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摘 要：各种材料在经受外力或其他作用的过程中所呈现的变形规律和破坏形态的各种物理力学性质，也称建筑材料的机械性能。通常以应力、应变或两者所导出的一系列参数来表达，并需要通过各种材料的标准试验方法测定，作为设计和制作各种构件的依据。
关键词：建筑；材料；力学；性质
各种材料在经受外力或其他作用的过程中所呈现的变形规律和破坏形态的各种物理力学性质，也称建筑材料的机械性能。通常以应力、应变或两者所导出的一系列参数来表达，并需要通过各种材料的标准试验方法测定，作为设计和制作各种构件的依据。
1. 强度、比强度
1.1强度
材料在外力的作用下，抵抗破坏的能力称为强度。当材料承受外力作用时，内部就产生应力，应力随着外力的增大而增大，直到应力增大到不能承受外力作用时，材料即被破坏，此时的极限应力值即为材料的极限强度。
材料的强度按受力方式不同，分为抗压强度、抗拉强度、抗弯（折）强度和抗剪强度等。
材料的抗拉、抗压和抗剪强度，可用下式计算：f=Fmax/A。式中，f——材料的抗压（拉、剪）强度，MPa；Fmax——破坏时的最大荷载，N；A——受力截面面积，mm2。
材料的抗弯（折）强度，可用下式计算：fm=3FmaxL/2bh2。式中， fm ——材料的抗弯（折）强度，MPa；Fmax——破坏时的最大荷载，N；L ——两支点间距，mm；b h ——试件断面的宽度、高度，mm。
不同材料的各种强度值不同，同一种材料的各种强度也不同。如混凝土、砖、石材等脆性材料，抗压强度较高，抗弯强度很低，抗拉强度更低。木材顺纹方向的强度值与横纹方向的强度值不同。在工程应用中，大部分建筑材料根据其极限强度值，划分为若干个强度等级，作为合理选用及质量评定的依据。
此外，材料的强度值在检测试验过程中也会受到一些因素的影响而产生偏差：（1）试件的形状、尺寸。一般情况下，尺寸大的试件测出来的强度往往小于尺寸小的试件，棱柱体试件的强度小于断面尺寸相同的正立方体试件。（2）表面状态。抗压试验中，试件表面不平或表面涂润滑剂时，所测得的强度值偏低。（3）含水状态。含水试件强度低于干燥试件。（4）环境温度。一般情况下，试件温度越高，所测得强度值越低。但钢材在负温状态下时强度值会突然下降很多。（5）加荷速度。加载速度越快，所测强度值越高。
由此可知，材料的强度是在特定的条件下测定的数值，为了使检测试验结果准确且具有可比性，在测定材料强度时，必须严格按照标准的试验方法进行。
1.2比强度
比强度是指材料强度与其表观密度之比。为了对不同材料的强度进行比较，可采用比强度这一指标。比强度是衡量材料轻质高强的重要指标，是反映材料单位体积质量的强度。优质的结构材料，要求具有较高的比强度。
材料的强度与其组成及结构有关。即使材料的组成相同，其结构不同，强度也不一样。材料的孔隙比愈小，则强度愈高。同一品种的材料的强度与孔隙比之间存在近似直线的反比关系。一般而言，表观密度大的材料，其强度也高。晶体结构的材料强度还与晶体的粗细有关，细晶粒的强度高。如玻璃原是脆性材料，抗拉强度很小，但当制成玻璃纤维后，则成了很好的抗拉材料。
2. 材料的变形性质
2.1弹性与塑性
材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，变形即可消失，并能完全恢复原来形状的性质称为弹性，这种变形称为弹性变形。材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并不产生裂缝的性质称为塑性，这种不能恢复的变形，称为塑性变形。
材料的变形性质，取决于材料的成分、结构和构造。对同种材料，在不同的受力阶段，多表现为兼有弹性和塑性变形。如低碳钢，外力小于弹性极限时，仅产生弹性变形，当外力大于弹性极限后，又会产生塑性变化；而混凝土受力后，则弹性变形和塑性变形同时产生。
在弹性变形范围内，弹性模量正为常数，其值为应力与应变的比值，即E=δ/ε。式中，E—一材料的弹性模量，MPa；δ——材料的应力，MPa；ε——材料的应变。
材料的弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标，正越大，材料越不易变形。
2.2脆性和韧性
