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摘要：随着人类社会的进步和发展，人类逐渐从建筑建构和实践中总结经验，发展成现代的力学理论与方法。这些理论和方法几乎被应用到了所用领域。建筑的发展和力学是不可分的，可以说没有可靠的力学与结构分析就没有安全而又实用的优秀建筑。尤其是对于现代建筑的意义更为重要，每一座好的建筑建造前都要通过很多次的实验验证。
关键词：力学;土建工程;建筑力
1力的概念
“力”作为物理学中一个十分重要的基本概念，是指物体之间的相互作用。当一个物体受到其他物体的作用后，物体获得速度或者发生的变形我们都称之为“力”。在力学的范围内，我们将物体形状以及体积的变化称之为形变，而将物体的速度变化（包括速度大小以及方向的改变，即产生加速度）称之为运动状态的变化。力作为物体或物质之间的相互作用，当一个物体受到力的作用后，一定存在另一个对其施加这种作用的物体，我们将前者称之为受力物体，而后者则成为施力物体。只要存在力的作用，就一定存在受力物体和施力物体，并且施力物体也是受力物体，而受力物体也是施力物体。力是看不见摸不着的，是由人们在长期的生活实践中逐步建立起来的。
2建筑力学的研究对象
建筑力学的研究对象为建筑（工程）结构和构件。结构：建筑物中承担荷载的体系（承重骨架）。如：梁柱体系、板壳体系、网架体系、水塔、桥梁、土坝、挡土墙等。构件：组成结构的各单独部分。如：基础、柱、梁、屋面板等。
3建筑力学在建筑设计中的作用
建筑师要设计出适用、经济、美观的建筑物，必须具备美学、艺术、生成等各方面的理论知识。其中包括建筑力学和结构方面的知识，以便在建筑设计工作中能够选择合理的结构形式。在安全和经济的前提下，实现自己的建筑构思，体现力与美的完美结合。
建筑师要在各专业工程师之间做好协调工作，在初步设计阶段作出选用何种承重结构的决定，向结构工程师提出合理的结构要求，在整个设计过程中与结构工程师共同研究和解决建筑和结构之间可能出现的矛盾。
例如：要建造一栋展览馆。当场地、层高、跨度等确定后，屋架选用什么形式、哪些位置放置梁等问题，都要用到结构的知识，而结构受力知识的基础是力学。
4 建立施工力学计算模型
通过对高层建筑结构的调查研究，我们不难发现，在施建的整个过程当中，建筑结构的边界约束、载荷以及材料的整体刚度都在不断地发生着变化。同时，在施工中产生的误差同样会造成位移发生改变，建筑初期结构会发生徐变，上层对下层结构发生的变形没有任何约束作用，实际下层结构就是上层结构的一个支座。
根据高层建筑结构这一受力特点，我们采用超级有限元 -有限元藕合的方法来对施工的整个过程进行模拟。如，我们利用超级元，也就是Ⅰ区，对高层建筑结构的初始状态（我们称为 ST1）进行结构上的分析，得到超级元与单元构件之间关系，其中包括位移和内力。接下来，我们按照有限元，或者说是Ⅱ区，对建筑物的递增构件（ST2）进行结构力学分析。随后我们在Ⅰ区和Ⅱ区之间进行藕合的协调工作，去完成在施工过程中不同条件下各个状态位移与内力的计算与分析，然后我们在以当前的结构 ST3 为起点，建立起一个新的超级元，新增构件（ST2）按有限元（Ⅱ区），不断重复以上操作，直到满足我们需要。
需要注意的是，递增构件的设置需要根据我们实际情况进行，并不是每个递增构件对应高层建筑的一层结构，它可以由若干个结构构成。
5 超级有限元 - 有限元藕合介绍
超级有限元，在一些教材与文章中也有称作综合有限元的，它是在反应半离散以及半连续的结合法中一种比较新的方法。
若按函数类型进行划分，超级有限元基本分为一维、二维和三维 3 种。按构件的类型进行划分，它又分为析架、框架和剪力墙等系统。鉴于超级有限元的分析方式类似，本文主要对框架分析进行讨论，主要研究它的三维超级元。
首先，我们假设在一个递增的构件（Ⅱ区）当中存在若干个构件与超级元（Ⅰ区）相接触，我们设定构件个数为 n，接触面的面积为 S，那么根据最小势能原理，Ⅱ区中的 n 个构件在接触面上转化为Ⅰ区的广义自由度，可以用算式[K（t）]{δ} +[M（t）]{δ}={F（t）} 来表示整个系统，其中刚度 K 与质量阵 M 为时间 t 的函数。
6 时变时的施工力学分析
在考虑时变的情况下，由于刚度的时变能够引发内部应力的重新分配，因此，在某种程度上会对结构分析造成一定的影响。在工程进度不断向前推进时，部分构件的内力要比在忽略刚度时变时的内力数值要大，需要在建筑结构的设计中引起注意。我们也可以得出以下结论：
