土木工程專業(yè)英語段兵延第二全書文章翻譯

1、第一課土木工程學(xué)土木工程學(xué)作為最老的工程技術(shù)學(xué)科，是指規(guī)劃，設(shè)計，施工及對建筑環(huán)境的管理。此處的環(huán)境包括建筑符合科學(xué)規(guī)范的所有結(jié)構(gòu)，從灌溉和排水系統(tǒng)到火箭發(fā)射設(shè)施。土木工程師建造道路，橋梁，管道，大壩，海港，發(fā)電廠，給排水系統(tǒng)，醫(yī)院，學(xué)校，公共交通和其他現(xiàn)代社會和大量人口集中地區(qū)的基礎(chǔ)公共設(shè)施。他們也建造私有設(shè)施，比如飛機(jī)場，鐵路，管線，摩天大樓，以及其他設(shè)計用作工業(yè)，商業(yè)和住宅途徑的大型結(jié)構(gòu)。此外，土木工程師還規(guī)劃設(shè)計及建造完整的城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，并且最近一直在規(guī)劃設(shè)計容納設(shè)施齊全的社區(qū)的空間平臺。 土木一詞來源于拉丁文詞“公民”。在1782年，英國人John Smeaton為了把他的非軍事工程工

2、作區(qū)別于當(dāng)時占優(yōu)勢地位的軍事工程師的工作而采用的名詞。自從那時起，土木工程學(xué)被用于提及從事公共設(shè)施建設(shè)的工程師，盡管其包含的領(lǐng)域更為廣闊。領(lǐng)域。因為包含范圍太廣，土木工程學(xué)又被細(xì)分為大量的技術(shù)專業(yè)。不同類型的工程需要多種不同土木工程專業(yè)技術(shù)。一個項目開始的時候，土木工程師要對場地進(jìn)行測繪，定位有用的布置，如地下水水位，下水道，和電力線。巖土工程專家則進(jìn)行土力學(xué)試驗以確定土壤能否承受工程荷載。環(huán)境工程專家研究工程對當(dāng)?shù)氐挠绊?，包括對空氣和地下水的可能污染，對?dāng)?shù)貏又参锷畹挠绊?，以及如何讓工程設(shè)計滿足政府針對環(huán)境保護(hù)的需要。交通工程專家確定必需的不同種類設(shè)施以減輕由整個工程造成的對當(dāng)?shù)毓泛推渌?/p>

3、交通網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。同時，結(jié)構(gòu)工程專家利用初步數(shù)據(jù)對工程作詳細(xì)規(guī)劃，設(shè)計和說明。從項目開始到結(jié)束，對這些土木工程專家的工作進(jìn)行監(jiān)督和調(diào)配的則是施工管理專家。根據(jù)其他專家所提供的信息，施工管理專家計算材料和人工的數(shù)量和花費，所有工作的進(jìn)度表，訂購工作所需要的材料和設(shè)備，雇傭承包商和分包商，還要做些額外的監(jiān)督工作以確保工程能按時按質(zhì)完成。貫穿任何給定項目，土木工程師都需要大量使用計算機(jī)。計算機(jī)用于設(shè)計工程中使用的多數(shù)元件（即計算機(jī)輔助設(shè)計，或者CAD）并對其進(jìn)行管理。計算機(jī)成為了現(xiàn)代土木工程師的必備品，因為它使得工程師能有效地掌控所需的大量數(shù)據(jù)從而確定建造一項工程的最佳方法。結(jié)構(gòu)工程學(xué)。在這一專業(yè)領(lǐng)域

4、，土木工程師規(guī)劃設(shè)計各種類型的結(jié)構(gòu)，包括橋梁，大壩，發(fā)電廠，設(shè)備支撐，海面上的特殊結(jié)構(gòu)，美國太空計劃，發(fā)射塔，龐大的天文和無線電望遠(yuǎn)鏡，以及許多其他種類的項目。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)用計算機(jī)確定一個結(jié)構(gòu)必須承受的力：自重，風(fēng)荷載和颶風(fēng)荷載，建筑材料溫度變化引起的脹縮，以及地震荷載。他們也需確定不同種材料如鋼筋，混凝土，塑料，石頭，瀝青，磚，鋁或其他建筑材料等的復(fù)合作用。水利工程學(xué)。土木工程師在這一領(lǐng)域主要處理水的物理控制方面的種種問題。他們的項目用于幫助預(yù)防洪水災(zāi)害，提供城市用水和灌溉用水，管理控制河流和水流物，維護(hù)河灘及其他濱水設(shè)施。此外，他們設(shè)計和維護(hù)海港，運河與水閘，建造大型水利大壩與小型壩，以及

5、各種類型的圍堰，幫助設(shè)計海上結(jié)構(gòu)并且確定結(jié)構(gòu)的位置對航行影響。巖土工程學(xué)。專業(yè)于這個領(lǐng)域的土木工程師對支撐結(jié)構(gòu)并影響結(jié)構(gòu)行為的土壤和巖石的特性進(jìn)行分析。他們計算建筑和其他結(jié)構(gòu)由于自重壓力可能引起的沉降，并采取措施使之減少到最小。他們也需計算并確定如何加強斜坡和填充物的穩(wěn)定性以及如何保護(hù)結(jié)構(gòu)免受地震和地下水的影響。環(huán)境工程學(xué)。在這一工程學(xué)分支中，土木工程師設(shè)計，建造并監(jiān)視系統(tǒng)以提供安全的飲用水，同時預(yù)防和控制地表和地下水資源供給的污染。他們也設(shè)計，建造并監(jiān)視工程以控制甚至消除對土地和空氣的污染。他們建造供水和廢水處理廠，設(shè)計空氣凈化器和其他設(shè)備以最小化甚至消除由工業(yè)加工、焚化及其他產(chǎn)煙生產(chǎn)活動引

6、起的空氣污染。他們也采用建造特殊傾倒地點或使用有毒有害物中和劑的措施來控制有毒有害廢棄物。此外，工程師還對垃圾掩埋進(jìn)行設(shè)計和管理以預(yù)防其對周圍環(huán)境造成污染。交通工程學(xué)。從事這一專業(yè)領(lǐng)域的土木工程師建造可以確保人和貨物安全高效運行的設(shè)施。他們專門研究各種類型運輸設(shè)施的設(shè)計和維護(hù)，如公路和街道，公共交通系統(tǒng)，鐵路和飛機(jī)場，港口和海港。交通工程師應(yīng)用技術(shù)知識及考慮經(jīng)濟(jì)，政治和社會因素來設(shè)計每一個項目。他們的工作和城市規(guī)劃者十分相似，因為交通運輸系統(tǒng)的質(zhì)量直接關(guān)系到社區(qū)的質(zhì)量。渠道工程學(xué)。在土木工程學(xué)的這一支鏈中，土木工程師建造渠道和運送從煤泥漿(混合的煤和水)和半流體廢污，到水、石油和多種類型的高度

7、可燃和不可燃的氣體中分離出來的液體，氣體和固體的相關(guān)設(shè)備。工程師決定渠道的設(shè)計，項目所處地區(qū)必須考慮到的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境因素，以及所使用材料的類型鋼、混凝土、塑料、或多種材料的復(fù)合的安裝技術(shù)，測試渠道強度的方法，和控制所運送流體材料保持適當(dāng)?shù)膲毫土魉?。?dāng)流體中攜帶危險材料時，安全性因素也需要被考慮。 建筑工程學(xué)。土木工程師在這個領(lǐng)域中從開始到結(jié)束監(jiān)督項目的建筑。他們，有時被稱為項目工程師，應(yīng)用技術(shù)和管理技能，包括建筑工藝，規(guī)劃，組織，財務(wù)，和操作項目建設(shè)的知識。事實上，他們協(xié)調(diào)工程中每個人的活動：測量員，布置和建造臨時道路和斜坡，開挖基礎(chǔ)，支模板和澆注混凝土的工人，以及鋼筋工人。這些工程師也向結(jié)

