论建筑结构形式发展的力学原理

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  摘 要:从古至今,房屋、桥梁等建筑在建造过程中都需要符合力学原理。遵循着将弯矩转变为轴力的力学主线,贯穿着建筑史发展的全过程。运用力学原理能够使建筑结构稳固,防止建筑物出现倒塌现象,同时,还能节约建筑材料。文章从力学主线的角度出发,分析建筑结构的发展历程。
  关键词:建筑结构形式;发展;力学原理
  中图分类号:TU311
  1. 建筑结构形式的发展史
  建筑与结构是不可分割的,缺一不可。随着经济的发展,人们逐渐提高了对建筑结构的认识,建筑工程不仅要保证质量和性能,还需要符合美观的要求,满足人们的品位。因此,美观实用和安全可靠逐渐成为建筑工程的重要评判标准。但是两者基于不同的知识和技能,具有一定的差异,为了最大限度地满足人们的需要,专业人员不断提高这两方面的技能,美观实用和安全可靠的设计人员也不同。随着建筑工程的发展,建筑工程要求专业人员掌握的专业知识也越来越多,美学、艺术等学科都需要专业人员掌握,学会运用,学习要求增多,难度也变大。建筑结构形式发展要求专业人员掌握专业知识,而专业知识又帮助建筑结构形式的发展,两者缺一不可,相互促进。
  2.建筑结构形式的划分
  (1) 按材料划分。建筑结构形式按使用材料划分可分为木质结构、混合结构、钢结构钢筋混凝土结构、钢筋混凝土与钢的组合结构。其中,木质结构主要应用于单层建筑中,使用的材料为木制材料。混合结构主要应用于单层建筑和多层建筑,承重部分使用砖石材料,楼顶使用钢筋混凝土材料。钢结构主要应用于工厂房、承重能力强的厂房以及移动房等。
  (2)按墙体划分。建筑结构形式按墙体划分可分为全剪力墙结构、框架一剪力墙结构、框一一结构、简体结构、框一一支结构、无梁楼盖结构。全剪力墙主要应用于高层以及超高层建筑,其属于建筑结构强度大;框架一剪力墙结构主要应用于高层建筑;框一一结构主要应用于高层和超高层建筑。简体结构主要应用于超高层建筑;框一一支结构主要应用于超高层建筑,其主要材料是钢结构;无梁楼盖结构主要应用于大空间和大柱网建筑。
  3.建筑结构形式遵循的自然力学规律
  随着社会的发展,建筑结构形式的侧重点不同,但是无论是建筑还是结构都需要遵循力学原理,保证建设和结构的安全。结构物承受着一定的荷载,其在每个截面上都会产生拉、压轴力、剪力、弯矩、扭矩等。弯矩是最为危险的。弯矩和拉、压轴力产生的力偶钜是等效的。弯矩把内力作用到截面上,其内力分布不均匀。弯矩使中性层材料的力学性能得不到充分的施展。
  4.建筑结构的实例
  (1)堆砌结构。古埃及金字塔就是采用堆砌结构建造的,建造者为了表达对帝王的崇拜,采用了石材进行建造,石材承压能力强,且安全耐用。金字塔結构简约、体积庞大,给人一种敬畏的感觉。从结构学来讲,金字塔只承受压应力,受力结构简单。经历了数千年的风雨变化,金字塔依然屹立不倒。堆砌结构形式的受力情况符合石材的要求,受到当时人们的喜爱。
  (2)梁、板、柱结构。梁、板、柱结构应用的材料是木材。石材承受拉力的强度低,因此不能承受弯矩。木材能够承受一定的拉力和压力,值得使用。在当代,钢材和钢筋混凝土取代木材占据主导地位。石材虽然有一定的弊端,但是仍受到人们的重视,木材虽然受弯能力强,但是也有一定的局限性。欧洲很多建筑都采用此结构。
  (3) 拱、壳结构。拱、壳结构深受古今中外人们的喜爱,拱、壳结构能够覆盖大跨度,代替了梁板结构。拱、壳结构符合把弯矩通过结构形式的改变转化为轴力的规律。通过该规律建造出的结构具有坚固、耐用、不容易破坏、容易保留的特点,此结构经过无数人的实践证明,具有可行性。实践证明,拱结构产生的支座水平反力能够使每一个截面生成负弯矩,负弯矩能够抵消正弯矩,受压力强。通过该结构建造的建筑物具有美观实用、坚固耐用的优点。
  随着社会的发展,建筑业也在不断地发展壮大,高层结构的建筑在建筑中占据着十分重要的位置。建筑结构形式需要遵循力学发展规律,根据力学规律创造出更多的新结构,促进社会建筑业的发展。
  参考文献:
  [1]王友三.建筑结构形式发展的力学原理[J].建筑工程技术与设计,2015(7).
  [2]黄志东,何 萍.经济发展与建筑结构形式相关性初探[J].华南地震,2014(2):103-106.
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