（1）在高层建筑结构的施工力学分析中，超级有限元 -有限元藕合法是切合实际，十分可行的。由于该方法采用的是等参元位移的模式，因此该方法可以与其他的一些方法（比如有限条法、有限层法等）共同使用，其使用范围包括任意外形建筑，并可以同时推广到其他复杂的建筑结构当中去。
（2）随着建筑高度的不断增高，采用施工力学的方法与普通的力学方法之间对内力分布的分析差异不断增大，同时，在对刚度相对较小的框架构件进行分析时，施工力学分析方法的内力值普遍较小，而刚度大的框架构件，内力值又偏大，甚至内力的方向发生改变，其主要原因是在施工进度推进的过程中，建筑结构中的内力不断进行重新分配，作用力之间的约束减小而造成的。可见，在普通的力学分析方法中，是不能得出此现象，容易造成施工安全隐患。
（3）在施工的过程中，混凝土的刚度和强度会随着时间的变化而发生变化的，每个过程都存在不同刚度和强度的结构体系，建筑内力不断发生重新分配现象，框架构件的内力变化会对建筑结构的分析产生影响，必须予以重视。
7结束语
土建工程力学应用是一门研究物体平衡规律以及构件及结构的强度、刚度和稳定性的科学，它涵盖了刚体静力学、材料力学和结构力学的主要内容，土建工程力学应用所研究的问题主要有三类：第一类研究物体的平衡规律：第二类是研究力使物体变形的规律，即研究作用在物体上的力与变形之间的关系;第三类是研究结构的承载能力问题。建造建筑物前，依据学到的分析及计算方法对建筑构件进行受力分析从而确定构件具体尺寸大小、材料及排列，计算后制作的构件能满足，能安全正常使用，不易破坏及产生过大形变，节约材料成本，降低工程造价（经济）。
建筑的发展和力学是不可分的，可以说没有可靠的力学与结构分析就没有安全而又实用的优秀建筑。尤其是对于现代建筑的意义更为重要，每一座好的建筑建造前都要通过很多次的实验验证。如何用最少的材料建造最安全适用的房屋是有一套过程的，通过对建筑模型的力学分析，如它的抗弯能力，弹性性能等。尤其在一些大型桥梁建筑中使用的钢筋结构和拉杆等，在长期的负荷作用下如何保持结构的受力均衡和稳定，在做工程建造前必须有着严密的计算分析及准备方案。例如，在建设青藏铁路时，为了保证铁路地基的长年冷冻状态，在铁路两旁的地基中插入了数千根散热棒，否则地基会由于长期的工作解冻，坍塌裂缝，造成铁轨受力不均，造成不可预计的损失，这些都是要在实际工程中考虑和解决的问题，只有正确地利用力学才能把一座座优美坚固的建筑呈现在大地上。
关键词：力学;土建工程;建筑力
1力的概念
“力”作为物理学中一个十分重要的基本概念，是指物体之间的相互作用。当一个物体受到其他物体的作用后，物体获得速度或者发生的变形我们都称之为“力”。在力学的范围内，我们将物体形状以及体积的变化称之为形变，而将物体的速度变化（包括速度大小以及方向的改变，即产生加速度）称之为运动状态的变化。力作为物体或物质之间的相互作用，当一个物体受到力的作用后，一定存在另一个对其施加这种作用的物体，我们将前者称之为受力物体，而后者则成为施力物体。只要存在力的作用，就一定存在受力物体和施力物体，并且施力物体也是受力物体，而受力物体也是施力物体。力是看不见摸不着的，是由人们在长期的生活实践中逐步建立起来的。
2建筑力学的研究对象
建筑力学的研究对象为建筑（工程）结构和构件。结构：建筑物中承担荷载的体系（承重骨架）。如：梁柱体系、板壳体系、网架体系、水塔、桥梁、土坝、挡土墙等。构件：组成结构的各单独部分。如：基础、柱、梁、屋面板等。
3建筑力学在建筑设计中的作用
建筑师要设计出适用、经济、美观的建筑物，必须具备美学、艺术、生成等各方面的理论知识。其中包括建筑力学和结构方面的知识，以便在建筑设计工作中能够选择合理的结构形式。在安全和经济的前提下，实现自己的建筑构思，体现力与美的完美结合。
建筑师要在各专业工程师之间做好协调工作，在初步设计阶段作出选用何种承重结构的决定，向结构工程师提出合理的结构要求，在整个设计过程中与结构工程师共同研究和解决建筑和结构之间可能出现的矛盾。
例如：要建造一栋展览馆。当场地、层高、跨度等确定后，屋架选用什么形式、哪些位置放置梁等问题，都要用到结构的知识，而结构受力知识的基础是力学。
4 建立施工力学计算模型
通过对高层建筑结构的调查研究，我们不难发现，在施建的整个过程当中，建筑结构的边界约束、载荷以及材料的整体刚度都在不断地发生着变化。同时，在施工中产生的误差同样会造成位移发生改变，建筑初期结构会发生徐变，上层对下层结构发生的变形没有任何约束作用，实际下层结构就是上层结构的一个支座。