8、構(gòu)的業(yè)主提供進(jìn)度計劃報告。 社區(qū)和城市規(guī)劃。從事土木工程這一方面的工程師可能規(guī)劃和發(fā)展一個城市中的社區(qū)，或整個城市。此規(guī)劃中所包括的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅僅為工程因素，土地的開發(fā)使用和自然資源環(huán)境的，社會的和經(jīng)濟(jì)的因素也是主要的成分。這些土木工程師對公共建設(shè)工程的規(guī)劃和私人建筑的發(fā)展進(jìn)行協(xié)調(diào)。他們評估所需的設(shè)施，包括街道，公路，公共運輸系統(tǒng)，機(jī)場，港口，給排水和污水處理系統(tǒng)，公共建筑，公園，和娛樂及其他設(shè)施以保證社會，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境地協(xié)調(diào)發(fā)展。攝影測量，測量學(xué)和地圖繪制。在這一專業(yè)領(lǐng)域的土木工程師精確測量地球表面以獲得可靠的信息來定位和設(shè)計工程項目。這一 方面包括高工藝學(xué)方法，如衛(wèi)星成相，航拍，和計算機(jī)成相。來

9、自人造衛(wèi)星的無線電信號，通過激光和音波柱掃描被轉(zhuǎn)換為地圖，為隧道鉆孔，建造高速公路和大壩，繪制洪水控制和灌溉方案，定位可能影響建筑項目的地下巖石構(gòu)成，以及許多其他建筑用途提供更精準(zhǔn)的測量。 其他的專門項目。還有兩個并不完全在土木工程范圍里面但對訓(xùn)練相當(dāng)重要的附加的專門項目是工程管理和工程教學(xué)。工程管理。許多土木工程師都選擇最終通向管理的職業(yè)。其他則能讓他們的事業(yè)從管理位置開始。土木工程管理者結(jié)合技術(shù)上的知識和一種組織能力來協(xié)調(diào)勞動力，材料，機(jī)械和錢。這些工程師可能工作在政府市政、國家、州或聯(lián)邦；在美國陸軍軍團(tuán)作為軍隊或平民的管理工程師；或在半自治地區(qū)，城市主管當(dāng)局或相似的組織。他們也可能管理規(guī)

10、模為從幾個到百個雇員的私營工程公司。工程教學(xué)。通常選擇教學(xué)事業(yè)的土木工程師教授研究生和本科生技術(shù)上的專門項目。許多從事教學(xué)的土木工程師參與會導(dǎo)致建筑材料和施工方法技術(shù)革新的基礎(chǔ)研究。多數(shù)也擔(dān)任工程項目或技術(shù)領(lǐng)域的顧問，和主要項目的代理。第二課 建筑物與建筑學(xué)建筑物的目的是給人類的活動提供一個遮風(fēng)擋雨的地方。從穴居時代到現(xiàn)在，人類的第一需要最基本的就是有一個可以遮風(fēng)避雨之所。在一個比較一般的感覺中，建筑物的藝術(shù)包含人類試圖控制環(huán)境和直接自然力以滿足需要所取得的所有成就。除建筑物外，這種藝術(shù)還包括大壩，運河，隧道，溝渠和橋。遮風(fēng)避雨的建筑物的設(shè)計和其他功用的土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計的科學(xué)基礎(chǔ)原理是相同的

11、。而只是因為現(xiàn)代社會特定的需要，這兩個領(lǐng)域才沿著不同的路徑發(fā)展。相似的，關(guān)注作為遮風(fēng)避雨的建筑物的主要營造者也不再是一個單獨的個體；相反的是由多個專家組成的小組：規(guī)劃師，建筑師，工程師和建造者。一個現(xiàn)代建筑物的實現(xiàn)依賴這個小組集體的智慧。建筑物的結(jié)構(gòu)是建筑物的功能、環(huán)境及各種社會經(jīng)濟(jì)因素共同作用的產(chǎn)物。公寓，辦公大樓和學(xué)校的不同在于它們實現(xiàn)的功能不同。公寓的每一個可居住空間如起居室和臥室必須有來自窗戶的自然光，而浴室和廚房可以采用人造光源因而可以安排在建筑物內(nèi)部。這種必要的設(shè)置對公寓的進(jìn)深必然有限制。另一方面，對辦公大樓而言，人造光源更能達(dá)到均勻照明的要求，因此，對自然光的需求不再有建筑物進(jìn)深

12、的限制。環(huán)境可能影響到建筑物的形狀和外觀。城市里的學(xué)校通過使用空白的圍墻完全的封閉于城市之外，而鄉(xiāng)村的學(xué)校可能發(fā)展成為景觀的一個主要部分，即使兩者實現(xiàn)同樣的功能。最后，建筑物的結(jié)構(gòu)被各種社會經(jīng)濟(jì)因素影響，包括地價，租賃，工程預(yù)算，分區(qū)限制。城市的高地價造成高層建筑物，而鄉(xiāng)村的低地價造成低的建筑物。富人的住房建筑計劃不同于廉價的住房建筑計劃。有威望的辦公大樓的預(yù)算將大大地超過其他的辦公大樓。建筑物的大小和外形可能受到分區(qū)的限制。在所有這些例子中，有著相似功能的建筑物常常采用不同的結(jié)構(gòu)。建筑學(xué)是建筑物的藝術(shù)。事實上所有的建筑學(xué)都是關(guān)于為了人類的使用而圍住的空間。在任何特殊的建筑物中所覆蓋的精確活動

13、廣泛到從工廠的一條裝配線到一個家庭的起居室應(yīng)該規(guī)定幾個內(nèi)部區(qū)域的大小和形狀。這些空間也必須被安排在彼此合乎一定邏輯的關(guān)系中。此外，在建筑物中的人類活動建筑學(xué)中的說法是“流通”需要大廳，樓梯和電梯，它們的尺寸受到預(yù)期荷載的支配。建筑物的結(jié)構(gòu)平面圖，總是建筑師的第一考慮，是深入實現(xiàn)建筑物意圖的空間組織中的這些不同目的的決定。好的平面組織可以指引訪客到達(dá)他們的在建筑物中的目的地并且使他們留下印象。他們也許是下意識地被大廈很顯然的各個單元的關(guān)聯(lián)所指引。相反地，不好的平面組織將帶來不便，浪費和視覺混亂。此外, 一個結(jié)構(gòu)需要很好地被建造。它應(yīng)該有結(jié)構(gòu)需要的和被選材料允許的耐久性。建筑學(xué)的未經(jīng)加工的材料，如

14、石，磚，木，鋼或玻璃，部分決定了建筑物的結(jié)構(gòu)并對建筑物進(jìn)行表達(dá)。 石能抵抗壓縮， 盡管一起壓擠的力幾乎是不能確定的。在一個實驗室里壓碎石是可能，但是對于實際應(yīng)用，它的抗壓強度則是無限的。另一方面，石在抵抗各向拉力方面是很弱的。任何空間跨度的梁在支承之間容易向下彎曲，梁的下半?yún)^(qū)承受拉力。由于石承受拉力的能力很弱,這種材料的梁相對地比較短, 并且支撐間距比較小。此外，石柱必須堅固，其高寬比極少超過10。在石類建筑中，門，窗及柱之間的空間幾乎都被迫高大于寬，這源于石的垂直矩形美學(xué)。石在西方世界建筑學(xué)中占有如此之高的統(tǒng)治地位，以致，即使在木結(jié)構(gòu)建筑時期其適當(dāng)?shù)脑煨鸵恢北煌咨票Ｗo(hù)著，像在美國的喬治王時代

