如梁結(jié)構(gòu)、樁結(jié)構(gòu)等，這些內(nèi)容都會(huì)產(chǎn)生較大重力，底部結(jié)構(gòu)則需要滿足承重的基礎(chǔ)要求，波動(dòng)范圍也需要控制在合理范圍內(nèi)，使結(jié)構(gòu)可以處于穩(wěn)固狀態(tài)。例如，在建筑工程施工過程中，許多建筑工程配件都以混凝土為主，混凝土自重較大，需要在前期安裝時(shí)，對(duì)自重內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)也需要均衡受力之間的關(guān)系，使施工結(jié)果可以達(dá)到既定的施工要求。另外，在建筑結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，也需要做好結(jié)構(gòu)重力內(nèi)容的調(diào)試工作，借此來滿足結(jié)構(gòu)相互之間穩(wěn)定性的基本要求，達(dá)到相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 理論力學(xué)

力學(xué)在建筑工程理論力學(xué)方面也有著非常好的應(yīng)用。在建筑工程施工過程中，所用到的理論力學(xué)可以細(xì)分為靜力學(xué)理論、動(dòng)力學(xué)理論和運(yùn)動(dòng)學(xué)理論三類。以靜力學(xué)理論為例，在結(jié)構(gòu)研究過程中，這些結(jié)構(gòu)相互之間需要維持比較穩(wěn)定的靜力狀態(tài)，即使出現(xiàn)了動(dòng)力摩擦，但是波動(dòng)范圍也需要控制在合理范圍內(nèi)，使結(jié)構(gòu)可以處于穩(wěn)固狀態(tài)。例如，在建筑工程施工過程中，會(huì)使用到許多的結(jié)構(gòu)配件，結(jié)構(gòu)配件相互之間會(huì)處于靜力平衡的狀態(tài)，同時(shí)也需要做好相應(yīng)的計(jì)算工作，均衡受力之間的關(guān)系，而且還需要查看結(jié)構(gòu)是否存在應(yīng)力集中的情況，及時(shí)做出相應(yīng)調(diào)整，滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。

2.5 固體力學(xué)

力學(xué)在建筑工程固體力學(xué)方面也有著非常好的應(yīng)用。在建筑工程施工過程中，所用到的固體力學(xué)是指介質(zhì)所受外部作用后的影響情況，如溫度、外力作用等，也可以將該內(nèi)容細(xì)分為彈性力學(xué)、塑性力學(xué)和材料力學(xué)，以彈性力學(xué)為例，在結(jié)構(gòu)研究過程中，這些結(jié)構(gòu)相互之間也保持著彈性模量的穩(wěn)定性。例如，在建筑工程施工過程中，許多結(jié)構(gòu)件相互之間保持著彈性平衡，同時(shí)需要做好相應(yīng)的計(jì)算工作，均衡受力之間的關(guān)系，對(duì)于結(jié)構(gòu)彈性模量進(jìn)行梳理，做好力學(xué)穩(wěn)定性的調(diào)整處理，使結(jié)構(gòu)可以滿足穩(wěn)定性要求[1]。

2.6 流體力學(xué)

力學(xué)在建筑工程中除了在上述方面的應(yīng)用，流體力學(xué)在建筑工程的施工中也起著非常重要的作用。在建筑工程施工過程中，所用到的流體力學(xué)是指物體受液體影響所產(chǎn)生的力學(xué)內(nèi)容，如浮力、承壓力等。在結(jié)構(gòu)研究過程中，這些結(jié)構(gòu)相互之間需要維持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，達(dá)到既定要求。例如，在建筑工程施工過程中，許多結(jié)構(gòu)件會(huì)受到地下水產(chǎn)生的浮力作用，基于此需要做好相應(yīng)的計(jì)算工作，均衡受力之間的關(guān)系，以此為基礎(chǔ)來完成抗浮設(shè)計(jì)，或者利用降水井來完成降水作業(yè)，使結(jié)構(gòu)力學(xué)可以維持在非常穩(wěn)定的狀態(tài)，可以滿足穩(wěn)定性要求[2]。

3 力學(xué)在建筑工程中應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

3.1 材料選擇

為了滿足建筑工程的作業(yè)要求，需要做好設(shè)計(jì)內(nèi)容的優(yōu)化處理，這也是施工材料選擇過程中需要著重關(guān)注的內(nèi)容。在具體的選擇中，需要對(duì)建筑工程本身的設(shè)計(jì)風(fēng)格、建筑功能、具體用途進(jìn)行考量，從而進(jìn)行施工材料的有序選擇。目前在建筑材料的選擇中，所應(yīng)用到的材料種類包括塑性材料和脆性材料，前者在應(yīng)用中具備良好的彈性應(yīng)力條件，可以抵消部分外力影響，使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固；后者則具備良好的剛性，可以確保結(jié)構(gòu)外形穩(wěn)定性。在實(shí)際選擇中都會(huì)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇，以滿足建筑工程力學(xué)的相關(guān)要求[3]。

3.2 結(jié)構(gòu)選擇

在力學(xué)理論的應(yīng)用中，還需要做好結(jié)構(gòu)選擇的相關(guān)性內(nèi)容。在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要基于力學(xué)理論來優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，如結(jié)構(gòu)橫截面、正應(yīng)力情況、抗彎截面等。以梁體結(jié)構(gòu)為例，在對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)與抗彎截面之間正應(yīng)力呈現(xiàn)反比關(guān)系，同時(shí)穩(wěn)定性也和截面正應(yīng)力呈正比關(guān)系，基于此在實(shí)際應(yīng)用中來選擇最為恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，同時(shí)也需要合理配置梁結(jié)構(gòu)的支座、適當(dāng)降低梁結(jié)構(gòu)的自身重量，在滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的基礎(chǔ)上，減少施工材料的使用量[4]。

3.3 環(huán)保材料應(yīng)用

除了上述提到的應(yīng)用內(nèi)容外，在實(shí)際應(yīng)用中，還需要注重環(huán)保材料的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)環(huán)保材料的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益進(jìn)行綜合考量，基于此來匹配恰當(dāng)?shù)沫h(huán)保材料。而且環(huán)保材料在具體地應(yīng)用過程中，也需要對(duì)材料抗震性能、力學(xué)性能、經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行分析，同時(shí)搭配著合理的施工計(jì)劃，細(xì)化施工過程中需要注意的內(nèi)容，從而減少建筑垃圾的出現(xiàn)，避免環(huán)保材料對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境帶來負(fù)面影響，從而促建筑進(jìn)行業(yè)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，建筑工程運(yùn)用力學(xué)理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及施工，通過對(duì)工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料的選擇、力學(xué)基礎(chǔ)的計(jì)算等，不僅可以優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)構(gòu)造，優(yōu)化建筑材料的選擇，而且能夠加快建筑工程的作業(yè)進(jìn)度，提高建筑工程的施工質(zhì)量，達(dá)到力學(xué)最終服務(wù)于建筑工程的目的。