(应用物理论文）建筑中的物理学.doc

建筑中的物理学 组长：陈业旺(201010800035) 组员：史慧佳(201010800009) 罗 媚(201010800031) 覃翠玲(201010800043) 杨淑宇(201010800073) 课题《建筑中的物理学》主要从以下五方面论述： 第一，建筑中的力学 第二，建筑中的热学 第三，建筑中的声学 第四，建筑中的光学 第五，建筑的外部构造 一.建筑中的力学 比萨斜塔 比萨斜塔在建筑的过程中就已出现倾斜，原本是一个建筑败笔，却因祸得福成为世界建筑奇观，是世界著名旅游观光圣地。但随着时间的推移，斜塔倾斜角度的逐渐加大，到上个世纪九十年代，已濒于倒塌。 比萨斜塔拯救工程于1999年10月开始，采用斜向钻孔方式，从斜塔北侧的地基下缓慢向外抽取土壤，使北侧地基高度下降，斜塔重心在重力的作用下逐渐向北侧移动。塔身倾斜度从原来的5.5度挺直为现在的3.99度。刚开始时，比萨斜塔有5.5度的倾斜度，但是，为何它倾而不倒呢？这就涉及到物理学上的知识了。 稳定的建筑物是该建筑物的重心铅垂线一定要落在作为支撑的基底面以内。 意大利比萨斜塔能以斜而不倒著称于世界，就是由于该塔的重心铅垂线落在塔基底面以内。 八角碉楼 四川省马尔康县直波村，有一座修建于清朝乾隆年间的43米高的八角碉楼，半个多世纪来，已经倾斜2.3米，经历3次大地震而屹立不倒，被称为中国版的 “比萨斜塔”。 二.建筑中的热学 根据热力学第一定律dQ=dE+dW，当材料不受约束时,对外界所做的功dW = 0，则dQ=dE，即物体吸收的热量等于内能的增量。当温度升高时, 材料吸收的热量dQ0, 则内能的增量dE0。 材料原子在其平衡位置周围振动加剧,其原子间隔随振动加剧而增加, 宏观上表现为材料受热膨胀。 反之,当温度降低时则表现为冷缩。假设材料为弹性体， 根据虎克定律得 (1) 热变形公式为 (2) 在完全约束的条件下,把(2)式代入(1)式得 (3) 式中, ——材料内部温度附加应力, MPa; ——材料热膨胀系数, ; E —— 材料弹性模量, MPa; ——温度差, ℃. 对土木建筑中最常用的混凝土材料来说,其热膨胀系数为左右, 弹性模量为MPa左右,当温度差为-25℃时，根据式(3)可得，内部产生的温度附加应力为 (拉应力)。当混凝土设计级为C30时, 抗拉强度只有2MPa 左右。可见温度附加应力是混凝土抗拉强度的三倍有余, 即使考虑了混凝土的塑性变形, 其温度附加应力也足以使混凝土开裂。 在土木工程设计、施工中一般采用以下几种措施来防止热胀冷缩变形引起建筑物的开裂。 (1)设置温度伸缩缝。在工业与民用建筑中,一般房屋结构长度大于30m时应考虑设置温度缝, 地上部分完全断开, 基础部分温度不大,可以不断开。 对于水泥混凝土路面,一般每隔5m左右设置一道温度缝,并在其间注入沥青,保证路面能自由胀缩。对于水利工程中的混凝土重力坝,一般每隔16m左右设置一道温度缝,其间设止水防漏。（混凝土水泥路也有，可举例） (2)采用静定结构。 (3)减小温度差。混凝土是热的不良导体,传热很慢,因此在大体积混凝土硬化初期,由于内部水泥水化放热而积聚较多热量,造成混凝土内外温差很大,有时可达到40～50℃,从而导致混凝土内部热胀大大超过混凝土表面的膨胀变形,使混凝土表面产生较大拉应力而遭开裂破坏。工程施工中常采取人工降温措施,如在混凝土内部预埋水管,管内通冷水使其降温。 ( 4) 采用塑性建筑材料。在满足结构要求前提下,适当采用塑性材料,可以减小或消除温度附加应力,防止开裂。如我们常见的沥青混凝土路面。 三.建筑中的声学 上海音乐厅 波士顿交响音乐厅 赛宾混响时间公式 T60---混响时间 K ---与空间湿度有关的常数，一般取K=0.161s/m V---闭室的容积 A---总吸声量、赛宾值 所谓混响，是指声源停止发声后，在声场中还存在着来自各个界面的迟到的反射声形成的声音“残留”现象。这种残留现象的长短以混响时间来表征。 混响时间过短，声音发干，枯燥无味，不亲切自然；混响时间过长，会产生干扰，从而使声音含混不清；合适时声音圆润动听。混响时间是声学设计中声能定量估算的重要评价指标。适合电影放映的混响时间一般不超过0.8秒，适合音乐厅的混响时间一般是1.5秒，该公式首先成功使用在波士顿交响音乐厅的设计上。上海音乐厅达到了这个指标。 四.建筑中的光学 建筑光学是研究天然光和人工光在建