芻議力學(xué)在建筑工程中的有效應(yīng)用

龔照惠

摘要：眾所周知，現(xiàn)今人類社會(huì)的發(fā)展是十分迅速的，人們?cè)诓粩嗟慕ㄖ?shí)踐及建構(gòu)中總結(jié)建筑施工的經(jīng)驗(yàn)，并發(fā)展成我們現(xiàn)今學(xué)習(xí)的力學(xué)理論以及方法。我們可以看到這些理論現(xiàn)今幾乎已經(jīng)被應(yīng)用到社會(huì)生活中的所有領(lǐng)域。本文對(duì)力學(xué)在建筑工程中的有效應(yīng)用進(jìn)行分析，并通過(guò)簡(jiǎn)單實(shí)例的分析探討了力學(xué)如何實(shí)現(xiàn)在建筑工程中的有效應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：力學(xué)；建筑工程；有效應(yīng)用

與建筑工程聯(lián)系最為緊密的就是力學(xué)，力學(xué)驗(yàn)證后才能保證建筑物投入使用后的安全性?，F(xiàn)代建筑在社會(huì)得到大發(fā)展的前提下，規(guī)模及建筑層數(shù)都在不斷擴(kuò)大、增加，這就對(duì)建筑物的抗震能力及抗風(fēng)能力有了更高的要求。任何一座建筑在建設(shè)初期，都需要經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)及評(píng)估工作，實(shí)驗(yàn)通過(guò)后才能投入使用，否則很有可能導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p失[1]。在這種形勢(shì)下，如何實(shí)現(xiàn)建筑安全性已經(jīng)成為建筑的核心，尤其是對(duì)于工程安全因素及外部因素來(lái)說(shuō)，都是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。這從另一個(gè)側(cè)面也說(shuō)明，如果我們想要今后投入到建筑行業(yè)中，必須要做的工作就是學(xué)好力學(xué)知識(shí)，利用專業(yè)的力學(xué)知識(shí)去設(shè)計(jì)建造建筑，保證建筑物的安全性。

一、力的概念

“力學(xué)”是物理學(xué)中涉及到的重要概念，指的是物體間的相互作用。當(dāng)一個(gè)物體受到來(lái)自其他物體的作用時(shí)，物體所獲取的速度及出現(xiàn)的變形都稱為“力”。在力學(xué)范圍中，將物體出現(xiàn)的形狀及體積變化稱為形變，將物體出現(xiàn)的速度變化，如速度大小及方向發(fā)生改變，都稱為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。力是物體或物質(zhì)間的一種相互作用，因而當(dāng)物體受到來(lái)自力的作用時(shí)，也一定存在另一個(gè)物體對(duì)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(xiàn)力的作用，就一定會(huì)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(wú)形的，是我們?cè)诓粩嗟纳顚?shí)踐中建立起來(lái)的一個(gè)概念。

二、建筑工程中的力學(xué)

在建筑工程發(fā)展中，力學(xué)與建筑的關(guān)系是顯而易見且不可分割的。因此，要想建設(shè)實(shí)用且安全的建筑，就需要先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的力學(xué)分析。也就是說(shuō)，現(xiàn)代建筑的發(fā)展對(duì)于人類發(fā)展具有重要意義，而對(duì)于建筑而言最重要的就是其安全性，要想實(shí)現(xiàn)建筑的安全性，就必須要對(duì)其進(jìn)行力學(xué)結(jié)構(gòu)分析。

1、建筑結(jié)構(gòu)合理性。在對(duì)建筑物進(jìn)行建造時(shí)，最為關(guān)鍵的是在建設(shè)過(guò)程中依據(jù)工程具體情況選擇最合適最科學(xué)的結(jié)構(gòu)方式[3]。并且在建筑施工中，安全問(wèn)題也是建筑中涉及的最重要問(wèn)題。在對(duì)建筑物具體設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)建筑物的整體結(jié)構(gòu)、外部環(huán)境及靜力分析等因素充分考慮。如在對(duì)高層建筑建造時(shí)，需要對(duì)防震設(shè)計(jì)工作科學(xué)設(shè)計(jì)，一些建筑物在設(shè)計(jì)時(shí)為了使得防震裝置更為美觀，導(dǎo)致防震設(shè)置設(shè)計(jì)不合理。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，導(dǎo)致高層建筑因搖擺力度增加，從而導(dǎo)致出現(xiàn)較大的剪切力，最終造成底部支撐出現(xiàn)斷裂。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)施工人員的分析，這種設(shè)計(jì)合理度不高，因而當(dāng)?shù)卣鸪霈F(xiàn)時(shí)，設(shè)計(jì)很難有效抵抗地震，還可能出現(xiàn)大樓坍塌及板塊脫落等情況。這從側(cè)面也說(shuō)明了我國(guó)建筑行業(yè)中出現(xiàn)了較多不科學(xué)的行為，影響建筑安全性[4]。這也教育我們?cè)诮窈髲氖陆ㄖ嚓P(guān)工作時(shí)，一定要從實(shí)際出發(fā)，最大程度提高建筑物設(shè)計(jì)的合理性，不能依照經(jīng)驗(yàn)行事，或一味提升建筑物的美觀度，導(dǎo)致建筑物安全不能得到保證。