材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，突然破坏而无明显塑性变形的性质称为脆性。脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多，可达到几倍或几十倍，如混凝土、玻璃、砖、石、陶瓷等。脆性材料的抗冲击或振动荷载的能力差，常用作承压构件。
材料在冲击、振动荷载作用下，能吸收较大能量，同时也能产生一定塑性变形而不被破坏的性质称为韧性。建筑钢材、木材、沥青等属于韧性材料。建筑工程中，要求承受冲击、荷载或抗震的结构都要考虑材料的韧性。材料的韧性用冲击试验来检测。
2.3材料的硬度、耐磨性
硬度是材料表面能抵抗其他较硬物体压入或刻划的能力。不同材料的硬度测定方法不同。按刻划法，矿物硬度分为10级（莫氏硬度），其硬度递增的顺序为：滑石1；石膏2；方解石3；萤石4；磷灰石5；正长石6；石英7；黄玉8；刚玉9；金刚石10。木材、混凝土、钢材等的硬度常用钢球压入法测定（布氏硬度HB）。一般，硬度大的材料耐磨性较强，但不易加工。
耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。常用磨损率p表示：P=（m1-m2）/A。式中，P——磨损率，g / cm；m1、m2——试件被磨损前、后的质量，g；A——试件受磨损的面积，cm2。
建筑工程中，用于道路、地面、踏步等部位的材料，均应考虑其硬度和耐磨性。一般来说，强度较高且密实的材料，其硬度较大，耐磨性较好。
2.4变形和应变
对各种建筑材料，不仅要对其应力分布情况进行分析，还要研究其变形。材料在承受外力或其他作用过程中，一定产生变形，当变形不超过一定范围时，如撤除该外力或其他作用后，材料的几何形状能恢复原状，材料的这种性能称为弹性。外力或其他作用卸除后即可消失的变形称弹性变形。当卸除该外力或其他作用后，材料变形只能部分复原而残留一部分不能消失的变形时，材料在外力或其他因素作用下产生的局部相对变形，称为应变，材料中某一微小线段因变形而产生的长度变化量与原来长度的比值。材料中两个互相垂直的微小线段因变形而产生的夹角的改变。当材料的剪应变与剪应力呈线性关系时，剪应力与剪应变的比值，称为剪变模量。在单轴的外力作用下，材料的横向正应变与轴向正应变之比，称为泊松比。
参考文献
[1] 宁仁岐.建筑施工技术.北京：高等教育出版社，2002.
[2] 张厚先.建筑施工技术.北京：机械工业出版社，2004.
关键词：建筑；材料；力学；性质
各种材料在经受外力或其他作用的过程中所呈现的变形规律和破坏形态的各种物理力学性质，也称建筑材料的机械性能。通常以应力、应变或两者所导出的一系列参数来表达，并需要通过各种材料的标准试验方法测定，作为设计和制作各种构件的依据。
1. 强度、比强度
1.1强度
材料在外力的作用下，抵抗破坏的能力称为强度。当材料承受外力作用时，内部就产生应力，应力随着外力的增大而增大，直到应力增大到不能承受外力作用时，材料即被破坏，此时的极限应力值即为材料的极限强度。
材料的强度按受力方式不同，分为抗压强度、抗拉强度、抗弯（折）强度和抗剪强度等。
材料的抗拉、抗压和抗剪强度，可用下式计算：f=Fmax/A。式中，f——材料的抗压（拉、剪）强度，MPa；Fmax——破坏时的最大荷载，N；A——受力截面面积，mm2。
材料的抗弯（折）强度，可用下式计算：fm=3FmaxL/2bh2。式中， fm ——材料的抗弯（折）强度，MPa；Fmax——破坏时的最大荷载，N；L ——两支点间距，mm；b h ——试件断面的宽度、高度，mm。
不同材料的各种强度值不同，同一种材料的各种强度也不同。如混凝土、砖、石材等脆性材料，抗压强度较高，抗弯强度很低，抗拉强度更低。木材顺纹方向的强度值与横纹方向的强度值不同。在工程应用中，大部分建筑材料根据其极限强度值，划分为若干个强度等级，作为合理选用及质量评定的依据。
此外，材料的强度值在检测试验过程中也会受到一些因素的影响而产生偏差：（1）试件的形状、尺寸。一般情况下，尺寸大的试件测出来的强度往往小于尺寸小的试件，棱柱体试件的强度小于断面尺寸相同的正立方体试件。（2）表面状态。抗压试验中，试件表面不平或表面涂润滑剂时，所测得的强度值偏低。（3）含水状态。含水试件强度低于干燥试件。（4）环境温度。一般情况下，试件温度越高，所测得强度值越低。但钢材在负温状态下时强度值会突然下降很多。（5）加荷速度。加载速度越快，所测强度值越高。