15、。然后，石借助它本身的構(gòu)造類型，成為支撐樓板和屋頂?shù)膲Γ蔀槌兄亟Y(jié)構(gòu)中的密排柱，成為主要承受壓力的拱形結(jié)構(gòu)。木是一種纖維材料，相比其抵抗壓力的能力而言，它更易于抵抗拉力。木制梁可能相對比石制梁長，并且木制柱較細(xì)且可以廣泛地作一定間隔的排列。由于木的自然性質(zhì)常形成寬大于高的水平矩形，這在日本建筑學(xué)中常被見到。鋼的抗拉強度也等于或大于其抗壓強度。已經(jīng)觀察過鋼結(jié)構(gòu)建筑物建筑過程的任何人一定曾注意到由細(xì)的廣泛地作一定間距排列的柱及每個樓板的長梁所組成的水平格狀矩形。木和鋼的性質(zhì)意味著框架結(jié)構(gòu)一個支撐樓板和屋頂?shù)墓羌苋魏蔚匿伱娌牧隙伎赡苁潜匦璧?。木和鋼也?zhǔn)許懸臂結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，梁的投影超出支承的最后

16、一個測點。最后，建筑學(xué)不僅必須超過符合強度和空間的實際需要，它也一定要使人得到精神滿足。建筑物應(yīng)該使每一個零部件形成一個美學(xué)的統(tǒng)一體。因此，結(jié)構(gòu)的側(cè)面和背面應(yīng)該與正面具有足夠的一致性，可以使所有相關(guān)部分成為一個獨立的整體。同樣地，大部分的內(nèi)部分區(qū)也需要在外部設(shè)計上有所表現(xiàn)。正殿，甬道，袖廊，半圓形壁龕,而且輻射哥德式大教堂的小禮拜堂，舉例來說，全部是在外部上看得見的,所以訪客在潛在意識里意識到他們將在里面找到什么。建筑要求有恰當(dāng)?shù)谋壤戳钊擞淇斓奶撆c實、高與寬、長與寬的關(guān)系。人類已經(jīng)作過許多嘗試用數(shù)學(xué)公式來解釋好多比例，如黃金分割。然而，這些努力并沒有被廣泛接受，盡管在設(shè)計各處透過一些尺寸（

17、舉例來說，一個模數(shù)是一個柱的直徑一半）的復(fù)測法已經(jīng)收到很好的結(jié)果。這種復(fù)測法幫助提出了人類思想渴望的可視規(guī)則。一個建筑物還應(yīng)該有建筑師稱作的比例尺，它應(yīng)該能在視覺上傳達(dá)它的真實尺寸。如長椅、臺階或樓梯欄桿等元素，盡管由于它們特別的原因在大小方面有些微可變，但仍然與人類的正常尺度有關(guān)。它們因此也幾乎不可察覺地成為精確計量整個大廈尺度的測量單位。因這些單位對整個建筑物而言太小，所以還需要其他中間尺度的元素。樓梯和一個樓梯欄桿可能給門口的尺寸一個提示，依次是柱廊的高度，最后是整個的結(jié)構(gòu)廊。凡爾賽的Petit Trianon在比例尺方面相當(dāng)完美。羅馬的圣彼得堡由于缺少小元素而讓人很難感知它的巨大。雖然

18、全裝飾在一些現(xiàn)代的建筑中被拒絕，但它過去由于固有的美或為了強調(diào)建筑物的一些重點而常被采用。裝飾品可能用于突出建筑物的特征和建筑物目的的可視化表現(xiàn)。因此，一個銀行要看起來像銀行，一個教堂也應(yīng)該同樣地可以被立刻確認(rèn)。理想地，任何建筑物應(yīng)該通過與它建筑上的鄰居的一些關(guān)系和地方地理學(xué)上看起來屬于它的位置。經(jīng)過建筑學(xué)目的的成型，再受材料、比例和設(shè)計者給定的比例尺和特征支配，建筑物成為建造它們的時代的理想的表達(dá)和熱望。歷史性建筑學(xué)的連續(xù)性式樣是他們的時代精神的化身。第三課 建筑物的組成材料和不同的結(jié)構(gòu)形式聯(lián)合組成建筑物的各種不同部分，包括承重框架，外殼，樓板和隔墻。建筑物也有像升降機(jī)，供暖和冷卻，照明這樣

19、的與機(jī)械和電力有關(guān)的系統(tǒng)。上部結(jié)構(gòu)是建筑物地面以上的部分，而下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)則是建筑物地面以下的部分。摩天大樓的出現(xiàn)得益于19世紀(jì)的兩大發(fā)展：鋼骨架結(jié)構(gòu)和旅客升降機(jī)。鋼，作為一種建筑材料，源于1885年貝色麥轉(zhuǎn)爐的引入。Gustave Eiffel（1832-1932）將鋼結(jié)構(gòu)引入法國。1889年巴黎展覽會的塔和他為Galerie des 機(jī)械的設(shè)計表現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的靈活性。艾菲爾鐵塔高984英尺（300米），是人類建造的最高的結(jié)構(gòu)，直到40年后才被美國一系列的摩天大樓超越。第一個升降機(jī)是在1857年被Elisha Otis安裝于紐約的一幢百貨公司。在1889年，Eiffel在艾菲爾鐵塔上安裝了第一

20、個大尺寸的升降機(jī)，它的水力升降機(jī)能在一個小時內(nèi)運送2350個旅客到達(dá)頂點。承重框架。直到19世紀(jì)晚期，建筑物外墻被用作支承樓板的承重墻。這種結(jié)構(gòu)本質(zhì)上一種梁柱模型，并且仍然被用于房屋框架結(jié)構(gòu)。承重墻結(jié)構(gòu)由于需要巨大的墻厚而限制了建筑物的高度。例如，芝加哥建于19世紀(jì)80年代16層的Monadnock大廈，較下層的樓板下的墻厚達(dá)5英尺（1.5米）。在1883 年，William Le Baron Jenney (1832-1907)采用鑄鐵柱支撐樓板的方式以形成籠狀結(jié)構(gòu)。由鋼梁和鋼柱組成的骨架構(gòu)造最早用于1889年。由于骨架構(gòu)造，圍墻變成一個“幕墻”，勝于起支撐作用。磚石一直被用作幕墻材料，直到

21、20世紀(jì)30年代，輕金屬和玻璃幕墻開始被使用。在鋼結(jié)構(gòu)引入后，建筑物的高度持續(xù)快速地增加。在二次世界大戰(zhàn)前，所有的高層建筑都是采用鋼結(jié)構(gòu)。戰(zhàn)后，鋼材的短缺和混凝土質(zhì)量的改良導(dǎo)致鋼筋混凝土高層建筑的出現(xiàn)。芝加哥的Marina塔(1962)是美國最高的混凝土建筑。它的高度達(dá)588英尺(179米)，被倫敦的高達(dá)650英尺（198米）的郵政大廈和其他塔式建筑所超越。關(guān)于摩天大樓構(gòu)造觀點的轉(zhuǎn)變恢復(fù)了承重墻的使用。在紐約城由Eero Saarinen于1962年設(shè)計的哥倫比亞廣播系統(tǒng)大樓，有一個由5英尺（1.5米）寬，相鄰柱的中心距為10英尺（3米）的混凝土柱組成的環(huán)形墻。這個環(huán)形墻實際上有效地組成了一個

22、承重墻。產(chǎn)生這種趨向的一個理由是，采用建筑物的墻壁作為一個筒體，可以非常經(jīng)濟(jì)地獲得起到抗風(fēng)作用的足夠硬度。世界貿(mào)易大廈是這種筒體方法的另一個例證。相反地，剛性框架或垂直的桁架通常被用于提供側(cè)向穩(wěn)定性。外殼。建筑物的外殼由透明元素（窗）和不透明元素（墻）所組成。盡管塑料正在被使用，窗傳統(tǒng)上還是使用玻璃，特別是在學(xué)校，破損產(chǎn)生了一個維護(hù)問題。用于覆蓋結(jié)構(gòu)并由結(jié)構(gòu)支撐的墻元素由多種材料建造：磚，預(yù)制構(gòu)件，混凝土，石，不透明玻璃，塑料，鋼和鋁。木主要被用于房屋建筑，由于有火災(zāi)的危險，它通常不用于商業(yè)，工業(yè)和公用建筑。樓板。建筑物中樓板的構(gòu)造依賴于所使用的基本結(jié)構(gòu)框架。在鋼結(jié)構(gòu)中，樓板或是擱置在鋼梁上的