2、建筑材料得當(dāng)。在建筑物建造過(guò)程中所使用的諸多材料對(duì)建筑物性質(zhì)及質(zhì)量將會(huì)產(chǎn)生直接影響。從材料上來(lái)看，材料類型的不同，所具有的穩(wěn)定性及剛度、強(qiáng)度都是有所差異的，因此，在建筑工程應(yīng)用過(guò)程中需要充分利用計(jì)算機(jī)開展實(shí)驗(yàn)?zāi)M運(yùn)行，使得建筑材料在施工中的使用更為安全。在施工過(guò)程中，應(yīng)該將最少的材料發(fā)揮出最大的價(jià)值，保證建筑物的可靠性。具體來(lái)說(shuō)，建筑工程在施工過(guò)程中需要利用力學(xué)模型對(duì)抗壓能力、抗彎能力、彈性性能負(fù)載等進(jìn)行檢測(cè)，尤其需要檢測(cè)拉桿及鋼結(jié)構(gòu)。由此可見，他們也會(huì)對(duì)施工過(guò)程帶來(lái)較大影響。因此，在每項(xiàng)工程施工前，我們都需要對(duì)工程出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行謹(jǐn)慎分析，包括在建造過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，在深入分析后選擇出科學(xué)的解決方式。

3、對(duì)實(shí)際環(huán)境需要綜合考察。在建筑工程施工中，需要對(duì)工程中出現(xiàn)的實(shí)際情況進(jìn)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(duì)地震及風(fēng)力等自然因素影響的考察。必要的時(shí)候，還需要對(duì)建筑物建造的人文需求進(jìn)行充分考慮。一些建筑物為了滿足發(fā)展的需要，還會(huì)在地下建造地下商場(chǎng)或地下停車場(chǎng)等，因此，在開展施工的時(shí)候，需要避開塌方處及高層。在我們現(xiàn)在的生活中，力學(xué)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(gè)領(lǐng)域內(nèi)都有應(yīng)用。而由于建筑與力學(xué)之間的關(guān)系，力學(xué)也將在建筑行業(yè)得到充分應(yīng)用。

三、力學(xué)在工程中的具體應(yīng)用

1、固體力學(xué)。在建筑工程中使用力學(xué)，可能會(huì)使得連續(xù)介質(zhì)的力學(xué)體系及模型被打破，而其中可能會(huì)包含宏觀力學(xué)的內(nèi)容，進(jìn)而起到一種微觀因素的作用。另外，在力學(xué)演變過(guò)程中，加強(qiáng)符合材料，這是基于韌化及功能化的科學(xué)層面。固體力學(xué)將磁、電、熱、力進(jìn)行有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械力學(xué)熱、磁、電效應(yīng)的有效控制與轉(zhuǎn)變，并可對(duì)微控制、微工藝等方面的問(wèn)題進(jìn)行較好解決[5]。固體力學(xué)為非線性動(dòng)力學(xué)，在一定程度上可對(duì)力學(xué)概念進(jìn)行豐富，并對(duì)非平衡統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行豐富。現(xiàn)今，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，分子動(dòng)力學(xué)的存在及基于模擬方法的仿真分析都將會(huì)促進(jìn)固體力學(xué)的極大發(fā)展?？偟膩?lái)說(shuō)，固體力學(xué)在不斷發(fā)展中，也一定會(huì)推動(dòng)工程技術(shù)的發(fā)展。

