土木工程概论1.pdf

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1、 土 木 工 程 概 论 第一讲 土木工程的历史、现状和未来 一、土木工程的理解 二、古代的土木工程 三、近代的土木工程 四、现代的土木工程 五、土木工程的未来 一、“土木工程”的理解 1.土木工程的内涵（1）中国古代哲学 五行学说：世界万物由“金、木、水、火、土”组成，工程建设材料主要是土和木；“土”包括：岩石、砂子、泥土、石灰、砖、瓦、陶瓷等；“木”包含：木材、茅草、藤条、竹子等。“土木”组成了工程建设所用的材料，故以此作为工程建设的代名词。历史发展：分久必合、合久必分；改朝换代，必大兴土木，修建宫廷庙宇、皇家园林。故成语“大兴土木”成为工程建设的代名词。2.土木工程的定义 土木工程：是建

2、造各类工程设施的科学技术的总称。内涵：它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测设计、施工、保养、维修等技术活动；也指工程建设的对象，即建在地上或地下、陆上或水中、直接或间接地为人类生活、生产、军事、科学研究服务的的各种工程设施。例如房屋、道路、铁路、运输管道、桥梁、遂道、机场、港口、码头、给水和排水等工程。国际上，运河、水库、大坝、水渠等水利工程也包括于土木工程之中。土木工程：是建造各类工程设施的科学技术的总称。是指工程建设的对象，即建在地上、地下、水中的各种工程设施，也指所应用的材料、设备和所进行的勘测设计、施工、保养、维修等技术。什么是土木工程？英文含义：“Civil Engineering

3、”直译为“民用工程”，与军事工程(Military Engineering)相对应，即服务于战争以外的工程设施，可见，其范围很广。1750年英国人J.斯米顿设计建造艾德斯通灯塔时首先引用。John Smeaton（1724-1792）是英国第一位土木工程师。今天，土木工程师是一个很专业的职业，它涉及到满足社会经济要求下对各种各样的实际工程及社会经济进行规划、设计、建造、维护等工作。是1818 年以来对整个非军用工程的总称，排除化学、电子、电器、海洋和机械工程。土木工程包括机场、桥梁、水利、码头、基础、港口、海洋结构、铁路、河流和盆地管理、道路、排污处理、土壤力学、结构设计、交通工程、隧道、给排

4、水等工程。土木工程学科按照其分支可以分为许多领域：结构设计（结构工程）结构施工（建设工程）水利工程 灌溉工程 基础工程 测量学 道路工程 铁路工程 环境工程，等等 1998 年7 月大土木框土木工程专业 建筑工程 交通土建工程 矿井建设 城镇建设 工业设备安装工程 涉外建筑工程 其它工程专业 现 在 作为一名土木工程师，你可以在以下领域工作：交通系统：道路、铁路、码头、港口、机场、桥梁、隧道和交通管理系统。给水：坝、水库、水资源处理系统，污染控制及其网络体系等。能源：热能部门，核能、水力发电站，煤矿和石油钻探部门。废弃物处理：排污系统、垃圾处理等。防灾工程：洪水控制、城市排水和海岸防卫等。工业

5、和商业发展：购物中心、汽车停车场、工厂、办公楼等。通信：通信桅杆和设施、通信塔等。环境：环境影响评估等。休闲娱乐：运动馆所和中心、游泳馆、剧院和电影院等。土木工程：一个具有挑战的职业 创造性 在室内和室外工作 能运用技术和实践技能 能承担责任，并主动工作 有令人满意的报酬 愿意的话，可以周游世界 作为一名土木工程师，必须具备以下素质：富有想象和创造性；很强的适应性，能适应在任何条件和场合下工作；在技术和实践中能够积极思考；较强的人际交往能力，有效地与专业人员、客户和工人进行交流；具备决策能力，即使是很大一笔款项。现实需求与国家发展的重要性 土木工程是一种与人们的衣、食、住、行关系密切。“住”建

