淺析物理知識在房屋建筑中的應用

【摘要】物理學是一門自然科學，是一切工程技術的基礎，建筑領域中不少現象和規律與物理原理有著密切的聯系。結合中學所學物理知識，查閱文獻資料，從力學、熱學、聲學和光學等方面，對物理學知識在房屋建筑中的應用進行分析，更好地領會物理知識與建筑的密切相關性。

【關鍵詞】物理知識 建筑 房屋

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）46-0164-01

建筑是建筑物與構筑物的總稱，是人們為了滿足社會生活需要，利用所掌握的物質技術手段，并運用一定的科學規律和美學法則創造的人工環境。建筑物是供人們在其中生產、生活或進行其他活動的房屋或場所，例住宅、廠房、商場等。構筑物是為某種工程目的而建造的，人們不直接在其內部進行生活和生產活動的建筑，如橋梁、煙囪、水塔等。建筑的發展和完善離不開物理學，物理學是一切工程技術的基礎，建筑領域中不少現象和規律與物理原理有著密切的聯系。物理學中的力、熱、聲、光、電等知識無不滲透在一座建筑及其環境的各個組成部分中。結合中學所學物理知識，查閱文獻資料，對房屋建筑穩固、保溫、隔聲、采光中用到的物理學知識加以分析，領會房屋建筑與物理知識的密切相關性。

一、房屋建筑穩固用到的物理知識

堅實穩固是對房屋建筑的最根本要求。例房屋地基越深越寬，房屋就越穩定。這是因為：地基寬，減少墻體對地面的壓強，這樣就會減少墻體的沉降變形；地基深，增強與地面的咬合，防止地表因水滲透或地表土質松軟等原因導致的運動而致使墻體側移。一般的物質都具有熱脹冷縮的特性，不同的物質受熱或冷卻的時候，伸縮的速度和幅度各不相同。房屋建筑廣泛采用鋼筋混凝土，就是因為鋼材和混凝土的膨脹程度幾乎完全一樣，盡管春夏秋冬的溫度不同，也不會產生有害的作用力，所以鋼筋混凝土的建筑十分堅固。

結構決定著物體的強度。任何多邊形都不具有穩定性，而唯獨三角形具有穩定性。古代的房屋結構（房梁）就用到了三角形這種最穩定的構件組合形式。吉薩的金字塔群抑或是托爾特克人的太陽和月亮金字塔都呈現出以三角形為棱邊的四棱錐或截頂四棱錐形，正是由于三角形獨特的力學原理使這個結構能負荷比它自身沉重得多的重量。眾所周知， 貝聿銘是當前世界成就最高、最負盛譽的建筑大師之一。三角形符號無論是作為立體的建筑結構還是表面的裝飾，都頻繁地出現于貝聿銘的作品中而成為其具有典型意義的符號。在古代，拱形就已經被廣泛運用。例黃土高原的窯洞，其內部球形的窯頂和拱形的洞口使其能夠支撐起厚厚的土層；清真寺的巨大球形頂是其留給人們的第一印象；歐洲哥特式建筑堪稱建筑史上的經典，其中的巨型拱形門給人一種強烈的震撼；巴黎的四大代表建筑，埃菲爾鐵塔、凱旋門、盧浮宮、巴黎圣母院無不是運用了拱形。在現代，拱形在建筑方面的作用絲毫沒有減少。我國的國家大劇院和悉尼歌劇院就是很典型的代表。這是因為拱形承受壓力時，按平形四邊形法則把壓力向外傳遞給相鄰的部分，把受到的力分給不同的受力點，因此比起單面受力形狀的物體來說，拱形能承受的力更大。

