淺析物理知識在房屋建筑中的應(yīng)用

【摘要】物理學(xué)是一門自然科學(xué)，是一切工程技術(shù)的基礎(chǔ)，建筑領(lǐng)域中不少現(xiàn)象和規(guī)律與物理原理有著密切的聯(lián)系。結(jié)合中學(xué)所學(xué)物理知識，查閱文獻(xiàn)資料，從力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)和光學(xué)等方面，對物理學(xué)知識在房屋建筑中的應(yīng)用進(jìn)行分析，更好地領(lǐng)會物理知識與建筑的密切相關(guān)性。

【關(guān)鍵詞】物理知識 建筑 房屋

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

建筑是建筑物與構(gòu)筑物的總稱，是人們?yōu)榱藵M足社會生活需要，利用所掌握的物質(zhì)技術(shù)手段，并運用一定的科學(xué)規(guī)律和美學(xué)法則創(chuàng)造的人工環(huán)境。建筑物是供人們在其中生產(chǎn)、生活或進(jìn)行其他活動的房屋或場所，例住宅、廠房、商場等。構(gòu)筑物是為某種工程目的而建造的，人們不直接在其內(nèi)部進(jìn)行生活和生產(chǎn)活動的建筑，如橋梁、煙囪、水塔等。建筑的發(fā)展和完善離不開物理學(xué)，物理學(xué)是一切工程技術(shù)的基礎(chǔ)，建筑領(lǐng)域中不少現(xiàn)象和規(guī)律與物理原理有著密切的聯(lián)系。物理學(xué)中的力、熱、聲、光、電等知識無不滲透在一座建筑及其環(huán)境的各個組成部分中。結(jié)合中學(xué)所學(xué)物理知識，查閱文獻(xiàn)資料，對房屋建筑穩(wěn)固、保溫、隔聲、采光中用到的物理學(xué)知識加以分析，領(lǐng)會房屋建筑與物理知識的密切相關(guān)性。

一、房屋建筑穩(wěn)固用到的物理知識

堅實穩(wěn)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(wěn)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(zhì)松軟等原因?qū)е碌倪\動而致使墻體側(cè)移。一般的物質(zhì)都具有熱脹冷縮的特性，不同的物質(zhì)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(chǎn)生有害的作用力，所以鋼筋混凝土的建筑十分堅固。

結(jié)構(gòu)決定著物體的強度。任何多邊形都不具有穩(wěn)定性，而唯獨三角形具有穩(wěn)定性。古代的房屋結(jié)構(gòu)（房梁）就用到了三角形這種最穩(wěn)定的構(gòu)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(xiàn)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(xué)原理使這個結(jié)構(gòu)能負(fù)荷比它自身沉重得多的重量。眾所周知， 貝聿銘是當(dāng)前世界成就最高、最負(fù)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(jié)構(gòu)還是表面的裝飾，都頻繁地出現(xiàn)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(jīng)被廣泛運用。例黃土高原的窯洞，其內(nèi)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(jīng)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(xiàn)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(nèi)熱量向室外散發(fā)的措施，對創(chuàng)造適宜的室內(nèi)熱環(huán)境和節(jié)約能源有重要作用。在我國北方寒冷地區(qū)，為了滿足保溫要求，在同樣用標(biāo)準(zhǔn)磚的情況下，北京、沈陽等地的承重墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)承載力的需要。又如在我國南方炎熱地區(qū)，夏季室外熱氣候通過房屋外圍護(hù)結(jié)構(gòu)影響室內(nèi)氣候，造成室內(nèi)過熱，嚴(yán)重干擾人們的正常生活和生產(chǎn)。為保證建筑物室內(nèi)溫度的適宜，最基本和經(jīng)濟(jì)的方案是采用合適的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（指外墻壁、屋頂、地板和門窗）。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑材料應(yīng)盡可能選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的建筑材料，建筑材料導(dǎo)熱系數(shù)越小，導(dǎo)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(zhì)，不能起結(jié)構(gòu)支承作用，所以將它們夾在或附在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)層中，形成一種保溫隔熱結(jié)構(gòu)構(gòu)造方式，起到承重和保溫隔熱的雙重作用。在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，墻體的熱量損耗占了很大比例。新技術(shù)太陽墻系統(tǒng)就是利用太陽墻板在冬季為建筑輸送熱風(fēng)，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(zhuǎn)換效率達(dá)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(zhuǎn)換成熱能，以熱空氣的形式傳遞到室內(nèi)。

三、房屋建筑隔聲用到的物理知識

從物理學(xué)角度看，噪聲主要是以聲源做無規(guī)則或者非周期性的振動產(chǎn)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(xiàn)，越厚重的墻壁隔音效果越好，這也是隔音的主要規(guī)律。但在建筑設(shè)計中，采用厚重的磚墻是不現(xiàn)實的，為了保證隔音的效果，就應(yīng)當(dāng)采用夾層的構(gòu)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(dá)到隔聲效果。此外用非均勻密度材料造墻，在墻內(nèi)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(nèi)的吸音材料就應(yīng)當(dāng)減少，而電影院則要求聲音清晰，此時混響的時間就應(yīng)當(dāng)縮短，需要多使用一些吸音材料，因此設(shè)計師應(yīng)當(dāng)按照建筑的功能選擇不同的材料。高檔次的聲學(xué)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(xué)的典范。

四、房屋建筑采光用到的物理知識

在建筑設(shè)計中，采光設(shè)計的主要任務(wù)就是確定空間的采光需求以及采光的形式等，避免出現(xiàn)不均勻采光以及紫外線照射過于強烈等問題。光經(jīng)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(jié)構(gòu)的特性。利用這一點，可使室內(nèi)外的光環(huán)境達(dá)到不同的氛圍，給人以不同的感受和需求，并創(chuàng)造出有利于工作、生活和學(xué)習(xí)的良好環(huán)境。表面粗糙的不透明材料能使入射光線發(fā)生擴散漫射，可使室內(nèi)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(nèi)明亮的環(huán)境，又可防止外界的窺視，避免了室內(nèi)活動室外一覽無余。

五、其它物理學(xué)知識在房屋建筑中的應(yīng)用

現(xiàn)代建筑離不開電。家庭電路中各用電器的連接方式是并聯(lián)，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(shè)施。另外，天然石材因其具有較高的強度、硬度、耐磨等優(yōu)良物質(zhì)力學(xué)性質(zhì)和美麗的色彩、紋理等的較佳裝飾性而被廣泛應(yīng)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(jīng)過嚴(yán)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(xué)是一門應(yīng)用性非常強的學(xué)科，物理學(xué)在建筑學(xué)中處于基礎(chǔ)和領(lǐng)導(dǎo)地位，為建筑學(xué)提供了非常強大的理論支撐。學(xué)好物理學(xué)，為成長為合格的建筑人才奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢治科.物理原理在建筑設(shè)計中的應(yīng)用[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014，43（12）：46-47.

[2]潘慶.物理原理在建筑中的應(yīng)用[J].柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)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