【摘 要】施工力学作为一门新兴学科，有其自身的特点及发展前景。施工力学与经典力学的不同之处在于它的分析对象是高层建筑结构在施工过程中的一系列参数的变化。做好施工力学的研究，对于保证施工安全，促进施工良好进行有着重要的意义。因此，做好对高层建筑施工力学的研究显得尤为重要。本文旨在对高层建筑施工力学的研究方法进行探究，并与广大业内人士进行交流。
【关键词】施工力学；高层建筑；建筑结构；方法
【正文】：
在经济社会迅速发展的当代社会中，建筑起着越来越重要的作用，建筑的楼层也随之不断变高，越来越多的高楼大厦代替了低矮的楼房， 因此建筑施工的需求越来越大，在施工中，对于建筑技术要求越来越高，施工力学作为力学研究的一个分支，主要对高层建筑在施工中涉及的力学问题进行分析，是一门实用性强、意义重大的学科，做好施工力学的研究，对于更好地进行建筑施工，提高建筑质量和安全性十分重要。本文中，笔者将从高层建筑结构施工力学的简介以及高层建筑施工力学方法两个方面对高层建筑施工的施工力学方法进行分析。
一、 高层建筑施工力学简述
高层建筑由于楼层高，规模大，施工复杂，与普通楼层施工相比难度更高，对施工工艺以及建造材料有较高的要求。因此，对于施工中力学过程的分析十分重要，在高层建筑的施工中以一个已经建设好的模型进行分析不能满足复杂变化的施工要求，因为高层建筑结构的复杂性，即使是同一种结构，在不同的施工情况和环境下，其力学参数也会有所不同，需要根据具体情况进行分析。举个例子说明这一点：在高层钢筋混凝土中，作为梁板系统，随着建设楼层高度的增加，新楼层结构的抗水平部分没有形成，还会发生材料刚度一级强度的变化，楼体负荷情况也发生变化，而这些变化都是有一个未形成的框架一级支撑进行，很容易给建筑施工带来危险。因此，高层建筑结构施工力学应运而生，在高层建筑的施工分析中发挥了极其重要的作用。作为一门新兴的学科，它属于力学的范畴，具有很强的实用性。
现代工程结构施工中需要用计算结构力学方法求解的一系列问题, 统称为结构施工力学问题。由于施工力学与经典力学不同之处主要在分析对象的几何、边界及物理条件随时间而变化, 因此，施工力学中的一系列参数是随时间变化的函数，因此，它是传统力学的引申和发展。施工力学对于建筑的可靠性和安全性有极为重要的作用，通过对建筑构造进行全面的分析和设计，能够为更高楼层的建设提供可行性，有效避免意外的发生和提高建造的效率。另外, 拆房作为建房的逆过程, 也是施工力学的一部分。这对当前加快旧城改造, 选用合理的拆房顺序, 避免不必要的财产损失和人员伤亡, 也是有一定的指导意义和现实意义。随着高层建筑进一步的发展，满足高层建筑的形式，材料，力学分析模型都将日趋复杂多元，为了革新高层建筑，体现其魅力，追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。
二、 高层建筑结构施工力学研究方法
在高层建筑施工中，应根据不同的实际情况和研究目的选择合适的方法进行分析，主要的研究方法有以下几种：
（一）基于有限条法和样条函数法的分析方法
基于有线条法和样条函数法的分析方法是一种常用的近似方法，有限条法和样条函数法主要针对于建筑的外形特征和物理参数在高度上没有过大的变化，近似规则的情况下，这种情况下对于施工力学的分析采用样条函数来计算，可以达到节省计算复杂程度，提高工作效率的目的。因此，这一方法在施工力学中得到普遍的运用。在有限条法中，高层建筑近似在某一方向上可以用简单的式子进行分析，而在其他的方向上是连续、可微的函数。在有限条法中，样条函数即为某一方向上用于分析的函数。很多情况下，只需对某一特定方向的参数单独进行研究，既能避免一些不必要的计算和复杂的分析，又能得出更有代表性和规律性的结果。
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（二）基于分区广义变分原理与分区混合有限元的分析方法
