浅谈力学在建筑工程中的应用

孔令强

（河南工业和信息化职业学院， 河南 焦作 454000）

0 引言

建筑在人类文明的发展中起到了重要的作用，也为人类提供了舒适的物质环境。在进行建筑工程时，最主要的原理便是力学原理，这是所有工程施工时必须考虑到的因素。工程技术人员必须在充分掌握力学知识的基础上才可以进行建筑施工，了解建筑物中各个结构互相作用的情况、承压能力已经传力途径等问题是非常重要的，这对于施工环境的安全性以及建筑质量的稳定性都起到了关键性的影响。

0.1 力学的主要内容

力学既可以作为一门独立的学科存在，也可以是隶属与物理学内的一门学科。力学主要研究的就是物体之间的相互作用。如果一个物体受到了力的作用，则必然会存在另一个物体对它施加力的作用，这二者分别叫做受力物体和施力物体。只要有力的存在，就肯定会有这样的两个物体产生相互作用。我们在中学时代都学到过，力的作用是相互的。所以，受力物体也等同于施力物体，施力物体也等同于受力物体。根据力的作用效果与性质来划分，可将力分为两类。一类包括摩擦力、重力和电磁力等；另一类则包括压力、阻力和支持力等。力学是来源于生活的，并且力学的定律都是通过生活中的实践而总结验证出来的，所以源于生活用于生活，在实际生活中，力学可以帮助我们解决很多问题。特别在建筑工程领域，力学的使用更为重要且广泛。

0.2 力学与建筑力学的关联

建筑力学主要有三大组成部分，分别是结构力学、理论力学和材料力学。结构力学主要是用于对建筑工程中结构受力与传力规律的研究及优化；理论力学主要注重分析方法，并研究物体怎样在受力情况下可以维持平衡；材料力学研究的则是各种材料可以承受外力作用的极限。但是无论是结构、理论还是材料的力学，总是以力学作为基础的。于此同时，建筑工程也为力学的发展起到了非常大的推动作用，可以说二者是互相促进的。例如一些极端条件下的技术问题是无法用实验的方法来完全模拟成功的，所以建筑工程中出现的一些极端状况就成了难得的天然实验环境，这这里可以发现新的力学问题，并进行分析研究与解决，所以说建筑工程推动了力学的进步与发展。建筑力学的主要任务是使设计的建筑成为一个整体结构，而且其组成结构的构件必须要满足强度与稳定性的安全要求，并且又要节约成本与材料，以便获得最大的经济效益。建筑力学主要研究的就是建筑工程中的结构与构件，其中结构包括梁柱、板壳和网架等负责承担荷载的部分；构件则是组成结构的各个单独部分。综合上面的分析可以看出，建筑力学的前身正是力学，它是以力学原理为基础才发展起来的，并且建筑力学是对力学的扩展与应用。而与此同时建筑力学又帮助了力学原理进行补充验证。虽然力学与建筑力学存在可以共同解释的一些问题，但是它们并不是同一学科，而是相互交叉的关系。二者其中还存在着很多不能互相解释的部分[1]。

1 力学在建筑工程中的具体应用

1.1 建筑工程中压力的应用

力学中很多的基础知识可以为建筑工程提供科学的理论依据。其中压力的有关知识就是建筑工程施工时，重要的理论基础之一。在进行建筑工程施工时，对工程用料、建筑面积的设定的时，都要根据这些物体所能承受压力的范围来进行衡量。建筑最终的稳定性与压力在工程中的合理应用是密不可分的。例如如果要进行一座桥梁建筑的施工，必须先对桥墩以及桥梁的可承受压力情况进行严谨地分析，这样才能确保建成桥梁的承载力达标。而且，在验收工程时，工作人员必须要对建筑中承压的相关数据进行检测，确保质量稳固无问题。所以，压力不仅为建筑工程提供了施工的重要参考数据，也为验收工程提供了质检标准。

