刍议力学在建筑工程中的有效应用

龚照惠

摘要：众所周知，现今人类社会的发展是十分迅速的，人们在不断的建筑实践及建构中总结建筑施工的经验，并发展成我们现今学习的力学理论以及方法。我们可以看到这些理论现今几乎已经被应用到社会生活中的所有领域。本文对力学在建筑工程中的有效应用进行分析，并通过简单实例的分析探讨了力学如何实现在建筑工程中的有效应用。

关键词：力学；建筑工程；有效应用

与建筑工程联系最为紧密的就是力学，力学验证后才能保证建筑物投入使用后的安全性。现代建筑在社会得到大发展的前提下，规模及建筑层数都在不断扩大、增加，这就对建筑物的抗震能力及抗风能力有了更高的要求。任何一座建筑在建设初期，都需要经过多次的实验及评估工作，实验通过后才能投入使用，否则很有可能导致出现严重损失[1]。在这种形势下，如何实现建筑安全性已经成为建筑的核心，尤其是对于工程安全因素及外部因素来说，都是社会关注的焦点。这从另一个侧面也说明，如果我们想要今后投入到建筑行业中，必须要做的工作就是学好力学知识，利用专业的力学知识去设计建造建筑，保证建筑物的安全性。

一、力的概念

“力学”是物理学中涉及到的重要概念，指的是物体间的相互作用。当一个物体受到来自其他物体的作用时，物体所获取的速度及出现的变形都称为“力”。在力学范围中，将物体出现的形状及体积变化称为形变，将物体出现的速度变化，如速度大小及方向发生改变，都称为运动状态发生变化。力是物体或物质间的一种相互作用，因而当物体受到来自力的作用时，也一定存在另一個物体对其施加的作用，前者是受力物体，后者为施力物体[2]。只要出现力的作用，就一定会有受力物体与施力物体，且施力物体本身也是受力物体，受力物体也是施力物体。力是无形的，是我们在不断的生活实践中建立起来的一个概念。

二、建筑工程中的力学

在建筑工程发展中，力学与建筑的关系是显而易见且不可分割的。因此，要想建设实用且安全的建筑，就需要先对结构进行科学的力学分析。也就是说，现代建筑的发展对于人类发展具有重要意义，而对于建筑而言最重要的就是其安全性，要想实现建筑的安全性，就必须要对其进行力学结构分析。

1、建筑结构合理性。在对建筑物进行建造时，最为关键的是在建设过程中依据工程具体情况选择最合适最科学的结构方式[3]。并且在建筑施工中，安全问题也是建筑中涉及的最重要问题。在对建筑物具体设计时，需要对建筑物的整体结构、外部环境及静力分析等因素充分考虑。如在对高层建筑建造时，需要对防震设计工作科学设计，一些建筑物在设计时为了使得防震装置更为美观，导致防震设置设计不合理。当地震发生时，导致高层建筑因摇摆力度增加，从而导致出现较大的剪切力，最终造成底部支撑出现断裂。经过设计施工人员的分析，这种设计合理度不高，因而当地震出现时，设计很难有效抵抗地震，还可能出现大楼坍塌及板块脱落等情况。这从侧面也说明了我国建筑行业中出现了较多不科学的行为，影响建筑安全性[4]。这也教育我们在今后从事建筑相关工作时，一定要从实际出发，最大程度提高建筑物设计的合理性，不能依照经验行事，或一味提升建筑物的美观度，导致建筑物安全不能得到保证。

2、建筑材料得当。在建筑物建造过程中所使用的诸多材料对建筑物性质及质量将会产生直接影响。从材料上来看，材料类型的不同，所具有的稳定性及刚度、强度都是有所差异的，因此，在建筑工程应用过程中需要充分利用计算机开展实验模拟运行，使得建筑材料在施工中的使用更为安全。在施工过程中，应该将最少的材料发挥出最大的价值，保证建筑物的可靠性。具体来说，建筑工程在施工过程中需要利用力学模型对抗压能力、抗弯能力、弹性性能负载等进行检测，尤其需要检测拉杆及钢结构。由此可见，他们也会对施工过程带来较大影响。因此，在每项工程施工前，我们都需要对工程出现的各种情况进行谨慎分析，包括在建造过程中可能出现的问题，在深入分析后选择出科学的解决方式。

3、对实际环境需要综合考察。在建筑工程施工中，需要对工程中出现的实际情况进行考察分析。如土地层及高山的分布情况，在平原中建造与在高原中建造情况的差异，以及对地震及风力等自然因素影响的考察。必要的时候，还需要对建筑物建造的人文需求进行充分考虑。一些建筑物为了满足发展的需要，还会在地下建造地下商场或地下停车场等，因此，在开展施工的时候，需要避开塌方处及高层。在我们现在的生活中，力学不再是束之高阁的理论思想，它充分融入我们的生活，在生活的多个领域内都有应用。而由于建筑与力学之间的关系，力学也将在建筑行业得到充分应用。

