論建筑結構形式發展的力學原理

彭漢

摘 要：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。文章從力學主線的角度出發，分析建筑結構的發展歷程。

關鍵詞：建筑結構形式；發展；力學原理

中圖分類號：TU311

1. 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，滿足人們的品位。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，為了最大限度地滿足人們的需要，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。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。

2.建筑結構形式的劃分

（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。混合結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。

（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；框架一剪力墻結構主要應用于高層建筑；框一一結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；框一一支結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。

3.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。

4.建筑結構的實例

（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。經歷了數千年的風雨變化，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。

（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，但是仍受到人們的重視，木材雖然受彎能力強，但是也有一定的局限性。歐洲很多建筑都采用此結構。

（3） 拱、殼結構。拱、殼結構深受古今中外人們的喜愛，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矩，負彎矩能夠抵消正彎矩，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。

隨著社會的發展，建筑業也在不斷地發展壯大，高層結構的建筑在建筑中占據著十分重要的位置。建筑結構形式需要遵循力學發展規律，根據力學規律創造出更多的新結構，促進社會建筑業的發展。

參考文獻：

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