浅谈力学在建筑工程中的应用*

2021-03-31魏永键兰州交通大学博文学院甘肃兰州730101

砖瓦 2021年4期

魏永键（兰州交通大学博文学院，甘肃兰州730101）

建筑对人类文明的发展起到了重要的推动作用，也为人类生活提供了舒适的居住环境。在进行建筑工程设计施工时，最主要的原理便是力学原理，这是所有建筑工程设计施工时必须考虑到的因素。工程设计人员必须充分掌握建筑力学知识才能进行建筑工程设计。了解建筑物中各个构件互相作用的情况、承载能力以及传力途径等是非常重要的，这对于建筑设计的安全性、稳定性、耐久性以及建筑工程的施工质量等都起到了非常关键性的影响。所以，建筑工程的设计、施工等离不开力学的应用。

1 力学相关内容论述

1.1 基础内容

力学是物理学的一个分支，也可以作为独立的一门基础学科，主要研究能量和力以及它们与固体、液体及气体的平衡、变形或运动的关系。现代力学由静力学、运动学、动力学组成，静力学主要研究在静力条件下力的平衡以及物体系的平衡；运动学主要研究运动物体在运动时位置的变化规律；动力学主要研究力与运动的关系。力学的建立和发展来源于人类的生产实践，经过漫长的时代，力学定律都通过了生产实践的验证。在人类的生产生活中，力学可以帮助我们解决很多实际问题，特别在建筑工程领域，力学的使用更为重要且广泛。

1.2 与建筑力学的关联性

根据建筑工程实例总结力学在建筑工程中的实际应用，主要由以下几部分构成：①结构力学，主要研究内容是针对建筑工程的结构受力情况、结构的组成规律、结构间传力规律来进行内力的计算，进而为建筑结构的设计打下基础；②理论力学，其主要内容围绕物体在受力情况下，如何进行结构优化才可以维持力学平衡状态；③材料力学，其主要研究内容围绕不同种类材料所能承受的外力情况。三种类型的力学研究计算在建筑工程中称为建筑力学，在实际应用中，建筑力学会与建筑组一个整体结构，而涉及的内容需要契合力学中的基础要求，在满足强度和安全性要求的基础情况下，可以减少施工成本和施工材料的使用，进而提升施工内容所带来的综合效益。而且建筑力学在研究中，也会对结构相互之间关系展开分析，同时也会利用力学内容进行分析，以满足相应的要求。需要注意的是，力学和建筑力学之间属于两个学科，其中还有许多不能相互解释的内容，不能对两者内容进行混淆。

2 力学在建筑工程中的具体应用

2.1 材料力学

从目前的应用情况来看，材料力学在建筑工程应用非常广泛，例如钢结构建筑的焊缝强度计算，截面的选择，承载力的计算等都要用到材料力学基础知识。在建筑工程施工过程中，工程施工材料、建筑工程面积等内容都需要满足承载力以及地基基础等的要求，并且波动范围也需要控制在合理范围内，以满足整体结构的稳固性要求。例如，在高层建筑工程施工过程中，需要对承重墙、梁结构的可承受压力进行计算，同时也需要均衡受力之间的关系，使其可以达到既定的承载力要求。另外，在建筑工程竣工时，也需要做好此方面应用数据的验收工作，并且也需要综合考量质量稳固性，使其可以达到相应的质量标准。

2.2 结构摩擦力

随着时代的发展，建筑工程飞速发展，结构摩擦力在建筑工程中也开始应用。在建筑工程施工过程中，需要使用到许多大型结构，如装配式构件、钢筋笼等，这些内容都需要满足摩擦力的基础要求，并且波动范围也需要控制在合理范围内，使结构可以顺利完成装载，转移到指定位置。例如，在装配式建筑工程施工过程中，需要对装配式楼梯、装配式梁结构的自重、吊装时力的分布等内容进行计算，同时也需要均衡受力之间的关系，使吊装过程可以达到既定的施工要求。另外，在建筑结构吊装时，也需要做好此方面的监督管理工作，查看结构相互之间的稳定性，是否存在松动、脱落的情况，及时对问题进行处理，使其可以达到相应的质量标准。

