建筑工程中力学的应用

摘要：建筑工程在发展的过程中可从建筑建构和实践中总结经验，并且随着社会的进步和发展，发展至今形成了现代的力学理论和方法。可以说，建筑的发展与力学息息相关，密不可分。高质量的建筑离不开可靠的力学和结构分析。鉴于此，文章就建筑工程中力学的应用进行分析。

关键词：力学；建筑工程；建筑；实践

力学的知识最早起源于地自然现象的观察和在生产劳动中的经验。建筑劳动中人们使用到的杠杆、斜面、汲水器具等都对平衡物体受力产生一定的影响。力学属于七大自然学科之一，是一门系统的、独立的学科，也是一切研究对象的受力和受力效应的规律及其应用学科的总称。

一、 力学概述

物理学中"力"是一个基本概念，是指物体之间的相互作用，当一个物体受到其他物体的作用后，物体获得的速度及发生的变形都被称之为"力"，在适当的力学范围内，我们将物体形状及体积的变化成为"形变"，而将物体速度的变化称之为运动状态的变化。力是物体之间的相互作用，当物体受到一定力的作用后，存在另一个对其施加作用的物体，将前者成为受力物体，而后者则成为施力物体。只要具备力的作用，就会存在受力物体和实力物体，并且施力物体也受到受力物体的影响，对于力而言，力是看不见、摸不着的，是在长期生活实践的影响下逐渐建立起来的。

二、 建筑工程中的力学

建筑的发展中，建筑与力学密不可分，甚至可以说，没有可靠的力学和结构分析就不会建成优秀、实用的建筑。可以说，当今现代建筑的飞速发展下，对现代建筑意义而言，更为总要。对于任何一幢建筑物而言，需要通过多次的实验验证和安全评估，反之会造成不可估量的重大损失。

（一） 建筑结构的合理性

建筑物建造时，如何在具体的情况下选取较为合适的、节省材料的结构方式对工程建设而言至关重要。建筑首先应当考虑到相应地安全因素。具体来说，从静力分析、到有线单元的框架、整体结构甚至到外部的环境因素，都需要在具体的设计中被考虑到。如：对高层建筑物而言，需要做好防震设计，一些建筑物为使得防震设计具有装饰性，增加了高层建筑物在地震發生时因提高摇摆而产生巨大的剪切力，这在一定程度上导致建筑物发生时底部支撑会产生相应地疲劳断裂，严格意义上来说，这种设计是不合理的，因而这一装饰性的设计在地震来临时根本控制不住地震产生的挤压力，会在一定程度上导致大楼板块脱落、坍塌，这也在一定程度上说明我国建筑物存在诸多不合理的现象，鉴于此而言，现代工程建筑中，设计师应当基于力学的角度去考虑建筑工程的安全，切忌因美观而忽视使用功能。

（二） 建筑材料得当

建筑物中的建筑材料对建筑物的质量和性能产生本质的影响，对于建筑材料而言，材料不同，强度、刚度、稳定性、破损状况都是不同的，因此，建筑工程应用过程中需要通过各种计算机软件进行实验模拟，便于具体的建筑材料能够在施工环境中安全运用。建筑工程中，如何选用最少的建筑材料建造出最实用最安全的建筑物是建筑领域内追求的目标。具体而言，建筑施工中采用力学结构模型进行分析，对负载和、弹性性能、抗压、抗弯能力等等进行分析，尤其对钢结构和拉杆进行检测。鉴于此而言，这些都会对施工造成一定的影响。因此，建筑工程在建造之前必须经过严密的分析，在对各种情况、数据及可能出现的问题进行充分准确分析之后，找出相应地解决方法。

（三）实际环境考察和评估

建筑工程中，需要对工程实际的环境进行科学评估和考察。如：高原和平原不同，高山与土地层的分布，风载荷地震雨水冷湿等自然因素的考量，甚至有些还需要考虑到人文需求，具体而言，有些建筑物地下会建造地铁、商场，因此在施工时需要避开高层和易塌方方段。力学在现如今的应用已经遍布到各个领域，建筑随着人类文明的进步而发展起来的，对于理论而言，无论再好的理论都需要依靠具体的实践，因此，具体的建筑工程中，好的理论和方法相当重要。

三、力学发展过程中的应用实例

从新时期时代开始改善居住条件伊始，直到17世纪中叶，是土木工程萌芽到发展的阶段，力学是最早的自然现象，在此时期内奠定了力学理论基础。杠杆平衡、水中物体重心位置受到浮力影响等等为伟大的工程建设创造了无数条件，并且已经成为古代文化灿烂中最为重要的组成部分之一。土木工程发展到21世纪，已经脱离了最初的经验阶段，开始形成较为完备的理论体系，具体而言，它在建筑及灌溉的劳动中，通过斜面、杠杆及汲水等器具渐渐形成了对物体平衡的受力认识，其中牛顿和伽利略岁阐明的力学原理开启了土木工程新的起点。土木工程的前驱产生在法国，是为了培养建造道路、河渠和工程师。直到1856年，贝塞麦转炉炼钢后，土木工程中越来越多应用到了钢材开启了土木工程的第二次飞跃。18世纪产业革命的出现为土木工程提供了性能较好的建筑材料和施工器具，并且随着波特兰水泥的制成，形成较为美观的工程结构和混凝土，它给建筑物带来了新的发展经济，实现了土木工程的第三次飞跃，此时的土木工程产生了新的施工技术及工程结构设计理论。当今，社会生产力飞速的发展下，实现突飞猛进的科学进步，并且土木工程也见如来崭新时代，此外，工程的建筑材料、施工技术、设计理论等也趋向新的发展趋势，而且，理论研究较为精密、材料质量更加上乘，施工工程更加趋向工业化发展。

三、 力学在工程中的具体应用

（一） 固体力学

建筑工程中力学的应用，有可能会突破连续介质的力学模型和体系，可能会包括某些宏观力学，起到一定的敏感作用和微观因素，并且在演化的过程中，强化相应地符合材料，立足于韧化和功能化的科学认识之上。固体力学将力-热-电-磁融为一体，可控制、转化机械力学的电、磁、热效应，并且能够有效地解决微机械、微工艺、微控制等方面的问题。固体力学属于非线性动力学，能够在一定程度上实现非平衡统计和力学概念的丰富。现如今，随着计算机技术的发展，分子动力学等微观的模拟方法、复杂结构的仿真分析将大大地促进了固体力学和工程设计上的发展和进展。总的来说，固体力学在上述的发展中，势必会推动工程技术和科学的进步和发展。

（二） 建筑设计

适用、经济、美观的建筑物是建筑师所追求的设计目标，可以说，经济、适用、美观的建筑物需要具备艺术、美学等众多方面的理论知识，包括建筑力学和结构方面的内在知识，以便于在建筑结构的设计工作中可选择较为合理的结构形式，并且能够在经济、安全的前提下，实现较为完善的建筑构思，最终体现力与美的相互结合。对于建筑工程师而言，需要做好建筑工程中的各个协调工作，在设计初期确定承重结构，并且还应该向建筑结构工程师提出合理的结果要求，结构工程师在整个设计的过程中应尽可能对结构进行研究。具体而言，建筑中建设展览馆、层高、跨度等方面，都需要用到相应地力学结果，并且应用到的力学是基础力学。

参考文献：

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作者姓名： 张兴兰 出生年月：1968年02月 性别： 女 籍贯： 甘肃 最高学历： 本科 目前职称： 工程师 主要研究方向： 力学在机械工程、建筑工程技术中的应用