关于建筑力学的一点理解

关于建筑力学的一点理解

《建筑力学课程》是土建类建筑学、城市规划、交通工程等专业的重要技术基础课之一，其目的在于使学生掌握变形体力学分析中最基本的概念、原理和方法及其在工程设计中的应用，通过课堂教学和实践环节训练，使学生掌握构件的受力、变形的基础理论，培养学生判断工程中强度、刚度和稳定性问题的能力。

建筑力学这门课程其实很有难度，也很有深度。我觉得建筑力学不仅仅与我们现在所学的建筑学有关联，更与我们的生活息息相关，它与我们周围的土木工程都是有着密切的联系的。我想谈一下建筑力学对于建筑工程的重要性以及它们的联系。 在建筑过程中，建筑工程施工是和与建筑力学，建筑材料同样重要的一个环节。建筑施工是将设计者的思想，意图及构思转化为现实的过程，从古代的穴居巢处到现在的摩天大楼，从农村的乡间小道到城市的高架道路都需要通过“施工”的手段来实现。一个工程的施工包括许多工种工程，诸如土方工程，桩基础工程，混凝土结构工程，钢机构工程，结构吊装工程，防水工程等，各个工种工程都有自己的规律，都需要根据不同的施工对象及施工环境条件采用相应的施工技术，在土建施工的同时，需要与有关的水电，风暖及其他设备组成一个整体，各工程之间合理的组织与协调，更好的发挥投资的效益。土木工程施工在发挥效益的同时，还要严格按照国家颁发的有关施工技术规范，从而进一步提高我国的施工水平，保证施工质量，降低工程成本。

任何建筑无不修建在地球表面的地层上，建筑的重量最后都会传给地层，有地层来承受。支撑建筑的地层被统称为地基，建筑物在地面以下并将上部结构的自重与所承担的载荷传递到地基上的构件或部分构件称为基础。地基，基础和上部结构是建筑物的三个不可分割的部分。三者功能不同，但在载荷的作用下，它们彼此相关，是共同作用的整体。地基可分为天然地基和人工地基，基础根据埋深分为深基础和浅基础。，基础和地基的质量是保证建筑物的安全和正常使用的关键所在，建筑物的地基在建筑物的载荷作用下既要保持整体的稳定性又要是地基产生的沉降在建筑物许可范围内，而地基本身应有足够的强度，刚度和耐久性，同时还要考虑修基础的方法和必要的挡土挡水及相关措施。

在人们日常的衣食住行中，住--也就是建筑，占据着重要的地位。建筑无论是在中国还是在国外，都有着悠久的历史，长期的发展历程，它伴随着科学的发展而发展，人们对居住环境越来越舒适的要求，又促使了相关科学的发展。力学理论，混凝土的发现，材料科学的出现等，都推动了建筑的发展。一座建筑，是由诸如基础，墙体，梁柱等许多单体一起构成的，了解了这些单体，才能了解整个建筑。科技在不断发展进步，土木工程也将随之前进，它的明天一定会更加灿烂。

工程力学是研究有关物质宏观运动规律，及其应用的科学。工程给力学提出问题，力学的研究成果改进工程设计思想。从工程上的应用来说，工程力学包括：质点及刚体力学，固体力学，流体力学，流变学，土力学，岩体力学等。

人类对力学的一些基本原理的认识，一直可以追溯到史前时代。在中国古代及古希腊的著作中，已有关于力学的叙述。但在中世纪以前的建筑物是靠经验建造的。

1638年3月伽利略出版的著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》被认为是世界上第一本材料力学著作，但他对于粱内应力分布的研究还是很不成熟的。

纳维于1819年提出了关于粱的强度及挠度的完整解法。1821年5月14日，纳维在巴黎科学院宣读的论文《在一物体的表面及其内部各点均应成立的平衡及运动的一般方程式》 ，这被认为是弹性

理论的创始。其后，1870年圣维南又发表了关于塑性理论的论文水力学也是一门古老的学科。

早在中国春秋战国时期（公元前5～前4世纪），墨翟就在《墨经》中叙述过物体所受浮力与其排开的液体体积之间的关系。欧拉提出了理想流体的运动方程式。物体流变学是研究较广义的力学运动的一个新学科。1929年，美国的宾厄姆倡议设立流变学学会，这门学科才受到了普遍的重视。 土力学在二十世纪初期即逐淅形成，并在40年代以后获得了迅速发展。在其形成以及发展的初期，泰尔扎吉起了重要作用。岩体力学是一门年轻的学科， 二十世纪50年代开始组织专题学术讨沦，其后并已由对具有不连续面的硬岩性质的研究扩展到对软岩性质的研究。岩体力学是以工程力学与工程地质学两门学科的融合而发展的。

从十九世纪到二十世纪前半期，连续体力学的特点是研究各个物体的性质，如粱的刚度与强度，柱的稳定性，变形与力的关系，弹性模量，粘性模量等。这一时期的连续体力学是从宏观的角度，通过实验分析与理论分析，研究物体的各种性质。它是由质点力学的定律推广到连续体力学的定律，因而自然也出现一些矛盾。

于是基于二十世纪前半期物理学的进展 ，并以现代数学为基础，出现了一门新的学科——理性力学。1945年，赖纳提出了关于粘性流体分析的论文，1948年，里夫林提出了关于弹性固体分析的论文，逐步奠定了所谓理性连续体力学的新体系。

随着结构工程技术的进步，工程学家也同力学家和数学家一样对工程力学的进步做出了贡献。如在桁架发展的初期并没有分析方法，到1847年，美国的桥梁工程师惠普尔才发表了正确的桁架分析方法。电子计算机的应用，现代化实验设备的使用，新型材料的研究，新的施工技术和现代数学的应用等，促使工程力学日新月异地发展。

质点、质点系及刚体力学是理论力学的研究对象。所谓刚体是指一种理想化的固体，其大小及形状是固定的，不因外来作用而改变，即质点系各点之间的距离是绝对不变的。理论力学的理论基础是牛顿定律，它是研究工程技术科学的力学基础。

固体力学包括材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、复合材料力学以及断裂力学等。尤其是前三门力学在土木建筑工程上的应用广泛，习惯上把这三门学科统称为建筑力学，以表示这是一门用力学的一般原理研究各种作用对各种形式的土木建筑物的影响的学科。

在二十世纪50年代后期，随着电子计算机和有限元法的出现，逐渐形成了一门交叉学科即计算力学。计算力学又分为基础计算力学及工程计算力学两个分支 ，后者应用于建筑力学时，它的四大支柱是建筑力学、离散化技术、数值分析和计算机软件。其任务是利用离散化技术和数值分析方法，研究结构分析的计算机程序化方法，结构优化方法和结构分析图像显示等。

如按使结构产生反应的作用性质分类，工程力学的许多分支都可以 再分为静力学与动力学。例如结构静力学与结构动力学，后者主要包括：结构振动理论、波动力学、结构动力稳定性理论。由于施加在结构上的外力几乎都是随机的，而材料强度在本质上也具有非确定性。

随着科学技术的进步，20世纪50年代以来，概率统计理论在工程力学上的应用愈益广泛和深入，并且逐渐形成了新的分支和方法，如可靠性力学、概率有限元法等。