23、混凝土板，或是表面附有混凝土的波狀鋼組成的凹板。在混凝土結(jié)構(gòu)中，樓板或是擱置在混凝土梁上的混凝土板，或是一系列頂端有一個薄板雙向都近距離排列的混凝土梁，在其下部提供了一個多余的空間。這種類型的板的使用依賴于支撐柱或墻間的跨度和空間的功能。例如，在公寓中，當(dāng)墻和柱的間距在12英尺到18英尺（3.7米到5.5米），最常用的結(jié)構(gòu)是無梁的實心混凝土板。這種板的下部可以用作其下層空間的天花板。辦公大樓中常使用波紋鋼樓板，這是因為波紋鋼樓板的波紋當(dāng)由另一塊金屬板蓋上時，可以形成電話線和電線通道。機(jī)械和電力系統(tǒng)。一個現(xiàn)代建筑不僅包括它所需要的空間（辦公室，教室，公寓），還包括幫助提供舒適環(huán)境的機(jī)械與電力系統(tǒng)

24、的輔助空間。在摩天辦公大樓中，這些輔助空間可能構(gòu)成總建筑面積的25%。在辦公大樓中，供暖，通風(fēng)，電力和衛(wèi)生管道系統(tǒng)的重要性體現(xiàn)在工程預(yù)算的40%被分配給它們。因為使用帶有不能開窗的密封性建筑屋的增加，精細(xì)的機(jī)械系統(tǒng)被用于通風(fēng)和空調(diào)。渠道和管道攜帶來自中央風(fēng)扇室和空氣調(diào)節(jié)機(jī)的新鮮空氣。懸吊在上部樓板結(jié)構(gòu)下面的天花板，隱藏著管道系統(tǒng)，還包含照明設(shè)備。用于動力和電話通訊的電力配線，也被安置在天花板空間內(nèi)，或被埋置在樓板結(jié)構(gòu)中的管道內(nèi)。已經(jīng)有種種嘗試將機(jī)械和電力系統(tǒng)通過坦白地表達(dá)它們以合并到建筑物的建筑學(xué)中。舉例來說，在愛荷華州首府得梅因的美國共和保險公司大樓（1965），管道和樓板結(jié)構(gòu)以一種有組織和

25、優(yōu)雅的形式暴露在外，用吊頂進(jìn)行分配。這種方法使得減少建筑物的花費成為可能，并且可以允許改革，例如在結(jié)構(gòu)的跨度方面。地基與基礎(chǔ)。所有的建筑物都支撐在地面上，因此，土體的性質(zhì)成為任何建筑設(shè)計中極端重要的考慮因素?；A(chǔ)的設(shè)計依賴于許多土體的要素，如土的類型，土壤的層理，土層的厚度和它的壓縮性，以及地下水的狀態(tài)。土壤很少有一個單一的成分。它們通常是不同厚度土層的混合物。為了評估，土壤被按照顆粒大小分為不同等級，它們從淤泥到粘土到砂到砂礫到巖石依次增加。大體上，較大顆粒土的負(fù)載能力將會強于較小的一些。最硬的巖石可以高達(dá)每平方英尺100噸（每平方米976.5公噸）的負(fù)載，但是最軟的淤泥所能承受的負(fù)載只有每

26、平方英尺0.25噸（每平方米2.44公噸）。所有表面以下的土都處在受壓狀態(tài)中，說得更精確一些，這些土承受與作用在其上的土柱重量相等的壓力。許多土（除了大多數(shù)的砂和礫石以外）顯示出彈性性質(zhì)在荷載作用下受壓變形，當(dāng)荷載解除后可以回彈。土壤的彈性常常依賴于時間，也就是說，土的變形可能發(fā)生在荷載作用后從數(shù)分鐘到數(shù)年的時間長度上。超過一個時段，如果建筑物作用在土體上的負(fù)載高于土的天然壓實重量，它可能產(chǎn)生沉降。相反地，如果建筑物作用在土體上的負(fù)載小于土體的天然壓實重量，它可能隆起。土也可能在建筑物自重作用下產(chǎn)生流動，就是說，它很容易被壓擠出。由于壓實和流動效應(yīng)，建筑物趨向于沉降。例如比薩和博洛尼亞的斜塔，

27、不均勻沉降能產(chǎn)生破壞效果建筑物可能傾斜，外墻和隔墻可能產(chǎn)生裂縫，窗戶和門可能夠變得不起作用，并且極端的情況是建筑物可能倒塌。盡管在某些極端條件下，像墨西哥城的情況，能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，但是不均勻沉降并不是那么嚴(yán)重。過去100年以來，那里地下水水位的變化已經(jīng)使一些建筑物沉降超過10英尺（3米）。由于這種運動能發(fā)生在施工工程中和其后，仔細(xì)分析在建筑物下土的行為顯得非常重要。土的巨大的可變性導(dǎo)致基礎(chǔ)問題多樣的解決方法。在地表附近存在堅硬土?xí)r，最簡單的解決方法是把柱放置在一個小的混凝土板上（擴(kuò)展基底）。土較軟的地方，有必要將柱荷載傳遞到一個較大的面積上，在這種情況下，則在整個建筑物底下采用連續(xù)的混凝土板

28、（筏或席）。地表附近的土體不能承載建筑物重量時，木制，鋼制或混凝土制樁被打入以加固土體。建筑物的施工工程自然是從基礎(chǔ)到上部結(jié)構(gòu)。但是，設(shè)計工程則是從屋頂?shù)交A(chǔ)（沿重力的方向）。過去，基礎(chǔ)不依照系統(tǒng)調(diào)查?？茖W(xué)設(shè)計基礎(chǔ)的方法已經(jīng)在20世紀(jì)內(nèi)得到發(fā)展。美國Karl Terzaghi的先鋒研究，利用土力學(xué)和探測及測試程序技術(shù)，使精確預(yù)報基礎(chǔ)的行為成為可能。過去基礎(chǔ)的破壞，像經(jīng)典的例子比薩斜塔，已經(jīng)變得幾乎不存在。然而，基礎(chǔ)仍然是許多建筑物一個隱藏而昂貴的部分。第四課 高層建筑Fazlur Rahman khan大體上建筑施工工藝學(xué)方面已經(jīng)有許多進(jìn)步, 在超高層的設(shè)計和施工上已經(jīng)取得了驚人的成就。高層建

29、筑早期的發(fā)展開始于鋼結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土和薄殼筒系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)濟(jì)而競爭性地被用于大量的住宅和商業(yè)目的的結(jié)構(gòu)。由于新型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的創(chuàng)新和發(fā)展，現(xiàn)在從50到100層的高層建筑遍布全美國。更大高度的要求增加了梁柱的尺寸以使建筑物剛性更強，以便在風(fēng)荷載作用下建筑物將不會產(chǎn)生超過一個可接受限度的擺動。過度的側(cè)移可能導(dǎo)致隔墻，天花板和其他建筑細(xì)部的重復(fù)性損害。此外，過度側(cè)傾可能使建筑物的居住者因為對擺動的知覺而導(dǎo)致不便。鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，能充分利用整個建筑物固有潛在的勁性，因而不需要額外加勁以限制側(cè)傾。例如，在一個鋼結(jié)構(gòu)中，經(jīng)濟(jì)性由建筑物房屋面積每平方英尺鋼的全部平均數(shù)量來定義。圖一中的曲線A采用層逐漸增加的

