论建筑结构形式发展的力学原理

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Y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.