二、房屋建筑保溫用到的物理知識

減少建筑物室內熱量向室外散發的措施，對創造適宜的室內熱環境和節約能源有重要作用。在我國北方寒冷地區，為了滿足保溫要求，在同樣用標準磚的情況下，北京、沈陽等地的承重墻結構的建筑外墻厚度至少用37墻，而哈爾賓、烏魯木齊至少為50墻。這種增加墻厚的處理，雖然解決了保暖的問題，但往往超過結構承載力的需要。又如在我國南方炎熱地區，夏季室外熱氣候通過房屋外圍護結構影響室內氣候，造成室內過熱，嚴重干擾人們的正常生活和生產。為保證建筑物室內溫度的適宜，最基本和經濟的方案是采用合適的建筑圍護結構（指外墻壁、屋頂、地板和門窗）。圍護結構的建筑材料應盡可能選擇導熱系數小的建筑材料，建筑材料導熱系數越小，導熱性就越差，則越有利于建筑物的保溫和隔熱。但這些材料往往是些松軟的物質，不能起結構支承作用，所以將它們夾在或附在建筑圍護結構層中，形成一種保溫隔熱結構構造方式，起到承重和保溫隔熱的雙重作用。在建筑圍護結構中，墻體的熱量損耗占了很大比例。新技術太陽墻系統就是利用太陽墻板在冬季為建筑輸送熱風，在炎熱的夏季為建筑遮擋強烈的陽光。太陽墻板是在鋼板或鋁板表面鍍上一層熱轉換效率達80%的高科技涂層，并在板上穿有許多微小孔縫，最大限度地將太陽能轉換成熱能，以熱空氣的形式傳遞到室內。

三、房屋建筑隔聲用到的物理知識

從物理學角度看，噪聲主要是以聲源做無規則或者非周期性的振動產生的，人們聽起來會覺得刺耳、不舒服。房屋建筑隔絕噪音可通過厚重的障板實現，越厚重的墻壁隔音效果越好，這也是隔音的主要規律。但在建筑設計中，采用厚重的磚墻是不現實的，為了保證隔音的效果，就應當采用夾層的構造形式，將墻壁做成中間有空氣層的雙層墻。雙層墻的傳聲是由聲源激起一邊墻的振動傳到空氣層，然后再激起另一層墻的振動。由于能量的減弱，另一層墻的振動已很微弱，而達到隔聲效果。此外用非均勻密度材料造墻，在墻內做出一些空腔，安裝雙層玻璃的窗戶等，都可獲得較好的隔音效果。若在墻上貼吸聲材料或在房間懸掛吸聲板，也能有效地衰減噪聲。但在音樂廳中，需要營造出余音繞梁的感覺，因此混響的時間就不能太短，所以音樂廳內的吸音材料就應當減少，而電影院則要求聲音清晰，此時混響的時間就應當縮短，需要多使用一些吸音材料，因此設計師應當按照建筑的功能選擇不同的材料。高檔次的聲學建筑如上海大劇院、北京天壇的三音石和回音壁等都是建筑聲學的典范。

四、房屋建筑采光用到的物理知識

在建筑設計中，采光設計的主要任務就是確定空間的采光需求以及采光的形式等，避免出現不均勻采光以及紫外線照射過于強烈等問題。光經過建筑材料反射和透射后的分布、變向取決于材料表面的光滑程度和材料分子結構的特性。利用這一點，可使室內外的光環境達到不同的氛圍，給人以不同的感受和需求，并創造出有利于工作、生活和學習的良好環境。表面粗糙的不透明材料能使入射光線發生擴散漫射，可使室內光線照度均勻，明亮柔和不反光刺目。大教室、繪圖室等墻面和天棚采用大白粉刷就是這個道理。壓花玻璃表面各處凹凸不平，光線投射到粗糙表面上時，它將朝所有方向漫反射；同時各點對光線的折射方向不同，透過的光線互不平行，用于采光，既保持了室內明亮的環境，又可防止外界的窺視，避免了室內活動室外一覽無余。

五、其它物理學知識在房屋建筑中的應用

現代建筑離不開電。家庭電路中各用電器的連接方式是并聯，這種電路連接方式的好處是用電器可以各自獨立工作。安裝在建筑物頂端的避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設施。另外，天然石材因其具有較高的強度、硬度、耐磨等優良物質力學性質和美麗的色彩、紋理等的較佳裝飾性而被廣泛應用于建筑、裝飾中。但是天然石材具有放射性，如果需要大量使用天然石材則要經過嚴格的檢驗，確保石材中不含有放射性、有害或者有毒的元素。

總而言之，物理學是一門應用性非常強的學科，物理學在建筑學中處于基礎和領導地位，為建筑學提供了非常強大的理論支撐。學好物理學，為成長為合格的建筑人才奠定基礎。

參考文獻：

[1]錢治科.物理原理在建筑設計中的應用[J].中學物理教學參考，2014，43（12）：46-47.

[2]潘慶.物理原理在建筑中的應用[J].柳州職業技術學院學報，2002，2（4）：92-95.

作者簡介：

沈永恒（1999年12月-）男，漢族，江蘇新沂人，高中生在讀。endprint