30、數(shù)量表現(xiàn)傳統(tǒng)框架的平均單位重。曲線B則表現(xiàn)框架受到所有橫向荷載保護(hù)下的平均鋼重量。上下邊界之間的間隙則表現(xiàn)傳統(tǒng)梁柱框架為高度付出的額外費用。結(jié)構(gòu)工程師已經(jīng)發(fā)展了可消除這一額外費用的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。鋼結(jié)構(gòu)體系。因為一些類型的結(jié)構(gòu)改革，鋼高層建筑物得到了發(fā)展。此改革被用于辦公大樓和公寓的建造。帶有剛性帶式桁架的框架。為了將一個框架結(jié)構(gòu)的外柱約束于內(nèi)部的垂直梁架,可能在建筑物中部和頂部采用一個剛性帶式桁架的系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的最好例證是在密爾瓦基的威斯康辛州第一銀行建筑物 (1974)。框架筒體。只有當(dāng)建筑物突出地面的所有的柱構(gòu)件能夠彼此連接使整個建筑物成為一個空心筒體或一個勁性箱體時，一幢高層建筑的整個結(jié)構(gòu)

31、才能最有效。這種特殊的結(jié)構(gòu)體系第一次大概是用于芝加哥的43層樓高的德威特栗木鋼筋混凝土公寓。而這一系統(tǒng)最重要的應(yīng)用是紐約的110層樓高的世界貿(mào)易中心的鋼結(jié)構(gòu)雙塔。對角柱桁架支撐筒體。建筑物的外柱可以被適當(dāng)?shù)姆指魠s仍能通過在梁柱中線處交叉對角構(gòu)件連接使之作為一個筒體而共同工作。這種簡單而又極其有用的系統(tǒng)最早被用于芝加哥的約翰漢考克中心，其僅僅使用了傳統(tǒng)的40層樓高建筑的用鋼量組合筒體（束筒）。由于對更大更高的建筑物的持續(xù)需求，框架筒和對角柱桁架支撐筒可能采用組合使用的形式以創(chuàng)造更大的筒，并仍可以保持高功效。芝加哥110層樓高的西爾斯瑞巴克總部有9個筒，由三排建筑物組合而成。一些個別筒體終止在建筑

32、物不同的高度，證明了無限建筑可能性的結(jié)構(gòu)觀念。西爾斯塔高1450英尺（442m），是世界上最高的建筑。薄殼筒體系。筒結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展提高了高層建筑抵抗側(cè)向力（風(fēng)和地震作用）和飄移（建筑物的側(cè)向運動）的能力。薄殼筒使筒結(jié)構(gòu)體系有了進(jìn)一步的發(fā)展。薄殼筒的進(jìn)步是利用（高層）建筑的外表面（墻和板）作為與框筒共同作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，為高層建筑抵抗側(cè)向荷載提供了一個有效的途徑，而且可獲得不設(shè)柱子，節(jié)省成本，使用面積與建筑面積之比很高的室內(nèi)空間。由于薄殼表面的作用，筒體的框架構(gòu)件數(shù)量減少，使得結(jié)構(gòu)更輕，費用更少。所有標(biāo)準(zhǔn)柱和外墻托梁都采用標(biāo)準(zhǔn)型鋼，使得組合構(gòu)件的使用和花費最小化。四周外墻托梁的深度要求也被減少，而

33、且樓板上的頂梁對有用空間的占用會達(dá)到最小。這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)已經(jīng)被使用于 54 層樓高的匹茲堡的梅隆銀行中心。混凝土體系。雖然采用鋼結(jié)構(gòu)建造的高層建筑開始很早，但是鋼筋混凝土高層建筑的快速發(fā)展在辦公大樓和公寓方面對鋼結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生了很大的挑戰(zhàn)。框架筒體。由上面討論到的，高層建筑最早的框架筒體概念應(yīng)用于43層樓高的德威特栗木公寓。在這一建筑物中，外柱以中心距為5.5英尺（168米）的間隔排列，內(nèi)柱則用于支撐8英寸厚的混凝土平板。筒中筒。另一個用于辦公大樓的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系是將內(nèi)部框架筒體與傳統(tǒng)的剪力墻工藝相結(jié)合。這種體系由間距很小的柱子構(gòu)成的外框架筒與圍繞中心設(shè)備區(qū)的剛性剪力墻內(nèi)筒組成。這種被稱為筒中

34、筒的體系使設(shè)計目前世界上最高（714英尺或218米），總費用只相當(dāng)于傳統(tǒng)35層樓高的剪力墻結(jié)構(gòu)體系的輕型混凝土建筑（52層樓高的休斯頓的殼廣場建筑）成為可能。結(jié)合混凝土和鋼的體系也得到發(fā)展，這方面的一個例子是由Skidmore, Owings 和 Merrill發(fā)展的復(fù)合體系。它是采用間距很小的混凝土外框架筒包圍鋼框架內(nèi)筒組成，因此兼有鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點。在新奧爾良的一個 52 層樓高的殼廣場建筑便是以這一體系為基礎(chǔ)。第五課環(huán)境工程環(huán)境工程是有關(guān)由結(jié)構(gòu)，機(jī)器，系統(tǒng)和人類的活動引起的污染的一個工程分支。文明的發(fā)展已經(jīng)引起許多地球生態(tài)系統(tǒng)的紊亂，造成空氣，陸地和水的污染。環(huán)境工程師的責(zé)任

35、不僅在于設(shè)計系統(tǒng)以緩和這一污染， 而且還需要教育人們保護(hù)他們周圍的環(huán)境免受其他污染。環(huán)境工程的實踐被劃分為以下各種不同層次。水質(zhì)處理。在許多情況下，河流，湖泊和海洋已經(jīng)被由住宅，商業(yè)，和工業(yè)源點排放的液態(tài)廢料污染。這些水體許多已經(jīng)由于20世紀(jì)70年代的一次運動被開墾裝配上新的廢水處理設(shè)備并且一些舊的設(shè)備也得到了改良，可以采用物理化學(xué)和生物學(xué)方法從液態(tài)廢水中除去污染物。有機(jī)物使河流和湖泊中的氧氣耗盡，并因此導(dǎo)致魚類的死亡和有毒的臭氣。物理化學(xué)和生物學(xué)工序可以取去大量的有機(jī)物，連同來自廢棄河流上漂浮的浮渣和滑脂。化學(xué)消毒可以使廢棄河流中的細(xì)菌，病毒和原生生物鈍化。物理化學(xué)方法用于除去廢棄河川中的固

36、體化學(xué)物，所用的方法有過篩，砂和砂礫分離，化學(xué)凝結(jié)和單純沉淀。生物學(xué)方法有加菌濾渣，接觸塔和生物圈。這些處理方法應(yīng)用到住宅，商業(yè)和工業(yè)廢水上，已經(jīng)降低了許多河流，湖泊和海洋的污染程度。然而，大部分地區(qū)存在著清理不完全的情況。在許多其他地區(qū)的暴風(fēng)雨期間發(fā)生未經(jīng)處理的衛(wèi)生廢污和大量廢水的無限制排放。這些排放物來源于攜帶衛(wèi)生廢污和大量垃圾的管道。在暴風(fēng)雨期間，陸地上的雜質(zhì)混合著管道里的衛(wèi)生廢污，并且廢水量超過了管道的承載量；在它能到達(dá)廢水處理設(shè)備前，這一混合物的部分就流了最近的水體。通常，建造一整套全新的分開衛(wèi)生廢污的管道價格太昂貴。但是，一些都市，像芝加哥，已經(jīng)開始采用建造一個能在暴風(fēng)雨期間儲存大

37、量流量的深地下隧道，廢水可以合理的速率進(jìn)出處理設(shè)備的系統(tǒng)來解決這一問題。在那些廢水一定會進(jìn)入湖泊和干的河川的地方，必須采用更高水平的處理措施，包括營養(yǎng)物和膠質(zhì)物的除去。物理化學(xué)和生物學(xué)處理方法被用于廢水的處理。此外，在生物方法處理后，化學(xué)制品被用于營養(yǎng)物的沉淀，和緊接著固體殘留物的凝結(jié)和過濾。在一些情況下，粒狀的活性碳或膜被用于廢棄河川的附加凈化。因為任何可見的污染對水域的形狀產(chǎn)生的破壞,所以這種更高水平的處理是可取的。此外，這種處理還可以對水域上由營養(yǎng)物磷和氮引起的潛在的富營養(yǎng)化效應(yīng)起防止作用。對于有廢水排放而下游又用于飲用水源的河流，需要特別注意的不僅有廢污中有機(jī)物的排除，還有使微生物鈍化

