力学与建筑的关系.docVIP

简述力学与建筑的关系 简述力学与建筑的关系 摘要： 本文作者对建筑结构的发展进行了阐述，也对建筑力学的发展进行了分析，阐述了建筑结构发展与建力学发展的协同关系，指出了建筑结构的发展是基于建筑力学发展的基础上，建筑结构发展的需求对建筑力学的发展提出了要求和研究方向；同时建筑力学的发展为新型建筑结构的创新、开发与利用提供可能。文章最后指出了目前建筑结构和建筑力学研究的不足处和日后研究发展的方向。 关键词： 建筑结构；建筑力学；发展；关系 一、 前言 力是物体对物体的相互作用，力有三个要素：大小、方向、作用点。同时由力的定义，我们能理会到作用力与反作用力的存在。力学非常广泛，有众多门派和分支，内容浩瀚繁杂，而与建筑结构密切联系的是力学中的一个分支——建筑力学。 建筑力学研究建筑结构及其构建在荷载作用下维持平衡的条件以及承载力的计算问题，为建筑结构提供理论基础。 建筑结构是房屋建筑中能承受荷载并能起骨架作用的体系，为建筑提供合乎使用的空间。二者相辅相成 建筑材料的开发利用与研究提供了建筑结构的突飞猛进发展的平台，早期人们用土和木作为建筑材料盖房，只能做到夯土为台，掘土为穴，以木做梁、以木为柱，大兴土木的由来也就为此，建筑物无论从实用和功能上将都是十分有限。后来出现了砖和瓦等人工建筑材料，使建筑冲破了天然建材的束缚，得到了历史性的发展，当然这个发展的历程很长。砖和瓦具有比土更优越的力学性能，可以就地取材，而又易于加工制作，使得建筑物的高度和规模得到了进一步的发展，房屋和城防工程的建设才得以实现。偶后的原始人工胶结材料的发明与应用，才使得万里长城等宏伟的建筑物得以屹立于地。 这一建材第一次飞跃持续两千多年，在这段漫长的时间里，砖和瓦一直是重要建筑材料，在建筑历史上刻下了辉煌的成绩，为人类文明作出了伟大的贡献，甚至在目前还被广泛采用。 钢材的出现与应用是建材的第二次飞跃。十七世纪 70年代开始使用生铁、十九世纪初开始使用熟铁建造桥梁和房屋，这是钢结构出现的前奏。从十九世纪中叶开始，冶金业冶炼并轧制出抗拉和抗压强度都很高、延性好、质量均匀的建筑钢材，随后又生产出高强度钢丝、钢索。于是适应发展需要的钢结构得到蓬勃发展。除应用原有的粱、拱结构外，新兴的桁架、框架、网架结构、悬索结构逐渐推广，出现了结构形式百花争艳的局面。 建筑材料的发展之所以能够带动、推动建筑的发展，是因为新开发使用的建材的较之原先建材的良好的力学性能。砖和瓦的抗压性能、抗折性能、抗弯性能、抗剪性能较之钢材差得远、但较之泥土来说又要好得多。 建材的性能制约着建筑物的结构和规模，建筑物跨径从砖结构、石结构、木结构的几米、几十米发展到钢结构的百米、几百米，直到现代的千米以上。于是在大江、海峡上架起大桥，在地面上建造起摩天大楼和高耸铁塔，甚至在地面下铺设铁路，创造出前所未有的建筑奇迹。 建筑的发展需要，促进了建材的发展，建材的发展进一步推动建筑力学的发展。它们是环环相扣，相互关联。 为适应钢结构工程发展的需要，在牛顿力学的基础上，材料力学、结构力学、工程结构设计理论等就应运而生。施工机械、施工技术和施工组织设计的理论也随之发展，建筑工程从经验上升成为科学，在工程实践和基础理论方面都面貌一新，从而促成了建筑结构更迅速的发展。 水泥的发明与应用，可谓是建筑业中建材的第四次飞跃。在人类早期的建筑活动中，石灰、石膏是最早被使用的胶凝材料。，直到罗马水泥和波特兰水泥问世，才逐渐被取代。世纪初，随着现代工程的发展，石膏、石灰、波特兰水泥等胶凝材料已不能满足特种工程的需要，必须开发研究新胶凝材料。一方面通过调整波特兰水泥的矿物组成，获得了一大类具有特殊性能的特种水泥，如快硬水泥、低热和中热水泥、抗硫酸盐水泥、油井水泥、膨胀水泥、白色水泥、彩色水泥和抗菌水泥等。另一方面通过改变原材料种类，研制成功了铝酸盐、硫铝酸盐和氟铝酸盐等系统的特种水泥，如快硬水泥、型砂水泥、耐火水泥、防辐射水泥和防藻水泥等。此外，还对磷酸盐、水玻璃、镁质和硫磺等气硬性胶凝材料进行研究，并取得成功。一大批新无机胶凝材料的产生，促进了工程的发展。 轻钢建筑在一些发达国家已被广泛应用于工厂、仓库、体育馆、展览馆、超市等建筑。所谓轻钢是指以彩钢板作为屋面和墙面，以薄壁型钢作檩条和圈梁，以焊接建筑钢结构由于人类文化生活不断提高，对高层、大跨度建筑的要求也就越来越高。而钢结构本身具备自重轻，强度高，施工快等独特优点，因此对高层、大跨度，尤其是超高层、超大跨度，采用钢结构更是非常理想。目前世界上最高，最大的结构采用的都是钢结构，而历届奥运会的场馆也多采用钢结构。巨型钢结构为高层或超高层建筑的一种崭新体系，它是为了满足特殊功能或综合功能而产生的。它具有良好的建筑适应性和潜在的高效结构性能，是一种很有发展的结构。大跨度或较大跨度大都采用钢