有限元方法是一种新方法，它将弹性体分成势能区和余能区，势能区采用位移单元，以结点位移为基本未知量;余能区采用应力单元，以应力函数作为基本未知量，而区交界面通过引入附加的能量项在积分意义下满足位移和力的连续条件，从而保证了收敛性，最后通过取总能量泛函为驻值建立分区混合有限元法基本方程。
用分区混合有限元法可以将复杂的施工力学问题划分为不同的区域，然后通过叠加混合得到最后的结果。由于每个分区都有其确定的边界，所以能保证力学方程的收敛性，这种方法常常用于计算框支剪力墙和托墙梁结构， 以及框支剪力墙角区应力集中这个工程计算中感到棘手的问题，可见分区混合有限元法在高层建筑结构分析中有着广泛应用的前景。
用分区混合有限元法具有适应性强、分区灵活，能保证收敛性，在施工力学的计算中具有广泛的应用，例如，用于计算框支剪力墙和托墙梁结构，以及框支剪力墙角区应力集中这个工程计算中感到棘手的问题，可见分区混合有限元法在高层建筑结构分析中有着广泛应用的前景。
（三）基于最优化理论的结构分析方法
结构最优化设计是把数学上最优化理论结合计算机技术应用于结构设计的一种新型设计方法。这一方法能够使施工力学的分析不仅仅是简单的分析计算，更是一种实现建筑结构最优化的方法。在这种方法中，施工者可以根据建筑的实际情况进行一定的分析并根据实际情况进行设计和完善。实现空间上的最优化对于高层建筑结构的合理布局，提高建筑可行性和施工效力是一个十分重要的方面。因此，这种方法变机械的计算分析为主动的设计，是一种新方法，有着广阔的应用前景和发展空间。
（四）基于常微分方程求解器的分析方法
利用常微分方程求解器进行对高层建筑结构的分析也是施工力学中一项常有的方法，这一方法主要运用了常微分求解器，在高层建筑施工中，利用常微分方程的求解，能够减轻计算量和复杂程度。由于常微分系数方程的方程数量较少，所以求解方便，在高层建筑结构的分析中应用十分广泛，具备很大的优势。例如，我国清华大学包世华教授和袁驷教授在高层建筑结构分析中应用此方法，解决了高层建筑结构考虑楼板变形时静力计算、动力计算和稳定计算。
（五）高层建筑结构弹塑性动力分析方法
弹塑性动力分析方法也是施工力学中一项常用的方法，从1978年以来，高层建筑结构弹塑性动力分析(亦称时程法)的研究和应用在我国迅速发展。这种方法是将地震波记录直接输入结构，考虑结构的弹塑性性能，依据结构弹塑性恢复特性建立动力方程，用逐步积分法直接求出地震过程中位移、速度和加速度的时程变化，从而能够描述结构在强震作用下，在弹性和非弹性阶段的内力变化，以及结构构件逐步开裂、屈服、损坏直至倒塌的全过程。这种分析方法对于高层建筑在避震方面的施工起到重要的作用。
【结语】：目前，由于施工力学是一项新兴的学科，发展时间较短、研究人才不足，再加上经验尚浅，还处于一个比较初级的发展阶段，因此，存在一系列问题，很多方面还有待进一步完善和探究。需要广大建筑及力学专业人才的不懈努力和研究，因此，在施工力学的发展道路上，我们任重而道远，需要付出巨大的努力。但笔者相信，在广大施工力学专业人员的共同努力下，高层建筑结构施工力学必将逐渐发展、日臻完善，成为一个较为完备、全面的学科，为我国的高层建筑施工起到十分重要的指导作用。
参考文献：
[1]汤来福 张连花；《现代高层建筑结构力学分析方法[J]》；《黑龙江科技信息》；2010年18期；
[2]高文君；《高层建筑结构力学分析方法探析[J]》;《黑龙江科技信息》;2013年6期;
[3]徐志平;《高层建筑结构力学分析方法探究[J]》;《城市建设理论研究（电子版）》;2012年3期;
论文作者:杨雨苔
论文发表刊物:《低碳地产》2016年7月第14期
论文发表时间:2016/11/7
标签：力学论文; 建筑结构论文; 高层论文; 方法论文; 结构论文; 建筑施工论文; 高层建筑论文; 《低碳地产》2016年7月第14期论文;