38、進(jìn)行的消毒程序。還需要關(guān)心的是來自工業(yè)生產(chǎn)的有機(jī)化學(xué)污染物或者沿河農(nóng)田使用的殺蟲劑和除草劑污染的河川世界上比較普遍的是對排入河川的廢水進(jìn)行間接的重復(fù)利用。同時，只要排放物經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚?，并且有機(jī)化學(xué)污染物被消除，也是可以被接受的。比較不可接受的是直接重復(fù)使用廢水作飲用的用途，甚至是在高度處理之后。最關(guān)心的則是疾病爆發(fā)的可能性。但是，一些國家，像以色列，出于需要做試驗，在物理化學(xué)處理前通過在成熟作用的地沼中長時間儲存廢水來重復(fù)使用。重復(fù)使用廢水，緊接著進(jìn)行可取的處理，再用于農(nóng)作物的灌溉和為高爾夫課程澆水，這種方法已經(jīng)變得相當(dāng)普遍和可接受，尤其是在干燥性氣候下。此外，某些特定地區(qū)如那不勒斯，佛羅里

39、達(dá)和歐文，加州, 已經(jīng)裝配雙重的水系，一方面處理過的廢水用于戶外住宅，商業(yè)，以及消防用水等用途，另一方面保留高質(zhì)量的水用于潛在的需要。在其他的情況，大型工業(yè)產(chǎn)業(yè)直接從河川中取水用于工業(yè)上的冷卻。廢水固體物質(zhì)處理。從廢水中通過物理化學(xué)和生物學(xué)方法分離出來的有機(jī)和無機(jī)的固體必須進(jìn)行脫水,采用生物和化學(xué)方法使之穩(wěn)定,并且需掩埋在受約束的垃圾場,焚燒或者堆制成肥料。有些固體不一定要脫水，而是能直接應(yīng)用到陸地的一些環(huán)境，接著是生物穩(wěn)定過程。可以舉出很多這樣的例子，如在密爾瓦基，威斯康辛州，固體被加工作肥料。不幸的是，在世界的許多地方，包括美國的東海岸，固體廢物既不是再生作陸地也不是焚燒作能源，而是用船或

40、者管道運送到大海再直接向海水中傾卸。我們希望這種做法會被廢止，而焚化作能量供應(yīng)以及堆制成肥重復(fù)利用于土地將會代替海洋傾卸處理。在固體廢物堆肥的地方，有毒的和重金屬必須在源點被除去。處理廢水中的固體廢物的方法有擠壓，皮帶，離心分離機(jī)以及流化床火爐脫水。已經(jīng)受到相當(dāng)注意的另外一種方法是容器堆肥。垃圾處理。在陸地上的廢物和垃圾的不加選擇的傾卸已經(jīng)引起嚴(yán)重的污染問題。垃圾處理可以控制在一個設(shè)計和操作很好的垃圾掩埋場，而且這可能是特定的小社區(qū)的一個適當(dāng)方法。然而，在中型和大型社區(qū)用于垃圾處理的土地正在嚴(yán)重縮減，而且垃圾堆肥在陸地上的重復(fù)使用可能已經(jīng)被限制應(yīng)用。對大多數(shù)社區(qū)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)似乎是垃圾的焚化，通過

41、燃燒有機(jī)材料來回收能量。來自熱反應(yīng)堆以及廢水處理廠焚燒固體廢物的火爐的空氣發(fā)生發(fā)射系統(tǒng)必須設(shè)計成能防止化學(xué)品和微粒子空氣污染。這些空氣發(fā)射系統(tǒng)包括靜電沉淀和加力燃燒室。有害廢物處理。不幸的是，由于來自工業(yè)和商業(yè)活動以及公眾代辦站的長期非法傾卸和洗滌，鄉(xiāng)間和地下水已經(jīng)變得混亂并且被污染。來自傾卸處理地的廢物儲存容器的去除必然地是個很慢的方法，并且一個經(jīng)核準(zhǔn)的處理基地必須存在并發(fā)展。被污染的土壤和地下水的凈化是個更慢的方法，凈化工藝必須被設(shè)計并實行。例如，被有機(jī)化學(xué)物污染的水應(yīng)慢慢從蓄水層中抽取，然后通過空氣脫膜或粒狀活性碳吸附作用除去污染物。經(jīng)凈化后的水再回注入蓄水層，這個工程則需要數(shù)年才能完成

42、。在一些情況下，這可能是不便的，因為這對那些必須使用這些地下水作飲用供給的社區(qū)，會造成健康危害。空氣污染控制。柴油驅(qū)動的卡車和不受限制的汽油機(jī)使環(huán)境中廢煙增加，工業(yè)煙囪則帶來污染。在美國，1987年環(huán)境保護(hù)組織出版的統(tǒng)計表顯示，每年有 磅（ 公斤）的有毒化學(xué)品被釋放到空氣中，當(dāng)一億人居住的時候，其他的空氣污染物主要來自于汽車，超過聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)。像洛杉機(jī)這樣的大城市的地方煙霧則由各社區(qū)的活動引起。在美國中西部由工業(yè)煙囪排放的廢氣引起的酸雨降落在了東北部和加拿大的森林和湖泊上。雖然已經(jīng)做了很多空氣凈化的嘗試，但是解決的行動還是受到很大的限制。工藝學(xué)上可用于除去空氣中的顆粒物質(zhì)和化學(xué)污染物的方法是可用的

43、（例如多樣性火爐，流化床反應(yīng)堆以及究竟久經(jīng)考驗的空氣發(fā)射技術(shù)），但是代價昂貴，并且過程緩慢。飲用管理。安全高質(zhì)量的飲用水的可用性是現(xiàn)代文明中一個重要的要素。源點。通過撤回來自河川的飲用水的間接廢水利用是一個可行并且經(jīng)濟(jì)的供給社區(qū)飲用水的方法，特別是在濱水地區(qū)。水必須經(jīng)過消毒處理以使微生物污染物鈍化，還必須進(jìn)行物理化學(xué)處理以除去有機(jī)和無機(jī)污染物。其他的飲用水源是自然湖泊和水庫。它們往往優(yōu)于河水，并且它們可作多重用途，如給排水和水力電氣的動力。這些湖泊的部分區(qū)域的受限制的娛樂使用是很尋常的。地下的蓄水層是一個飲水的通常源點，并且其質(zhì)量相當(dāng)高，除了那些化學(xué)污染已經(jīng)發(fā)生的地方。在世界的一些地區(qū)，蓄水層

44、能被開墾的地表水回灌。在世界許多地區(qū)的一個嚴(yán)重的問題是在低降水和降雪期間純凈飲水的短缺。一場大規(guī)模旱災(zāi)發(fā)生在1989年美國東海岸的春天。在旱災(zāi)中出現(xiàn)水資源短缺的兩個原因是：許多飲水供給系統(tǒng)沒有能計劃充分以應(yīng)對旱災(zāi)；相對低的水價使大量水被浪費。質(zhì)量。必須審慎選擇最純凈的水用于飲水，如地下水，泉水，或高地湖泊，然后對其源點進(jìn)行強制性保護(hù)。預(yù)防地下水的化學(xué)污染是極其重要的，其可以通過明智的控制地表水沿岸的使用來實現(xiàn)。湖泊能被用于娛樂及水源。然而如此的混合應(yīng)用需要作很好的計劃。供給水的凈化與分水嶺的規(guī)劃和控制一樣重要。在源點質(zhì)量相當(dāng)好的地方，化學(xué)消毒，凝結(jié)，過濾就足夠了。如果水是來自含泥量多并遭受有機(jī)