2、建筑設(shè)計(jì)。每一位建筑師在設(shè)計(jì)建筑時(shí)，都追求建筑的美觀性、實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性?？梢哉f(shuō)，建筑的美觀性、實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)也是需要與藝術(shù)、美學(xué)等相關(guān)的理論知識(shí)，包括力學(xué)及結(jié)構(gòu)上的內(nèi)在知識(shí)，以便在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可選擇合理科學(xué)的結(jié)構(gòu)形式，并在實(shí)現(xiàn)建筑物安全性及經(jīng)濟(jì)性前提下，實(shí)現(xiàn)完整的建筑構(gòu)思，最終實(shí)現(xiàn)建筑物力與美的結(jié)合。對(duì)建筑工程師來(lái)說(shuō)，需要對(duì)建筑工程施工中的各項(xiàng)工作進(jìn)行協(xié)調(diào)，在設(shè)計(jì)之初需要確定建筑物的承重結(jié)構(gòu)，還應(yīng)該向工程師提出具體且合理的結(jié)果要求。而結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡可能對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)施研究，具體來(lái)說(shuō)，在建筑物層高及跨度等方面，都需要應(yīng)用到力學(xué)的結(jié)構(gòu)知識(shí)，而且應(yīng)用最多的力學(xué)知識(shí)是基礎(chǔ)力學(xué)。endprint

四、力學(xué)在建筑中的應(yīng)用實(shí)例分析

由上文我們可知，力學(xué)與建筑的關(guān)系是十分緊密的，但我們對(duì)其關(guān)系的了解只停留在理論層面，缺乏可感知的實(shí)踐了解。下面，我們將選取實(shí)例對(duì)力學(xué)在建筑中的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，闡述了力學(xué)對(duì)建筑安全性的重要性。某樓為18層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)住宅樓，建筑面積約為1.5萬(wàn)m2，總高度達(dá)到57m。當(dāng)完成建筑物的室外裝修及室內(nèi)部分裝飾及地面工程時(shí)，發(fā)現(xiàn)建筑物向東北方向傾斜，頂端水平位移達(dá)到465mm。導(dǎo)致建筑物這次事故出現(xiàn)的原因在于樁基整體失控。為了對(duì)因不均勻沉降導(dǎo)致出現(xiàn)的傾斜進(jìn)行合理控制，采取在傾斜側(cè)減載及在對(duì)應(yīng)側(cè)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(shí)間內(nèi)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(dǎo)致這次事故出現(xiàn)的主要原因就在于大量工程樁出現(xiàn)偏斜?；觾?nèi)共有335根樁，歪樁達(dá)到173根，占51.64%。歪樁最大偏位為1.70m。由于樁基出現(xiàn)的不均勻沉降導(dǎo)致其也出現(xiàn)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(chǎn)生彎曲形變。并且，由于樁基出現(xiàn)錯(cuò)位，導(dǎo)致整棟建筑都出現(xiàn)傾斜。該樓的地基是通過(guò)工程勘察的，勘察報(bào)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(shè)單位為了節(jié)省投資，建設(shè)單位在基坑南側(cè)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(jìn)行放坡處理，導(dǎo)致基坑未完全封閉。這樣基坑在開挖后，邊坡也出現(xiàn)滑移，進(jìn)而導(dǎo)致險(xiǎn)情出現(xiàn)。另有在地下室底板標(biāo)高上往上提高了2m，使得已經(jīng)完成的根樁全部都要接長(zhǎng)2m，接樁處也因此成為整個(gè)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(huì)對(duì)首先破壞。通過(guò)對(duì)該實(shí)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(jié)省投資違反建造的規(guī)律，將會(huì)導(dǎo)致十分嚴(yán)重的后果。

五、結(jié)語(yǔ)

建筑發(fā)展與力學(xué)出現(xiàn)與發(fā)展是有緊密聯(lián)系的，可以說(shuō)若沒(méi)有力學(xué)的理論支持就沒(méi)有安全性符合要求的建筑。尤其是在現(xiàn)今社會(huì)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(xué)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，否則可能會(huì)影響建筑使用的安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 郝艷領(lǐng)，王剛，王慶輝.深基坑支護(hù)施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用分析[J].門窗，2014，01：89+92.

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

[3] 李振浩.淺談力學(xué)在土木工程中的應(yīng)用與發(fā)展[J].科技資訊，2015，1332：56-57+59.

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

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