1.2 建筑工程中摩擦力的应用

在建筑工程中，被广泛应用到的还有摩擦力的相关知识。例如，当需要对大重量的建筑材料进行运输或者起吊的时候，就可以通过滑轮或者滑轮组来对力的方向进行调整，这样可以将原有的摩擦力由阻力变为动力；还有在进行施工时，可以适当加大工程中各个部件连接的接触面积，这样可以增加接触面的承压能力，并且通过摩擦力与重力的共同作用，使建筑物更加稳固。在建筑工程中，合理利用摩擦力不仅可以增强建筑的稳定性能，还可以降低技术成本的投资，从而提高建筑工程整体的施工水平[2]。

1.3 建筑工程中重力的应用

重力是建筑工程中最主要应用的力学原理。施工技术人员可以通过各种与重力有关的运算公式，来分析不同材料、不同情况下的力的作用。这样可以达到在进行施工之前就可以预判出实际施工的效果，并及时发现在施工中可能会出现的问题。不仅如此，重力的相关知识还可以运用到建筑材料的采购方面，在选购材料时，就要将重力因素计算在内，这样可以进一步加大建筑物的稳定性。总体来说，重力的合理应用可以提高工程的预见性，并且有效提高施工的质量与效率。

1.4 建筑工程中理论力学的应用

力学在建筑工程中得以发展，从而引申出理论力学。理论力学主要分为静力学、动力学和运动学三大类。静力学主要用于研究物体如何在受力情况下而保持平衡，并且分析出形成这种平衡力系的措施，另外静力学在受力分析方法和简化力力的方面也进行了深入的研究。动力学主要研究的是物体在做机械运动时和受到的力之间产生的关系。运动学主要研究的并不是物体产生运动的原因，而且从几盒的角度分析物体运动的过程。理论力学也是一般力学的基础。

1.5 建筑工程中固体力学的应用

固体力学是研究建筑工程中固体机械性质的主要学科，它对固体介质在外部一些因素，如温度、外力、变形等作用的影响下所产生的表现进行研究，固体力学还可以详细划分为弹性力学、塑性力学和材料力学。例如建筑工程中经常用到的杠杆原理也属于材料力学的范畴，同时在计算杆中的内力时，会用到力的合成、分解以及平衡等方面的知识。弹性力学则是将弹力与建筑的原理相结合而进行工作的。现在随着科学技术的普及，建筑工程也逐渐引用了计算机等先进的信息技术，所以可以运用固体力学进行围观模拟的方法，并对工程设计中的复杂结构进行仿真的分析。如此的发展对于建筑工程事业以及整个科学领域的进步都是一份非常强大的助力。每位建筑师都希望自己所设计的建筑物既美观又经济实用，所以在对建筑结构进行设计工作时，合理运用力学原理是十分重要的，合适的力学原理可以使建筑物在安全且经济的基础上，做出设计师想要的结构造型。建筑工程师在进行设计的初期需要对建筑的承重结构进行确定，并对于各个部分的工作进行好协调。建筑整体的层高、跨度等方方面面都离不开力学原理的辅助[3]。

1.6 建筑工程中流体力学的应用

在建筑工程中，与固体力学相对应的便是流体力学。这是一门人类与自然不断做斗争，并从实践生产中获取经验，而逐渐形成的一门学科。例如古代的大禹治水以及秦代对都江堰的修建，这些祖先的智慧历经几千年流传至今，依然发挥着强大的作用。流体力学主要的研究对象是流体，我们所说的气体和液体都属于流体的范畴。现今阶段，流体力学的发展和完善是开采地下石油与天然气能源的重要基础。总而言之，流体力学对于建筑工程的发展起到了相当重要的作用。在建筑工程中主要应用的流体力学有物理浮力定律、附体稳定性以及液体平衡理论。其中的浮力与液体平衡理论都是非常典型的力学原理。

2 结束语

建筑工程事业的发展是离不开力学的。如果没有可靠的力学作为技术后盾，就无法保障建筑建构的安全与稳定性，人类也就不会创造出那么多伟大的建筑物了。不仅如此，将力学原理合理地应用到建筑领域，现在现代高科技建筑行业发展的主流趋势，它们彼此也可以起到相互促进的推动作用。在新的形势下，对力学在建筑工程领域中应用的创新以及技术的加强是非常必要的，随着建筑事业的迅猛发展，力学的应用与研究也应提至一个更好的水平。相信有了强大发达的力学作为解释后盾，建筑工程的事业可以越来越强大，同时也为祖国的社会经济发展贡献一份力量。