45、物污染的河川供給，則需要額外的處理措施。在20世紀(jì)80年代，凈水工藝有了大幅的進(jìn)步。臭氧已經(jīng)成為一種消毒劑的選擇，因為它是對細(xì)菌，病毒和原生動物消毒的最有效的消毒劑，并且它不像氯，當(dāng)水中存在有機(jī)物質(zhì)的時候，它不會形成致癌副產(chǎn)物。經(jīng)濟(jì)內(nèi)嵌或直接的過濾可以用于凈化許多高地供給。和臭氧結(jié)合，這種方法對許多未過濾水供給是能適用的。粒狀的活性碳可以除去水中產(chǎn)生味道和氣味的物質(zhì)，并且能吸收有害的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)。對自來水污染最后的屏障是配水系統(tǒng)的小心管理?；瘜W(xué)制品能被添加到已凈化水中以抵消系統(tǒng)的腐蝕狀態(tài)，如此可大大減少鉛管系統(tǒng)接合處對鉛的濾去量。而且水管能填塞水泥砂漿并保持奔流以預(yù)防臟水。其他方面。環(huán)境工程學(xué)

46、可以用于區(qū)域性問題的解決。變得富營養(yǎng)化和藻類繁盛的池塘和湖泊不能被用于娛樂，并且這水如果被用于飲用可能是有害的。海港處水的無差別的處理和隨之發(fā)生的海灘污染能通過適當(dāng)?shù)囊?guī)則和強制執(zhí)行來預(yù)防。最后，還必須發(fā)展對景觀地廢物的最佳處理方法。第六課：取暖，通風(fēng)，和空調(diào)取暖，通風(fēng)，和空調(diào)系統(tǒng)是環(huán)境工程的主要方面，就最新的概念而言，他包括建筑工程的所有方面：比如說給排水工程，隔音工程及室內(nèi)布置工程。環(huán)境工程的概念就標(biāo)志著建筑的所有因素都有著內(nèi)在的聯(lián)系。取暖可由照明設(shè)備提供，舉個例子：管道是影響空調(diào)系統(tǒng)的重要因素，同時，它也能影響結(jié)構(gòu)的設(shè)計。雖然目前有條文對建筑的種種限制，但是這個科目還是被延伸到交通工具中，

47、如：大客車，飛機(jī)，輪船，航天器和潛艇。這些都有著很高的特殊要求。取暖，通風(fēng)，和空調(diào)系統(tǒng)在目前的背景下，將被定義為控制一個封閉空間的環(huán)境這一普遍的關(guān)系。除了使人安逸的設(shè)備外，許多工業(yè)進(jìn)程都依賴著一個穩(wěn)定的大氣層，如此以來，工程的分支則覆蓋了一個相當(dāng)大的應(yīng)用范圍。取暖系統(tǒng)涉及到提高溫度以達(dá)到高溫環(huán)境。通風(fēng)系統(tǒng)則涉及到提供新鮮空氣和抽出那些被污染或含有雜質(zhì)的空氣。空調(diào)系統(tǒng)則包括了取暖和通風(fēng)系統(tǒng)的功能，而且還增加了降溫功能，調(diào)節(jié)濕度和潔凈空氣，過濾灰塵，細(xì)菌和空氣中的雜質(zhì)。在歷史上，人們生火在自己周圍取暖是最容易做到的，而且無疑的是木材是最初的燃料。首先在洞穴中，由石器時代遺留下來的爐邊可以說明，后來

48、就在泥土或是草地上生火。發(fā)現(xiàn)木炭可以由木材制得，而且是一種無煙的燃料，這被看作在適當(dāng)?shù)牡胤降囊粋€簡單的進(jìn)步，那些地方僅僅需要適度取暖，如中國，日本，以及地中海沿岸。另外一個進(jìn)展就是氣孔和煙窗的出現(xiàn)。首先是在屋頂中央開個簡單的孔，而后來則連著壁爐，這種發(fā)明源于歐洲13世紀(jì)。煙和汽水將不再蔓延于生活空間?；馉t在公元前600年在中國出現(xiàn)并使用。它比壁爐更節(jié)省熱量。火爐從俄羅斯傳到德國和歐洲的大部分國家。及到今天它還在被使用，而且還是一家人的焦點地方。火爐有橫過大西洋進(jìn)入美國，在那里，本杰明.富蘭克林于1744年改進(jìn)發(fā)明設(shè)計，但其先行者卻是那些傳統(tǒng)的大腹便便的火爐。將近于18世紀(jì)末期，首先對壁爐進(jìn)行科

49、學(xué)精制好像歸功于物理學(xué)家本杰明.湯姆生。計算rumford。他的目的是在使用耐火粘土團(tuán)和使用罩蓋時提高明火的使用效率。這兩項設(shè)計減少了總的輻射熱量。由于他的想法并沒有被接受，而導(dǎo)致嚴(yán)重的燃料浪費持續(xù)至今。在燒火加熱的同時對外部空間加熱，這在現(xiàn)在被描敘為中央取暖系統(tǒng)，由希臘Lacedae monians發(fā)明，并且第一個使用到加熱樓板中。在城市Ephesus中的大神殿被認(rèn)為使用褐煤作為燃料，將暖氣通過氣孔導(dǎo)入地板中。雖然希臘人認(rèn)識到集中取暖的優(yōu)點，但是羅馬人才稱得上古代最偉大的供暖技師。他們發(fā)明了獨特的火坑供暖系統(tǒng)。地板提升了底座，熱氣從熔爐中被導(dǎo)入地板下面空間。暖氣通過埋在墻里的中空的赤陶導(dǎo)管。

50、這一系統(tǒng)在整個歐洲都可以找到，可見當(dāng)時羅馬文化的繁榮。在意大利，火坑供暖裝置僅僅應(yīng)用于浴室內(nèi)。在涼爽的地方如英國，則不僅僅應(yīng)用于浴室，也用于起居室，和有時需要取暖的一些房間里。如此科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和精煉隨著羅馬帝國的衰弱和城市的毀滅而終止。那些黑暗時期似乎又回到了原始生活。城堡和住宅使用那些如同原始人類一樣粗糙地取暖，在通風(fēng)良好的大廳的石板上用原木燃燒取暖。依舊用龐大而沉重的獸皮保暖，這樣持續(xù)了1500年后，舒適的羅馬的火坑供暖系統(tǒng)被重新發(fā)現(xiàn)并用于現(xiàn)代城市。在18世紀(jì)和19世紀(jì)初的工業(yè)革命出現(xiàn)了以蒸汽機(jī)作動力。這也提供了新的取暖方法。最初用于工廠和磨坊。蒸汽在導(dǎo)管中輸送被大規(guī)模用于取暖而不僅限于

51、工業(yè)需求，還可以為學(xué)校，教堂，法院，議會大廳，甚至家庭和園藝的溫室提供暖氣。蒸汽表面非常燙，導(dǎo)致在空中有烘烤似的作用，常常伴有燃燒殘骸一般的異味，而用熱水的優(yōu)點在于有一個比較低的表面溫度和比蒸汽更溫和一般的影響。它在1830年被接受。第一套熱水取暖系統(tǒng)安裝在倫敦的新西大教堂醫(yī)院，用這種方式取暖時，熱水在低壓下能不斷地流向主要的地方。它利用散熱器，對流暖爐，插入地板及天花板的取暖系統(tǒng)，用扇子將暖氣分配到不同的地方的方法。在1831年，英格蘭人Jocob Perkins獲得高壓熱水系統(tǒng)的革新方法的專利權(quán)。這種系統(tǒng)就是通過一個卷成圈的連續(xù)循環(huán)的堅固導(dǎo)管接收從暖氣爐的熱量，運輸水在一個封閉的系統(tǒng)繞圈配

