論建筑結構形式發展的力學原理

劉云波

重慶大德建筑設計有限公司

論建筑結構形式發展的力學原理

劉云波

重慶大德建筑設計有限公司

從古至今，房屋、橋梁等建筑在建造過程中都需要符合力學原理。遵循著將彎矩轉變為軸力的力學主線，貫穿著建筑史發展的全過程。運用力學原理能夠使建筑結構穩固，防止建筑物出現倒塌現象，同時，還能節約建筑材料。本文從力學主線的角度出發，分析建筑結構的發展歷程。

建筑結構形式；發展；力學原理

1 引言

隨著社會的發展，建筑業也在不斷的發展。建筑業是我國的重要支柱產業，建筑業的發展帶動著我國經濟的發展。建筑結構形式需要運用力學原理，遵循將彎矩轉變為軸力的力學主線。運用力學原理進行建筑物建設，能夠節約建造成本，避免出現倒坍現象，促進人們的生活。

2 建筑結構形式的發展史

建筑與結構是不可分割的，缺一不可。隨著經濟的發展，人們逐漸提高了對建筑結構的認識，建筑工程不僅要保證質量和性能，還需要符合美觀的要求，滿足人們的品味。因此，美觀實用和安全可靠逐漸成為建筑工程的重要評判標準。但是兩者基于不同的知識和技能，具有一定的差異，為了最大的滿足人們的需要，專業人員不斷提高這兩方面的技能，美觀實用和安全可靠的設計人員也不同。兩者的知識和技能不同，導致專業人員需要掌握的內容也不一樣。美觀實用要求專業人員掌握美術和建筑這兩方面的知識。安全可靠要求專業人員除了掌握美術和建筑這兩方面知識外，還需要掌握力學、數學、制造與施工也等專業知識。隨著建筑工程的發展，建筑工程要求專業人員掌握的專業知識也越來越多，美學、藝術等學科都需要專業人員掌握，學會運用，學習要求增多，難度也變大。建筑結構形式發展要求專業人員掌握專業知識，而專業知識又幫助建筑結構形式的發展，兩者缺一不可，相互促進。

3 建筑結構形式的劃分

3.1 按材料劃分建筑結構形式按使用材料劃分可分為木質結構、混合結構、鋼結構鋼筋混凝土結構、鋼筋混凝土與鋼的組合結構。其中，木質結構主要應用于單層建筑中，使用的材料為木制材料?；旌辖Y構主要應用于單層建筑和多層建筑，承重部分使用磚石材料，樓頂使用鋼筋混凝土材料。鋼結構主要應用于工廠房、承重能力強的廠房以及移動房等。其使用的材料主要是鋼。鋼筋混凝土結構主要應用于高層或者是多層建筑，其使用材料主要是鋼筋混凝土。鋼筋混凝土與鋼的組合結構主要應用于超高層建筑，其使用材料主要有混凝土與鋼筋。

3.2 按墻體劃分建筑結構形式按墻體劃分可分為全剪力墻結構、框架一剪力墻結構、框一一結構、簡體結構、框一一支結構、無梁樓蓋結構。全剪力墻主要應用于高層以及超高層建筑，其屬于建筑結構強度大?？蚣芤患袅Y構主要應用于高層建筑?？蛞灰唤Y構主要應用于高層和超高層建筑。簡體結構主要應用于超高層建筑?？蛞灰恢ЫY構主要應用于超高層建筑，其主要材料是鋼結構。無梁樓蓋結構主要應用于大空間和大柱網建筑。

4 建筑結構形式遵循的自然力學規律

隨著社會的發展，建筑結構形式的側重點不同，但是無論是建筑還是結構都需要遵循力學原理，保證建設和結構的安全。結構物承受著一定的荷載，其在每個截面上都會產生拉、壓軸力、剪力、彎矩、扭矩等。彎矩是最為危險的。彎矩和拉、壓軸力產生的力偶鉅是等效的。彎矩把內力作用到截面上，其內力分布不均勻。彎矩使中性層材料的力學性能得不到充分的施展。例如，一根桿件，給其施加一定的加壓力和壓力時采用軸向，折斷它的可能性很小。但是，采用橫向加力時會形成彎矩和剪力，折斷桿件就非常容易。因此，建筑結構構建為了能夠正常工作，必須要求每個截面承受剪力、拉、壓軸力、彎矩。

5 建筑結構的實例

5.1 堆砌結構古埃及金字塔就是采用堆砌結構建造的。建造者為了表達對帝王的崇拜，采用了石材進行建造，石材承壓能力強，且安全耐用。金字塔結構簡約、體積龐大，給人一種敬畏的感覺。從結構學來講，金字塔只承受壓應力，受力結構簡單。經歷了數年的風雨變化，金字塔依然屹立不倒。堆砌結構形式的受力情況符合石材的要求，受到當時人們的喜愛。但是，金字塔的建造時間漫長，運用大量的人力、物力、財力，其內部空間小，使用價值不高。隨著社會的進步，人類的需要提高，需要提高建筑結構的空間，由此，梁、板、柱結構出現在人們視野中。

5.2 梁、板、柱結構梁、板、柱結構應用的材料是木材。石材承受拉力的強度低，因此不能承受彎矩。木材能夠承受一定的拉力和壓力，值得使用。在當代，鋼材和鋼筋混凝土取代木材占據主導地位。石材雖然有一定的弊端，但是仍受到人們的認識，木材雖然受彎能力強，但是也有一定的局限。歐洲很多建筑都采用此結構。例如，愛琴文化的克諾索斯宮殿、宗教神廟等。隨后用發展了拱、殼、柱的結構。后來又出現了梁、板、拱、殼、柱的結構，其中羅馬建筑是此結構的典范。

5.3 拱、殼結構拱、殼結構深受古今中外的喜愛，拱、殼結構能夠覆蓋大跨度，代替了梁板結構。拱、殼結構符合把彎矩通過結構形式的改變轉化為軸力的規律。通過該規律建造出的結構具有堅固、耐用、不容易破壞，容易保留的特點。此結構經過無數人的實踐證明，具有可行性。實踐證明，拱結構產生的支座水平反力能夠使每一個截面生成負彎鉅，負彎矩能夠抵消正彎鉅，受壓力強。通過該結構建造的建筑物具有美觀實用、堅固耐用的優點。根據此結構建造的建筑物具有標志性作用。例如，意大利威尼斯、圣瑪麗亞.莎留特教堂、佛羅倫撒主教堂、羅馬城萬神廟、法國克勒芒-費杭圣母教堂等。

6 結束語

隨著社會的發展，建筑業也在不斷的發展壯大，高層結構的建筑在建筑中占據重要位置。建筑結構形式需要遵循力學發展規律，根據該力學規律創造出更多的新結構，促進社會建筑業的發展。

[1]王友三.建筑結構形式發展的力學原理[J].建筑工程技術與設計,2015(7):2260.

[2]黃志東,何萍.經濟發展與建筑結構形式相關性初探[J].華南地震,2014(2):103～106.

[3]于佳佳.淺談建筑結構形式及發展方向[J].建筑工程技術與設計,2016(19):3656.

[4]王軒堃.建筑結構形式發展的力學原理分析[J].建筑工程技術與設計,2016(13):3369.

[5]張繼東.現階段新型建筑結構形式的發展淺述[J].大科技,2015(12):271～272.