根据高层建筑结构这一受力特点，我们采用超级有限元 -有限元藕合的方法来对施工的整个过程进行模拟。如，我们利用超级元，也就是Ⅰ区，对高层建筑结构的初始状态（我们称为 ST1）进行结构上的分析，得到超级元与单元构件之间关系，其中包括位移和内力。接下来，我们按照有限元，或者说是Ⅱ区，对建筑物的递增构件（ST2）进行结构力学分析。随后我们在Ⅰ区和Ⅱ区之间进行藕合的协调工作，去完成在施工过程中不同条件下各个状态位移与内力的计算与分析，然后我们在以当前的结构 ST3 为起点，建立起一个新的超级元，新增构件（ST2）按有限元（Ⅱ区），不断重复以上操作，直到满足我们需要。
需要注意的是，递增构件的设置需要根据我们实际情况进行，并不是每个递增构件对应高层建筑的一层结构，它可以由若干个结构构成。
5 超级有限元 - 有限元藕合介绍
超级有限元，在一些教材与文章中也有称作综合有限元的，它是在反应半离散以及半连续的结合法中一种比较新的方法。
若按函数类型进行划分，超级有限元基本分为一维、二维和三维 3 种。按构件的类型进行划分，它又分为析架、框架和剪力墙等系统。鉴于超级有限元的分析方式类似，本文主要对框架分析进行讨论，主要研究它的三维超级元。
首先，我们假设在一个递增的构件（Ⅱ区）当中存在若干个构件与超级元（Ⅰ区）相接触，我们设定构件个数为 n，接触面的面积为 S，那么根据最小势能原理，Ⅱ区中的 n 个构件在接触面上转化为Ⅰ区的广义自由度，可以用算式[K（t）]{δ} +[M（t）]{δ}={F（t）} 来表示整个系统，其中刚度 K 与质量阵 M 为时间 t 的函数。
6 时变时的施工力学分析
在考虑时变的情况下，由于刚度的时变能够引发内部应力的重新分配，因此，在某种程度上会对结构分析造成一定的影响。在工程进度不断向前推进时，部分构件的内力要比在忽略刚度时变时的内力数值要大，需要在建筑结构的设计中引起注意。我们也可以得出以下结论：
（1）在高层建筑结构的施工力学分析中，超级有限元 -有限元藕合法是切合实际，十分可行的。由于该方法采用的是等参元位移的模式，因此该方法可以与其他的一些方法（比如有限条法、有限层法等）共同使用，其使用范围包括任意外形建筑，并可以同时推广到其他复杂的建筑结构当中去。
（2）随着建筑高度的不断增高，采用施工力学的方法与普通的力学方法之间对内力分布的分析差异不断增大，同时，在对刚度相对较小的框架构件进行分析时，施工力学分析方法的内力值普遍较小，而刚度大的框架构件，内力值又偏大，甚至内力的方向发生改变，其主要原因是在施工进度推进的过程中，建筑结构中的内力不断进行重新分配，作用力之间的约束减小而造成的。可见，在普通的力学分析方法中，是不能得出此现象，容易造成施工安全隐患。
（3）在施工的过程中，混凝土的刚度和强度会随着时间的变化而发生变化的，每个过程都存在不同刚度和强度的结构体系，建筑内力不断发生重新分配现象，框架构件的内力变化会对建筑结构的分析产生影响，必须予以重视。
7结束语
土建工程力学应用是一门研究物体平衡规律以及构件及结构的强度、刚度和稳定性的科学，它涵盖了刚体静力学、材料力学和结构力学的主要内容，土建工程力学应用所研究的问题主要有三类：第一类研究物体的平衡规律：第二类是研究力使物体变形的规律，即研究作用在物体上的力与变形之间的关系;第三类是研究结构的承载能力问题。建造建筑物前，依据学到的分析及计算方法对建筑构件进行受力分析从而确定构件具体尺寸大小、材料及排列，计算后制作的构件能满足，能安全正常使用，不易破坏及产生过大形变，节约材料成本，降低工程造价（经济）。
建筑的发展和力学是不可分的，可以说没有可靠的力学与结构分析就没有安全而又实用的优秀建筑。尤其是对于现代建筑的意义更为重要，每一座好的建筑建造前都要通过很多次的实验验证。如何用最少的材料建造最安全适用的房屋是有一套过程的，通过对建筑模型的力学分析，如它的抗弯能力，弹性性能等。尤其在一些大型桥梁建筑中使用的钢筋结构和拉杆等，在长期的负荷作用下如何保持结构的受力均衡和稳定，在做工程建造前必须有着严密的计算分析及准备方案。例如，在建设青藏铁路时，为了保证铁路地基的长年冷冻状态，在铁路两旁的地基中插入了数千根散热棒，否则地基会由于长期的工作解冻，坍塌裂缝，造成铁轨受力不均，造成不可预计的损失，这些都是要在实际工程中考虑和解决的问题，只有正确地利用力学才能把一座座优美坚固的建筑呈现在大地上。