浅谈建筑物中物理知识的应用

吴润东

摘 要：随着社会的发展，建筑物建的越来越壮观，越来越雄伟，建筑物的结构及配套设施蕴含着丰富的物理知识。建筑师要设计出适用、经济、美观的建筑物，必须具备美学、艺术、生成等各方面的理论知识。在安全和经济的前提下，建筑师在应用物理知识的情况下实现自己的建筑构思，体现物理与艺术的完美结合。本文将从建筑中力学、热学、声学、光学等四个方面应用的物理知识进行详细的介绍。

关键词：物理知识；建筑学；应用

中图分类号：G623 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）18-0079-01

1 引言

从生活走向物理课堂，从物理课堂走向生活，利用物理知识中力学原理可以建造雄伟壮丽的高楼大厦，坚固的公路桥梁，充满艺术感的雕像雕塑；物理中的热学知识应用可以让我们的房间冬暖夏凉，尤其是隔热保温材料的应用、暖气片安装放置巧妙的利用，让房间更节能；建筑中常常将利用太阳光的热效应的原理，在建筑物上放置吸收板，将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用，现在太阳能热水器就是利用这一原理。很多物理学知识都融入到建筑学中的每一个角落。

2 建筑物中物理知识的应用

2.1 建筑物中力学知识的应用

物理中的结构力学知识告诉我们，雄伟建筑拔地起离不开地基承受力的牢固结实。当楼层比较低时常常采用把地基挖深一些，地基比楼房墙体的厚度宽上几倍，这是以增大底面接触面积，达到减小压强的目的；楼层较高的房子，往往采用“箱形地基”来解决问题。即除了把地基挖深一些，将楼房的整个底面积都作为地基，进一步增大底面积，减小压强；高层住宅以及摩天大楼，建筑师除采用“箱式地基”以外，还采用“打桩”的方法来降低楼房的重心，以增大楼房的稳度[1]。一座座雄伟的建筑物拔地而起，其基底、基础、柱、梁、板墙体，以及房顶，无一不是靠力学原理层层支撑着。建筑物的稳定、美观、适用是三个重要问题，其中稳定是第一位的。可以说没有可靠的力学与结构等物理分析就没有安全而又实用的优秀建筑的。

2.2 建筑物中热学知识的应用

建筑学中常常提到我国北方住宅的外墙总是要比南方的厚很多，原因在于冬季保暖的需要，厚厚的外墙可阻隔热量向扩散，减弱热量的散失从而达到增强保温效果。另外，北京，尤其东北地区的建筑物常常采用采用双层玻璃窗，甚至是三层玻璃窗，两层玻璃层之间的真空层。这样的真空层既增加空气保温层的厚度，又避免对流传热，增大了窗的热阻，从而达到卓越的保温效果[2]。在武汉等称为火炉的地区，夏季极其炎热，住在顶层的居民经常会感到非常炎热。这多半是由于该屋面板是钢筋混凝土，其材料的热容量太大，吸收了大量的太阳辐射热而导入室内所致。因此常常会看到北方的房屋顶采用两坡式房顶或房顶下设吊平顶来增加空气层厚度起隔热的效果，这样可以为减少热流量，就要增大热阻；南方的房顶上加设隔热层或砌筑通风屋面以增大传热距离，能够达到隔热降温作用。

2.3 建筑物中光学知识的应用

建筑物采光是建筑中极为重要的设计之一，是体现建筑物与自然结合的艺术美感的重要表现。采光通常可分为照明光和其他光，照明光是将天然光和人工光在建筑中的合理利用，创造良好的光环境，满足人们工作、生活、审美和保护视力等要求，是建筑物理的重要组成部分。例如，居民居住楼房要保证有合理的采光，那么建筑师在设计建造房时就要充分考虑楼与楼之间的距离，根据当地的太阳高度角θ、前一排楼房高度H及此排楼房的投影长度L，利用正切的三角函数知识即可得出楼间距。其他光是指利用光的各种物理效应，物理原理给建筑物带来其他实际用途的光。例如，在建筑物上放置吸收板，将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用，现在太阳能热水器就是利用这一原理。

2.4 建筑物中声学知识的应用

建筑物上的声学问题常常涉及两种，其一是使想听到的聲音听清晰，即室内音质问题；其二是不想听到的声音尽量使其听不到，即噪声控制。物理课堂上学习过，声音是由振动发生的，并且通过空气、水等作为媒体介质进行传播。而课堂上也学过减弱生源的途径有三条，即在声源处减弱、在传播过程中减弱以及在接收处减弱。电影院、音乐厅等房间的天花板和墙壁上装有很多不同的材料，有木板、穿孔板以及中空板（它们离背后的硬壁面有一段空腔距离）。这是利用亥姆霍兹共振原理组成的吸声构造。由于所听声音的频率范围很宽，要使室内音质条件好，对不同频率的声音都要达到理想的混响时间，吸声材料要多种多样。一般说，多孔吸声材料如玻璃棉、泡沫塑料、纤维材料等主要吸收高频声。穿孔板与硬壁面之间有一段空腔距离，这种装置主要用来吸收中频声。把平板与硬壁面距一个空腔装置起来，从而可使房间内音质更加优美。

3 结语

综上所述，建筑物中到处充满着物理知识，物理知识应用也让建筑物更加雄伟壮丽，让其配套设施也能更好的服务于生活。尤其是现代建筑物以及配套设施于物理知识更加紧密相连，可以说一座优秀的建筑物是建立在物理知识基础上的。

参考文献

[1]杜嘉恒.浅析物理知识在日常生活中的应用[J].大科技，2017.

[2]徐笑迪.浅谈数学在建筑学领域中的应用[J].社会科学：引文版，2017.