浅析物理知识在房屋建筑中的应用

【摘要】物理学是一门自然科学，是一切工程技术的基础，建筑领域中不少现象和规律与物理原理有着密切的联系。结合中学所学物理知识，查阅文献资料，从力学、热学、声学和光学等方面，对物理学知识在房屋建筑中的应用进行分析，更好地领会物理知识与建筑的密切相关性。

【关键词】物理知识 建筑 房屋

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）46-0164-01

建筑是建筑物与构筑物的总称，是人们为了满足社会生活需要，利用所掌握的物质技术手段，并运用一定的科学规律和美学法则创造的人工环境。建筑物是供人们在其中生产、生活或进行其他活动的房屋或场所，例住宅、厂房、商场等。构筑物是为某种工程目的而建造的，人们不直接在其内部进行生活和生产活动的建筑，如桥梁、烟囱、水塔等。建筑的发展和完善离不开物理学，物理学是一切工程技术的基础，建筑领域中不少现象和规律与物理原理有着密切的联系。物理学中的力、热、声、光、电等知识无不渗透在一座建筑及其环境的各个组成部分中。结合中学所学物理知识，查阅文献资料，对房屋建筑稳固、保温、隔声、采光中用到的物理学知识加以分析，领会房屋建筑与物理知识的密切相关性。

一、房屋建筑稳固用到的物理知识

坚实稳固是对房屋建筑的最根本要求。例房屋地基越深越宽，房屋就越稳定。这是因为：地基宽，减少墙体对地面的压强，这样就会减少墙体的沉降变形；地基深，增强与地面的咬合，防止地表因水渗透或地表土质松软等原因导致的运动而致使墙体侧移。一般的物质都具有热胀冷缩的特性，不同的物质受热或冷却的时候，伸缩的速度和幅度各不相同。房屋建筑广泛采用钢筋混凝土，就是因為钢材和混凝土的膨胀程度几乎完全一样，尽管春夏秋冬的温度不同，也不会产生有害的作用力，所以钢筋混凝土的建筑十分坚固。

结构决定着物体的强度。任何多边形都不具有稳定性，而唯独三角形具有稳定性。古代的房屋结构（房梁）就用到了三角形这种最稳定的构件组合形式。吉萨的金字塔群抑或是托尔特克人的太阳和月亮金字塔都呈现出以三角形为棱边的四棱锥或截顶四棱锥形，正是由于三角形独特的力学原理使这个结构能负荷比它自身沉重得多的重量。众所周知， 贝聿铭是当前世界成就最高、最负盛誉的建筑大师之一。三角形符号无论是作为立体的建筑结构还是表面的装饰，都频繁地出现于贝聿铭的作品中而成为其具有典型意义的符号。在古代，拱形就已经被广泛运用。例黄土高原的窑洞，其内部球形的窑顶和拱形的洞口使其能够支撑起厚厚的土层；清真寺的巨大球形顶是其留给人们的第一印象；欧洲哥特式建筑堪称建筑史上的经典，其中的巨型拱形门给人一种强烈的震撼；巴黎的四大代表建筑，埃菲尔铁塔、凯旋门、卢浮宫、巴黎圣母院无不是运用了拱形。在现代，拱形在建筑方面的作用丝毫没有减少。我国的国家大剧院和悉尼歌剧院就是很典型的代表。这是因为拱形承受压力时，按平形四边形法则把压力向外传递给相邻的部分，把受到的力分给不同的受力点，因此比起单面受力形状的物体来说，拱形能承受的力更大。