由此可知，材料的强度是在特定的条件下测定的数值，为了使检测试验结果准确且具有可比性，在测定材料强度时，必须严格按照标准的试验方法进行。
1.2比强度
比强度是指材料强度与其表观密度之比。为了对不同材料的强度进行比较，可采用比强度这一指标。比强度是衡量材料轻质高强的重要指标，是反映材料单位体积质量的强度。优质的结构材料，要求具有较高的比强度。
材料的强度与其组成及结构有关。即使材料的组成相同，其结构不同，强度也不一样。材料的孔隙比愈小，则强度愈高。同一品种的材料的强度与孔隙比之间存在近似直线的反比关系。一般而言，表观密度大的材料，其强度也高。晶体结构的材料强度还与晶体的粗细有关，细晶粒的强度高。如玻璃原是脆性材料，抗拉强度很小，但当制成玻璃纤维后，则成了很好的抗拉材料。
2. 材料的变形性质
2.1弹性与塑性
材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，变形即可消失，并能完全恢复原来形状的性质称为弹性，这种变形称为弹性变形。材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并不产生裂缝的性质称为塑性，这种不能恢复的变形，称为塑性变形。
材料的变形性质，取决于材料的成分、结构和构造。对同种材料，在不同的受力阶段，多表现为兼有弹性和塑性变形。如低碳钢，外力小于弹性极限时，仅产生弹性变形，当外力大于弹性极限后，又会产生塑性变化；而混凝土受力后，则弹性变形和塑性变形同时产生。
在弹性变形范围内，弹性模量正为常数，其值为应力与应变的比值，即E=δ/ε。式中，E—一材料的弹性模量，MPa；δ——材料的应力，MPa；ε——材料的应变。
材料的弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标，正越大，材料越不易变形。
2.2脆性和韧性
材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，突然破坏而无明显塑性变形的性质称为脆性。脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多，可达到几倍或几十倍，如混凝土、玻璃、砖、石、陶瓷等。脆性材料的抗冲击或振动荷载的能力差，常用作承压构件。
材料在冲击、振动荷载作用下，能吸收较大能量，同时也能产生一定塑性变形而不被破坏的性质称为韧性。建筑钢材、木材、沥青等属于韧性材料。建筑工程中，要求承受冲击、荷载或抗震的结构都要考虑材料的韧性。材料的韧性用冲击试验来检测。
2.3材料的硬度、耐磨性
硬度是材料表面能抵抗其他较硬物体压入或刻划的能力。不同材料的硬度测定方法不同。按刻划法，矿物硬度分为10级（莫氏硬度），其硬度递增的顺序为：滑石1；石膏2；方解石3；萤石4；磷灰石5；正长石6；石英7；黄玉8；刚玉9；金刚石10。木材、混凝土、钢材等的硬度常用钢球压入法测定（布氏硬度HB）。一般，硬度大的材料耐磨性较强，但不易加工。
耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。常用磨损率p表示：P=（m1-m2）/A。式中，P——磨损率，g / cm；m1、m2——试件被磨损前、后的质量，g；A——试件受磨损的面积，cm2。
建筑工程中，用于道路、地面、踏步等部位的材料，均应考虑其硬度和耐磨性。一般来说，强度较高且密实的材料，其硬度较大，耐磨性较好。
2.4变形和应变
对各种建筑材料，不仅要对其应力分布情况进行分析，还要研究其变形。材料在承受外力或其他作用过程中，一定产生变形，当变形不超过一定范围时，如撤除该外力或其他作用后，材料的几何形状能恢复原状，材料的这种性能称为弹性。外力或其他作用卸除后即可消失的变形称弹性变形。当卸除该外力或其他作用后，材料变形只能部分复原而残留一部分不能消失的变形时，材料在外力或其他因素作用下产生的局部相对变形，称为应变，材料中某一微小线段因变形而产生的长度变化量与原来长度的比值。材料中两个互相垂直的微小线段因变形而产生的夹角的改变。当材料的剪应变与剪应力呈线性关系时，剪应力与剪应变的比值，称为剪变模量。在单轴的外力作用下，材料的横向正应变与轴向正应变之比，称为泊松比。
参考文献
[1] 宁仁岐.建筑施工技术.北京：高等教育出版社，2002.
[2] 张厚先.建筑施工技术.北京：机械工业出版社，2004.