52、置在建筑中，在彎管中循環(huán)流動。這一系統(tǒng)獲得了相當(dāng)大的推廣。盡管它具有很高的溫度，他的裝備比那些用于低壓設(shè)備中的大而重的鑄鐵導(dǎo)管相比顯得小而整潔。高壓熱水的原理它已經(jīng)在一個現(xiàn)代的系統(tǒng)中復(fù)興，它首先遍布?xì)W洲，后來傳向其他各地，主要用于工業(yè)取暖。大概直到19世紀(jì)才產(chǎn)生對封閉空間采取某種形式誘導(dǎo)通風(fēng)的需要。那時所建的集會禮堂，劇院，教堂要容納數(shù)百甚至數(shù)千人。在工業(yè)中，一些改良蒸汽的氣壓在汽油燈工作間的磨坊中作為動力，來抵消那些增大的卻作廢的比例。礦井在最早時期的通風(fēng)技術(shù)是采用在其通風(fēng)口的最底部用暖氣爐燃燒。而一些建筑的最初通風(fēng)系統(tǒng)就起源于上敘方法。例如：重建于1837年的倫敦New Houses國會廳

53、。會場的空氣排出便采用焦碳燃燒的方法。早高高的通風(fēng)口的最底部空間不停地保持燃燒。那些保留哥特式建筑的外形特征的建筑卻不再使用通風(fēng)口。新鮮空氣從河岸的通風(fēng)口吸入而室內(nèi)空氣通過出風(fēng)口穿過國會大廳地板下的隧道而被導(dǎo)入泰吾士河中。雖然旋轉(zhuǎn)式的電扇早在16世紀(jì)就發(fā)明了，但從18世紀(jì)在工業(yè)中安裝了蒸汽機(jī)驅(qū)動風(fēng)扇以來，一直沒有找到一種方便的動力供給，直到無所不在的電流的出現(xiàn)。壓力通風(fēng)系統(tǒng)是一種早期通風(fēng)道中的蒸汽管加熱空氣把供熱和通風(fēng)結(jié)合起來的方法。其壓力也是由蒸汽驅(qū)動的鼓風(fēng)機(jī)提供。熱空氣在壓力的作用下通過管道被運輸?shù)浇ㄖ锏母鱾€部位。學(xué)校，醫(yī)院和工廠都是采取這種方法取暖的。蒸發(fā)冷卻可能最初出現(xiàn)印度。在那里人

54、們把濕的草席掛在向風(fēng)一邊的空地上，結(jié)果可以冷卻至11到17攝氏度，席子可以手工保濕或在它上面穿孔，這樣的系統(tǒng)利用了空調(diào)的一個最基本的原理?！翱照{(diào)”這一專業(yè)名詞的出現(xiàn)歸功于Stuart W.Cramer，他在1907年向美國棉花制作商協(xié)會提交了一個關(guān)于紡織工廠濕度控制的論文。控制紡織品的潮氣等同于在大氣中增加水蒸氣，這很早就被認(rèn)為是空調(diào)，但它卻不是。不過直到1911年，當(dāng)Willis Carrier出版了他多年來的研究成果后，具有科學(xué)基礎(chǔ)的空調(diào)誕生了。從空調(diào)的發(fā)展歷史來看，從生產(chǎn)質(zhì)量到空調(diào)設(shè)備一步，在19世紀(jì)20年代大劇院，大商場，和辦公大樓上都安裝了空調(diào)設(shè)備?？照{(diào)的經(jīng)濟(jì)價值是顯著的?？照{(diào)的發(fā)展

55、成為一個主要的工業(yè)。不過我們期待更新的冷卻技術(shù)的出現(xiàn)。在19世紀(jì)末期，取暖和通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計很大程度上是憑經(jīng)驗，科學(xué)方法的發(fā)展在19世紀(jì)90年代得到了改變，一戰(zhàn)前，研究工作是由Belin-Charlottenburg大學(xué)和其它的一些部門擔(dān)任。戰(zhàn)爭過后，許多國家都開始了研究，尤其在聯(lián)合王國，美國，德國，瑞典和法國，所有的這些研究，使現(xiàn)代空調(diào)的影響不斷提高。第七課 橋梁橋梁是跨越如河流、山谷這樣障礙的一種建筑，從而提供交通便利，到目前為止，大部分橋梁都是公路橋或鐵路橋。大量的高架橋于19世紀(jì)在歐洲建成，目的是保持其運河中船舶的航行。最小的一座橋在紐約市的肯尼迪機(jī)場，它主要是把滑行飛機(jī)拖到跑道上服務(wù)的

56、。人類建成的第一座橋類似于原始人在孤立地帶建成的。早期人類的工具和建筑技術(shù)如同原始人類一樣都是最初級的。他們只要經(jīng)過最少的加工和安裝即可建成。在森林里，隨處可得結(jié)實的木材和圓木，那時侯的橋極可能是由一根或并排的幾根圓木建成，可能在其上覆一些木枝或草墊以方便行走。處于熱帶地區(qū)的印度、非洲、和南美洲纖維藤被用來建成懸索橋，這些藤被系在小河或山谷兩邊的樹上或巖石上。一根或更多的藤被踩在上面行走，其它的則排列在膏腴幾英尺的地方，用作手扶用。雖然藤索橋通常不穩(wěn)定。但有很多用incas建成藤索橋有足夠的堅固和穩(wěn)定性，被用于西班牙士兵和它們馬匹的通行。在巖石地區(qū)，石頭被用來建橋，橫跨河流以很小的間距布置石碓

57、作為橋墩，然后用平坦的石頭橫過相鄰的橋墩就建成連接兩岸的通道，大部分的石橋就是這種類型，叫做鼓掌橋?，F(xiàn)在在Dartmoor、英格蘭仍然可見，不過它們都建于中世紀(jì)甚至更晚。原始橋梁的第一步變革被認(rèn)為出現(xiàn)在中國古代，隨后傳入印度。河床一般比樹要寬，中國人和印度人在河流的中央建成兩個樹樁。在這個結(jié)構(gòu)的兩端，用圓木的一端架在樹樁上并微微向上傾斜，使其每一層都比它下面的高幾英尺。為了增加穩(wěn)定性，每個木樁在兩岸都用一堆大而重的石頭錨固；接近河中央，在河中間的兩個木樁的兩端則用簡支梁連接。在這種結(jié)構(gòu)中，天然支架橋在兩個自由桿的中間加樁后可達(dá)到很寬的跨度。早在公元前年的esopotamia和在公元千年的埃及，

58、用石頭或日光烤干的磚被用來安裝重疊的橫梁。這種結(jié)構(gòu)看起來像的拱，下部更平穩(wěn)，被叫做突拱。要使突拱變?yōu)楦钡墓埃枰^的內(nèi)部構(gòu)造適合光滑。這種直拱比突拱更堅固，且早在公元前年就被使用。這種直石拱具有經(jīng)濟(jì)和經(jīng)久耐用，它可以由許多靜止在碼頭上的拱而跨過小的河流。并且，它一般會經(jīng)常出現(xiàn)，而它的質(zhì)量比先前的任何結(jié)構(gòu)都要好。在中國和羅馬的古代，這種整體石拱被廣泛地用于橋梁結(jié)構(gòu)。它一直被廣泛地使用直到19世紀(jì)。這里有4類基本結(jié)構(gòu)可以用作水面上的或障礙物上的橋：剛架橋、懸臂橋、拱橋、和懸索橋體系。剛架橋最簡單也可能是最早使用的-即剛架橋河流。這樣它的兩端固定在相對的河岸。這種剛架橋可以組成某種形狀的木梁、鋼筋混凝土梁或更復(fù)雜的約束。剛架橋這種類型的橋的跨度可以采用在中間建橋墩或在峽谷建擱柵撐，再用幾根橫梁連接起來而增加跨度。剛架橋的材料必須能夠承擔(dān)壓力和拉力。盡管它的名字叫曲梁，但實際上這種具有雙重要求的桿能用于剛架橋上。結(jié)果，梁彎曲較高的部分的壓力比直的部分低一半以上，如果他的受壓承載力太弱，它將會成扣環(huán)，如果受拉承載力太弱，他將會破壞。懸臂橋在利用中間橋墩的長跨距橋中它通常是不可行的橋梁結(jié)構(gòu)。舉個例子，在深而流速急的河流或軟泥中，可能很難建橋墩使它有足夠深度