二、房屋建筑保温用到的物理知识

减少建筑物室内热量向室外散发的措施，对创造适宜的室内热环境和节约能源有重要作用。在我国北方寒冷地区，为了满足保温要求，在同样用标准砖的情况下，北京、沈阳等地的承重墙结构的建筑外墙厚度至少用37墙，而哈尔宾、乌鲁木齐至少为50墙。这种增加墙厚的处理，虽然解决了保暖的问题，但往往超过结构承载力的需要。又如在我国南方炎热地区，夏季室外热气候通过房屋外围护结构影响室内气候，造成室内过热，严重干扰人们的正常生活和生产。为保证建筑物室内温度的适宜，最基本和经济的方案是采用合适的建筑围护结构（指外墙壁、屋顶、地板和门窗）。围护结构的建筑材料应尽可能选择导热系数小的建筑材料，建筑材料导热系数越小，导热性就越差，则越有利于建筑物的保温和隔热。但这些材料往往是些松软的物质，不能起结构支承作用，所以将它们夹在或附在建筑围护结构层中，形成一种保温隔热结构构造方式，起到承重和保温隔热的双重作用。在建筑围护结构中，墙体的热量损耗占了很大比例。新技术太阳墙系统就是利用太阳墙板在冬季为建筑输送热风，在炎热的夏季为建筑遮挡强烈的阳光。太阳墙板是在钢板或铝板表面镀上一层热转换效率达80%的高科技涂层，并在板上穿有许多微小孔缝，最大限度地将太阳能转换成热能，以热空气的形式传递到室内。

三、房屋建筑隔声用到的物理知识

从物理学角度看，噪声主要是以声源做无规则或者非周期性的振动产生的，人们听起来会觉得刺耳、不舒服。房屋建筑隔绝噪音可通过厚重的障板实现，越厚重的墙壁隔音效果越好，这也是隔音的主要规律。但在建筑设计中，采用厚重的砖墙是不现实的，为了保证隔音的效果，就应当采用夹层的构造形式，将墙壁做成中间有空气层的双层墙。双层墙的传声是由声源激起一边墙的振动传到空气层，然后再激起另一层墙的振动。由于能量的减弱，另一层墙的振动已很微弱，而达到隔声效果。此外用非均匀密度材料造墙，在墙内做出一些空腔，安装双层玻璃的窗户等，都可获得较好的隔音效果。若在墙上贴吸声材料或在房间悬挂吸声板，也能有效地衰减噪声。但在音乐厅中，需要营造出余音绕梁的感觉，因此混响的时间就不能太短，所以音乐厅内的吸音材料就应当减少，而电影院则要求声音清晰，此时混响的时间就应当缩短，需要多使用一些吸音材料，因此设计师应当按照建筑的功能选择不同的材料。高档次的声学建筑如上海大剧院、北京天坛的三音石和回音壁等都是建筑声学的典范。

四、房屋建筑采光用到的物理知识

在建筑设计中，采光设计的主要任务就是确定空间的采光需求以及采光的形式等，避免出现不均匀采光以及紫外线照射过于强烈等问题。光经过建筑材料反射和透射后的分布、变向取决于材料表面的光滑程度和材料分子结构的特性。利用这一点，可使室内外的光环境达到不同的氛围，给人以不同的感受和需求，并创造出有利于工作、生活和学习的良好环境。表面粗糙的不透明材料能使入射光线发生扩散漫射，可使室内光线照度均匀，明亮柔和不反光刺目。大教室、绘图室等墙面和天棚采用大白粉刷就是这个道理。压花玻璃表面各处凹凸不平，光线投射到粗糙表面上时，它将朝所有方向漫反射；同时各点对光线的折射方向不同，透过的光线互不平行，用于采光，既保持了室内明亮的环境，又可防止外界的窥视，避免了室内活动室外一览无余。

五、其它物理学知识在房屋建筑中的应用

现代建筑离不开电。家庭电路中各用电器的连接方式是并联，这种电路连接方式的好处是用电器可以各自独立工作。安装在建筑物顶端的避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。另外，天然石材因其具有较高的强度、硬度、耐磨等优良物质力学性质和美丽的色彩、纹理等的较佳装饰性而被广泛应用于建筑、装饰中。但是天然石材具有放射性，如果需要大量使用天然石材则要经过严格的检验，确保石材中不含有放射性、有害或者有毒的元素。

总而言之，物理学是一门应用性非常强的学科，物理学在建筑学中处于基础和领导地位，为建筑学提供了非常强大的理论支撑。学好物理学，为成长为合格的建筑人才奠定基础。

参考文献：

[1]钱治科.物理原理在建筑设计中的应用[J].中学物理教学参考，2014，43（12）：46-47.

[2]潘庆.物理原理在建筑中的应用[J].柳州职业技术学院学报，2002，2（4）：92-95.

作者简介：

沈永恒（1999年12月-）男，汉族，江苏新沂人，高中生在读。