三、力学在工程中的具体应用

1、固体力学。在建筑工程中使用力学，可能会使得连续介质的力学体系及模型被打破，而其中可能会包含宏观力学的内容，进而起到一种微观因素的作用。另外，在力学演变过程中，加强符合材料，这是基于韧化及功能化的科学层面。固体力学将磁、电、热、力进行有机融合，实现对机械力学热、磁、电效应的有效控制与转变，并可对微控制、微工艺等方面的问题进行较好解决[5]。固体力学为非线性动力学，在一定程度上可对力学概念进行丰富，并对非平衡统计学进行丰富。现今，由于计算机技术的发展，分子动力学的存在及基于模拟方法的仿真分析都将会促进固体力学的极大发展。总的来说，固体力学在不断发展中，也一定会推动工程技术的发展。

2、建筑设计。每一位建筑师在设计建筑时，都追求建筑的美观性、实用性及经济性。可以说，建筑的美观性、实用性及经济性设计也是需要与艺术、美学等相关的理论知识，包括力学及结构上的内在知识，以便在建筑结构设计中可选择合理科学的结构形式，并在实现建筑物安全性及经济性前提下，实现完整的建筑构思，最终实现建筑物力与美的结合。对建筑工程师来说，需要对建筑工程施工中的各项工作进行协调，在设计之初需要确定建筑物的承重结构，还应该向工程师提出具体且合理的结果要求。而结构工程师在设计中应该尽可能对结构实施研究，具体来说，在建筑物层高及跨度等方面，都需要应用到力学的结构知识，而且应用最多的力学知识是基础力学。endprint

四、力学在建筑中的应用实例分析

由上文我们可知，力学与建筑的关系是十分紧密的，但我们对其关系的了解只停留在理论层面，缺乏可感知的实践了解。下面，我们将选取实例对力学在建筑中的应用效果进行分析，阐述了力学对建筑安全性的重要性。某楼为18层钢筋混凝土剪力墙结构住宅楼，建筑面积约为1.5万m2，总高度达到57m。当完成建筑物的室外装修及室内部分装饰及地面工程时，发现建筑物向东北方向倾斜，顶端水平位移达到465mm。导致建筑物这次事故出现的原因在于桩基整体失控。为了对因不均匀沉降导致出现的倾斜进行合理控制，采取在倾斜侧减载及在对应侧加载的方式，并辅助利用注浆、增加锚杆静压桩及高压粉喷等措施，使得倾斜在一段时间内得到控制。我们都知道桩基在建筑中的作用是非常重要的，而导致这次事故出现的主要原因就在于大量工程桩出现偏斜。基坑内共有335根桩，歪桩达到173根，占51.64%。歪桩最大偏位为1.70m。由于桩基出现的不均匀沉降导致其也出现不同程度倾斜。而桩基位置不同，所承受的力也将是有很大差别的。桩基在不同力的作用下，产生弯曲形变。并且，由于桩基出现错位，导致整栋建筑都出现傾斜。该楼的地基是通过工程勘察的，勘察报告中提议使用大口径钻孔灌注桩，桩尖持力层多选用砂卵石层。但建设单位为了节省投资，建设单位在基坑南侧及东南段打下5排粉喷柱，并在基坑西段打下2排粉喷柱，其余抗边进行放坡处理，导致基坑未完全封闭。这样基坑在开挖后，边坡也出现滑移，进而导致险情出现。另有在地下室底板标高上往上提高了2m，使得已经完成的根桩全部都要接长2m，接桩处也因此成为整个桩体最为薄弱的地方，一些桩体甚至成为了折线形，而在水平推力作用下，接桩处将会对首先破坏。通过对该实例的分析，我们可以得出在建筑施工中需要充分考虑到建筑物中各种力的作用，且如果为了片面节省投资违反建造的规律，将会导致十分严重的后果。

五、结语

建筑发展与力学出现与发展是有紧密联系的，可以说若没有力学的理论支持就没有安全性符合要求的建筑。尤其是在现今社会中，各种高层建筑、地下工程频繁建立，在施工前都需要做好力学的实验验证，否则可能会影响建筑使用的安全。

参考文献

[1] 郝艳领，王刚，王庆辉.深基坑支护施工技术在建筑工程中的应用分析[J].门窗，2014，01：89+92.

[2] 余少乐，张其林，陈海洲，王国欣，张晓勇.塑料模板在建筑工程中的应用研究[J].施工技术，2014，4305：29-32.

[3] 李振浩.浅谈力学在土木工程中的应用与发展[J].科技资讯，2015，1332：56-57+59.

[4] 李凯凝.力学在建筑工程中的有效应用分析[J].低碳世界，2016，22：153-154.

[5] 胡潇，丁南生.FRP筋的力学性能及在建筑工程中的应用[J].四川建筑，2007，04：189-190.endprint