芻議力學在建筑工程中的有效應用

龔照惠

摘要：眾所周知，現今人類社會的發展是十分迅速的，人們在不斷的建筑實踐及建構中總結建筑施工的經驗，并發展成我們現今學習的力學理論以及方法。我們可以看到這些理論現今幾乎已經被應用到社會生活中的所有領域。本文對力學在建筑工程中的有效應用進行分析，并通過簡單實例的分析探討了力學如何實現在建筑工程中的有效應用。

關鍵詞：力學；建筑工程；有效應用

與建筑工程聯系最為緊密的就是力學，力學驗證后才能保證建筑物投入使用后的安全性。現代建筑在社會得到大發展的前提下，規模及建筑層數都在不斷擴大、增加，這就對建筑物的抗震能力及抗風能力有了更高的要求。任何一座建筑在建設初期，都需要經過多次的實驗及評估工作，實驗通過后才能投入使用，否則很有可能導致出現嚴重損失[1]。在這種形勢下，如何實現建筑安全性已經成為建筑的核心，尤其是對于工程安全因素及外部因素來說，都是社會關注的焦點。這從另一個側面也說明，如果我們想要今后投入到建筑行業中，必須要做的工作就是學好力學知識，利用專業的力學知識去設計建造建筑，保證建筑物的安全性。

一、力的概念

“力學”是物理學中涉及到的重要概念，指的是物體間的相互作用。當一個物體受到來自其他物體的作用時，物體所獲取的速度及出現的變形都稱為“力”。在力學范圍中，將物體出現的形狀及體積變化稱為形變，將物體出現的速度變化，如速度大小及方向發生改變，都稱為運動狀態發生變化。力是物體或物質間的一種相互作用，因而當物體受到來自力的作用時，也一定存在另一個物體對其施加的作用，前者是受力物體，后者為施力物體[2]。只要出現力的作用，就一定會有受力物體與施力物體，且施力物體本身也是受力物體，受力物體也是施力物體。力是無形的，是我們在不斷的生活實踐中建立起來的一個概念。

二、建筑工程中的力學

在建筑工程發展中，力學與建筑的關系是顯而易見且不可分割的。因此，要想建設實用且安全的建筑，就需要先對結構進行科學的力學分析。也就是說，現代建筑的發展對于人類發展具有重要意義，而對于建筑而言最重要的就是其安全性，要想實現建筑的安全性，就必須要對其進行力學結構分析。

1、建筑結構合理性。在對建筑物進行建造時，最為關鍵的是在建設過程中依據工程具體情況選擇最合適最科學的結構方式[3]。并且在建筑施工中，安全問題也是建筑中涉及的最重要問題。在對建筑物具體設計時，需要對建筑物的整體結構、外部環境及靜力分析等因素充分考慮。如在對高層建筑建造時，需要對防震設計工作科學設計，一些建筑物在設計時為了使得防震裝置更為美觀，導致防震設置設計不合理。當地震發生時，導致高層建筑因搖擺力度增加，從而導致出現較大的剪切力，最終造成底部支撐出現斷裂。經過設計施工人員的分析，這種設計合理度不高，因而當地震出現時，設計很難有效抵抗地震，還可能出現大樓坍塌及板塊脫落等情況。這從側面也說明了我國建筑行業中出現了較多不科學的行為，影響建筑安全性[4]。這也教育我們在今后從事建筑相關工作時，一定要從實際出發，最大程度提高建筑物設計的合理性，不能依照經驗行事，或一味提升建筑物的美觀度，導致建筑物安全不能得到保證。

2、建筑材料得當。在建筑物建造過程中所使用的諸多材料對建筑物性質及質量將會產生直接影響。從材料上來看，材料類型的不同，所具有的穩定性及剛度、強度都是有所差異的，因此，在建筑工程應用過程中需要充分利用計算機開展實驗模擬運行，使得建筑材料在施工中的使用更為安全。在施工過程中，應該將最少的材料發揮出最大的價值，保證建筑物的可靠性。具體來說，建筑工程在施工過程中需要利用力學模型對抗壓能力、抗彎能力、彈性性能負載等進行檢測，尤其需要檢測拉桿及鋼結構。由此可見，他們也會對施工過程帶來較大影響。因此，在每項工程施工前，我們都需要對工程出現的各種情況進行謹慎分析，包括在建造過程中可能出現的問題，在深入分析后選擇出科學的解決方式。

3、對實際環境需要綜合考察。在建筑工程施工中，需要對工程中出現的實際情況進行考察分析。如土地層及高山的分布情況，在平原中建造與在高原中建造情況的差異，以及對地震及風力等自然因素影響的考察。必要的時候，還需要對建筑物建造的人文需求進行充分考慮。一些建筑物為了滿足發展的需要，還會在地下建造地下商場或地下停車場等，因此，在開展施工的時候，需要避開塌方處及高層。在我們現在的生活中，力學不再是束之高閣的理論思想，它充分融入我們的生活，在生活的多個領域內都有應用。而由于建筑與力學之間的關系，力學也將在建筑行業得到充分應用。