2.3 结构重力

力学在建筑工程结构重力方面也有着非常好的应用。在建筑工程施工过程中，需要使用到许多质量较大的构件，如梁结构、桩结构等，这些内容都会产生较大重力，底部结构则需要满足承重的基础要求，波动范围也需要控制在合理范围内，使结构可以处于稳固状态。例如，在建筑工程施工过程中，许多建筑工程配件都以混凝土为主，混凝土自重较大，需要在前期安装时，对自重内容进行计算，同时也需要均衡受力之间的关系，使施工结果可以达到既定的施工要求。另外，在建筑结构安装时，也需要做好结构重力内容的调试工作，借此来满足结构相互之间稳定性的基本要求，达到相应的质量标准。

2.4 理论力学

力学在建筑工程理论力学方面也有着非常好的应用。在建筑工程施工过程中，所用到的理论力学可以细分为静力学理论、动力学理论和运动学理论三类。以静力学理论为例，在结构研究过程中，这些结构相互之间需要维持比较稳定的静力状态，即使出现了动力摩擦，但是波动范围也需要控制在合理范围内，使结构可以处于稳固状态。例如，在建筑工程施工过程中，会使用到许多的结构配件，结构配件相互之间会处于静力平衡的状态，同时也需要做好相应的计算工作，均衡受力之间的关系，而且还需要查看结构是否存在应力集中的情况，及时做出相应调整，满足结构稳定性要求。

2.5 固体力学

力学在建筑工程固体力学方面也有着非常好的应用。在建筑工程施工过程中，所用到的固体力学是指介质所受外部作用后的影响情况，如温度、外力作用等，也可以将该内容细分为弹性力学、塑性力学和材料力学，以弹性力学为例，在结构研究过程中，这些结构相互之间也保持着弹性模量的稳定性。例如，在建筑工程施工过程中，许多结构件相互之间保持着弹性平衡，同时需要做好相应的计算工作，均衡受力之间的关系，对于结构弹性模量进行梳理，做好力学稳定性的调整处理，使结构可以满足稳定性要求[1]。

2.6 流体力学

力学在建筑工程中除了在上述方面的应用，流体力学在建筑工程的施工中也起着非常重要的作用。在建筑工程施工过程中，所用到的流体力学是指物体受液体影响所产生的力学内容，如浮力、承压力等。在结构研究过程中，这些结构相互之间需要维持在稳定范围内，达到既定要求。例如，在建筑工程施工过程中，许多结构件会受到地下水产生的浮力作用，基于此需要做好相应的计算工作，均衡受力之间的关系，以此为基础来完成抗浮设计，或者利用降水井来完成降水作业，使结构力学可以维持在非常稳定的状态，可以满足稳定性要求[2]。

3 力学在建筑工程中应用时的注意事项

3.1 材料选择

为了满足建筑工程的作业要求，需要做好设计内容的优化处理，这也是施工材料选择过程中需要着重关注的内容。在具体的选择中，需要对建筑工程本身的设计风格、建筑功能、具体用途进行考量，从而进行施工材料的有序选择。目前在建筑材料的选择中，所应用到的材料种类包括塑性材料和脆性材料，前者在应用中具备良好的弹性应力条件，可以抵消部分外力影响，使结构更加稳固；后者则具备良好的刚性，可以确保结构外形稳定性。在实际选择中都会结合实际情况进行选择，以满足建筑工程力学的相关要求[3]。

3.2 结构选择

在力学理论的应用中，还需要做好结构选择的相关性内容。在实际应用过程中，需要基于力学理论来优化结构设计内容，如结构横截面、正应力情况、抗弯截面等。以梁体结构为例，在对其进行优化设计时，结构与抗弯截面之间正应力呈现反比关系，同时稳定性也和截面正应力呈正比关系，基于此在实际应用中来选择最为恰当的结构，同时也需要合理配置梁结构的支座、适当降低梁结构的自身重量，在满足结构稳固性的基础上，减少施工材料的使用量[4]。

3.3 环保材料应用

除了上述提到的应用内容外，在实际应用中，还需要注重环保材料的应用。在实际应用中，需要对环保材料的经济效益、生态效益进行综合考量，基于此来匹配恰当的环保材料。而且环保材料在具体地应用过程中，也需要对材料抗震性能、力学性能、经济性能进行分析，同时搭配着合理的施工计划，细化施工过程中需要注意的内容，从而减少建筑垃圾的出现，避免环保材料对周围生态环境带来负面影响，从而促建筑进行业经济的健康发展[5]。