6、造各种类型的建筑物；“行”建造铁路、道路、桥梁工程；“食”必须打井取水、兴修水利、进行农田灌溉、城市排水供水等。间接关系：工农业生产、科学研究等有关，如制造汽车、轮船也好，纺纱、织布、制衣也好，乃至生产钢铁、发射人造卫星、开展科学研究活动都离不开建造各类建筑物、构筑物和修建各种工程设施。国家基础设施建设与发展需求：道路铁路交通、水利电力、能源与资源、城市建设等。（三峡工程、西藏铁路、南水北调、西电东送、地铁工程、隧道工程等）经济拉动和刺激作用：房地产市场波动、4 万亿扩大内需（大部分用于工程建设）二、古代土木工程（17 世纪中叶以前）1.基本理论依据：无，依靠实践经验。2.基本设备工具：简单，

7、斧、锤、刀、铲、石夯等。3.建筑材料：取之于自然，石块、草、土坯等，公园前1000 年开始烧制砖。4.西方宏伟建筑：砖石结构，如埃及金字塔、希腊的帕特农神庙、古罗马斗兽场、土尔其伊斯坦布尔的索菲亚大教徒等。5.中国宏伟建筑：木与砖墙结构，如山西应县木塔（67.3m）、北京故宫、天坛、万里长城（东起山海关，西至嘉峪关，5000 多公里）、河北赵州桥、四川都江堰水利工程、京杭大运河、帝王将相的庙宇楼台、深宫大院等。古代土木工程有以下几种主要结构形式 木结构（山西应县木塔）石结构（埃及金字塔）砖结构（山西佛光寺祖师塔）三、近代土木工程 时间跨度从17 世纪中叶至20 世纪中叶的300 年间。1.近代

8、土木工程的主要特征 （1）有力学和结构理论作指导；（2）砖、瓦、木、石等建筑材料得到日益广泛的使用；混凝土、钢材、钢筋混凝土以及早期的预应力混凝土得到发展；（3）施工技术进步很大，建造规模日益扩大，建造速度大大加快。2.在近代土木工程时期内以下几件大事具有重大意义：意大利学者伽利略在1638 年出版的著作关于两门新科学的谈话和数学证明中论述了建筑材料的力学性质和梁的强度，首次用公式表达了梁的设计理论。英国科学家牛顿在1687 年总结了力学三大定律，它们是土木工程设计理论的基础。瑞士数学家欧拉1744 年出版的曲线的变分法建立了柱的压屈理论，得到计算柱的临界受压力的公式，为分析土木工程结构物的稳

9、定问题奠定了基础。1825 年纳维建立了土木工程中结构设计的容许应力法；19 世纪末里特尔等人提出极限平衡的概念。他们都为土木工程结构理论分析打下了基础。1824 年英国人阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利权，1850 年开始生产。这是形成混凝土的主要材料，使得混凝土在土木工程中得到广泛应用。后来，在20 世纪初，有人发表了水灰比等学说，才初步奠定了混凝土强度的理论基础。四、现代土木工程 1.现代土木工程的特征 （1）土木工程功能化 土木工程日益同它的使用功能或生产工艺紧密结合。公共和住宅建筑物要求建筑、结构、给水排水、采暖、通风、供燃气、供电等现代技术设备结合成整体。工业建筑物往往要求恒温、恒湿

10、、防微振、防腐蚀、防辐射、防火、防爆、防磁、防尘、防高（低）温、耐高（低）湿，并向大跨度、超重型、灵活空间方向发展。发展高技术和新技术对土木工程提出高标准要求。如发展核工业需要建造安全度极高的核反应堆和核电站；研究微观世界需要建造技术要求极高的加速度工程；发展海洋采、炼、贮油事业要求建造多功能的海洋工程，如海上钻井平台、海上炼油厂、海底油库等。（2）城市建设立体化 城市建设立体化的三个趋势：（A）高层建筑的大量兴起（B）地下工程的高速发展（C）城市高架公路、立交桥大量出现 （3）交通运输高速化 高速公路的大规模修建 电气化铁路形成和发展 长距离海底隧道的出现（4）水利工程大型化 2.现代土木工程的发展趋势 （1）建筑材料的轻质、高强化（2）施工过程的工业、装配化（3）设计理论的精确、科学化 五、土木工程的未来 未来房屋 海上城市 月球工厂 太空新居 向信息化、智能化发展（智能化建筑）