三、力學在工程中的具體應用

1、固體力學。在建筑工程中使用力學，可能會使得連續介質的力學體系及模型被打破，而其中可能會包含宏觀力學的內容，進而起到一種微觀因素的作用。另外，在力學演變過程中，加強符合材料，這是基于韌化及功能化的科學層面。固體力學將磁、電、熱、力進行有機融合，實現對機械力學熱、磁、電效應的有效控制與轉變，并可對微控制、微工藝等方面的問題進行較好解決[5]。固體力學為非線性動力學，在一定程度上可對力學概念進行豐富，并對非平衡統計學進行豐富。現今，由于計算機技術的發展，分子動力學的存在及基于模擬方法的仿真分析都將會促進固體力學的極大發展。總的來說，固體力學在不斷發展中，也一定會推動工程技術的發展。

2、建筑設計。每一位建筑師在設計建筑時，都追求建筑的美觀性、實用性及經濟性。可以說，建筑的美觀性、實用性及經濟性設計也是需要與藝術、美學等相關的理論知識，包括力學及結構上的內在知識，以便在建筑結構設計中可選擇合理科學的結構形式，并在實現建筑物安全性及經濟性前提下，實現完整的建筑構思，最終實現建筑物力與美的結合。對建筑工程師來說，需要對建筑工程施工中的各項工作進行協調，在設計之初需要確定建筑物的承重結構，還應該向工程師提出具體且合理的結果要求。而結構工程師在設計中應該盡可能對結構實施研究，具體來說，在建筑物層高及跨度等方面，都需要應用到力學的結構知識，而且應用最多的力學知識是基礎力學。endprint

四、力學在建筑中的應用實例分析

由上文我們可知，力學與建筑的關系是十分緊密的，但我們對其關系的了解只停留在理論層面，缺乏可感知的實踐了解。下面，我們將選取實例對力學在建筑中的應用效果進行分析，闡述了力學對建筑安全性的重要性。某樓為18層鋼筋混凝土剪力墻結構住宅樓，建筑面積約為1.5萬m2，總高度達到57m。當完成建筑物的室外裝修及室內部分裝飾及地面工程時，發現建筑物向東北方向傾斜，頂端水平位移達到465mm。導致建筑物這次事故出現的原因在于樁基整體失控。為了對因不均勻沉降導致出現的傾斜進行合理控制，采取在傾斜側減載及在對應側加載的方式，并輔助利用注漿、增加錨桿靜壓樁及高壓粉噴等措施，使得傾斜在一段時間內得到控制。我們都知道樁基在建筑中的作用是非常重要的，而導致這次事故出現的主要原因就在于大量工程樁出現偏斜。基坑內共有335根樁，歪樁達到173根，占51.64%。歪樁最大偏位為1.70m。由于樁基出現的不均勻沉降導致其也出現不同程度傾斜。而樁基位置不同，所承受的力也將是有很大差別的。樁基在不同力的作用下，產生彎曲形變。并且，由于樁基出現錯位，導致整棟建筑都出現傾斜。該樓的地基是通過工程勘察的，勘察報告中提議使用大口徑鉆孔灌注樁，樁尖持力層多選用砂卵石層。但建設單位為了節省投資，建設單位在基坑南側及東南段打下5排粉噴柱，并在基坑西段打下2排粉噴柱，其余抗邊進行放坡處理，導致基坑未完全封閉。這樣基坑在開挖后，邊坡也出現滑移，進而導致險情出現。另有在地下室底板標高上往上提高了2m，使得已經完成的根樁全部都要接長2m，接樁處也因此成為整個樁體最為薄弱的地方，一些樁體甚至成為了折線形，而在水平推力作用下，接樁處將會對首先破壞。通過對該實例的分析，我們可以得出在建筑施工中需要充分考慮到建筑物中各種力的作用，且如果為了片面節省投資違反建造的規律，將會導致十分嚴重的后果。

五、結語

建筑發展與力學出現與發展是有緊密聯系的，可以說若沒有力學的理論支持就沒有安全性符合要求的建筑。尤其是在現今社會中，各種高層建筑、地下工程頻繁建立，在施工前都需要做好力學的實驗驗證，否則可能會影響建筑使用的安全。

參考文獻

[1] 郝艷領，王剛，王慶輝.深基坑支護施工技術在建筑工程中的應用分析[J].門窗，2014，01：89+92.

[2] 余少樂，張其林，陳海洲，王國欣，張曉勇.塑料模板在建筑工程中的應用研究[J].施工技術，2014，4305：29-32.

[3] 李振浩.淺談力學在土木工程中的應用與發展[J].科技資訊，2015，1332：56-57+59.

[4] 李凱凝.力學在建筑工程中的有效應用分析[J].低碳世界，2016，22：153-154.

[5] 胡瀟，丁南生.FRP筋的力學性能及在建筑工程中的應用[J].四川建筑，2007，04：189-190.endprint