土木工程可持續(xù)發(fā)展

1、各位同學(xué)，大家好!很高興與大家合作!希望我們合作愉快!自我介紹 姓 名： 邵軍義 職 稱(chēng)： 教授聯(lián)系方式：E-mail：qdlgd第1章 緒論1.1 土木工程概論課程的任務(wù) 很多同學(xué)都關(guān)心：“土木工程”包括哪些內(nèi)容?掌握“土木工程”要學(xué)習(xí)哪些知識(shí)，掌握哪些基本技能，具備哪些能力?怎樣才能學(xué)好“土木工程”等?；卮疬@些問(wèn)題便是本書(shū)的主要任務(wù)。 什么是“土木工程”?中國(guó)國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)在學(xué)科簡(jiǎn)介中定義為：“土木工程是建造各類(lèi)工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的總稱(chēng)，它既指工程建設(shè)的對(duì)象，即建在地上、地下、水中的各種工程設(shè)施，也指所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù)”?？梢?jiàn)土木工程的內(nèi)容非常廣

2、泛，它和廣大人民群眾的日常生活密切相關(guān)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著非常重要的作用。2008年房地產(chǎn)價(jià)格變化 土木工程，英語(yǔ)為“Civil Engineering”，直譯是民用工程，它的原意是與軍事工程“Military Engineering”相對(duì)應(yīng)的，即除了服務(wù)于戰(zhàn)爭(zhēng)的工程設(shè)計(jì)以外，所有服務(wù)于生活和生產(chǎn)需要的民用設(shè)施均屬于土木工程。后來(lái)這個(gè)界限也不明確了?，F(xiàn)在已經(jīng)把軍用的戰(zhàn)壕、掩體、碉堡、浮橋、防空洞等防護(hù)工程也歸人土木工程的范疇了。 英語(yǔ)的民用工程(Civil Engineering)怎么會(huì)譯成土木工程呢?原來(lái)中國(guó)古代哲學(xué)(五行學(xué)說(shuō))認(rèn)為，世界萬(wàn)物是由五大類(lèi)物質(zhì)“金、木、水、火、土”組成的。而在幾千

3、年漫長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，土木工程所用的材料，主要是五行中的“土”(包括巖石、沙子、泥土、石灰以及由土燒制成的磚、瓦和陶、瓷器等)和“木”(包括木材、茅草、藤條、竹子等植物材料)，古代常將大興土木作為大搞工程建設(shè)的代名詞。因而將“Civil Engineering”翻譯成土木工程了。 土木工程的范圍非常廣泛，它包括房屋建筑工程、公路與城市道路工程、鐵道工程、橋梁工程、隧道工程、機(jī)場(chǎng)工程、地下工程、給水排水工程、港口碼頭工程等。國(guó)際上，運(yùn)河、水庫(kù)、大壩、水渠等水利工程也包括于土木工程之中。 人民生活離不開(kāi)衣、食、住、行。 其中“住”是與土木工程直接有關(guān)的；“行”則需要建造鐵道、公路、機(jī)場(chǎng)、碼頭等交通土建工

4、程，與土木工程關(guān)系也非常緊密；“食”需要打井取水，筑渠灌溉，建水庫(kù)蓄水，建糧食加工廠，糧食儲(chǔ)倉(cāng)等；“衣”的紡紗、織布、制衣，也必須在工廠內(nèi)進(jìn)行，這些也離不開(kāi)土木工程。5土木工程設(shè)施的規(guī)劃、勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、管理和維修構(gòu)成了土木工程專(zhuān)業(yè)所要學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容。本書(shū)在以下各章將對(duì)以上各種類(lèi)型的土木工程作簡(jiǎn)要的介紹。 61.2 土木工程發(fā)展歷史概述 1.2.1 古代土木工程 在上古時(shí)期，人類(lèi)野處穴居。距今69萬(wàn)年前舊石器時(shí)代的北京猿人及18000年前的北京周口店龍骨山山頂洞人，居住在天然洞內(nèi)。老祖先的別墅 古代土木工程的歷史跨度很長(zhǎng)，它大致從舊石器時(shí)代(約公元前5000年起)到17世紀(jì)中葉。 特點(diǎn)： 1

5、.沒(méi)有什么設(shè)計(jì)理論指導(dǎo)，修建各種設(shè)施主要依靠經(jīng)驗(yàn)。 2.工程材料主要取之于自然。如石塊、草筋、土坯等，在公元前1000年左右開(kāi)始采用燒制的磚。 3.工具簡(jiǎn)單，只有斧、錘、刀、鏟和石夯等手工工具。 盡管如此，古代還是留下了許多有歷史價(jià)值的建筑，有些工程即使從現(xiàn)代角度來(lái)看也是非常偉大的，有的甚至難以想象。 8西方留下來(lái)的宏偉建筑(或建筑遺址)：磚石結(jié)構(gòu)。如埃及的金字塔，建于公元前2700-前2600年問(wèn)，其中最大的一座是胡夫金字塔，該塔基底呈正方形，每邊長(zhǎng)230.5 m，高約140 m，用230余萬(wàn)塊巨石砌成。9西方留下來(lái)的宏偉建筑(或建筑遺址)： 希臘的帕特農(nóng)神廟10西方留下來(lái)的宏偉建筑(或建筑

6、遺址)： 古羅馬斗獸場(chǎng)令人神往的古代石結(jié)構(gòu)遺址11西方留下來(lái)的宏偉建筑(或建筑遺址)： 土耳其伊斯坦布爾的索菲亞大教堂 磚砌穹頂，直徑30余米，穹頂高50多米，整體支承在用巨石砌成的大柱(截面約7m10m)上，非常宏偉。12中國(guó)古代建筑大多為木構(gòu)架加磚墻建成。公元1056年建成的山西應(yīng)縣木塔(佛宮寺釋迦塔)，塔高67.3 m，共九層，橫截面呈八角形，底層直徑達(dá)30.27 m。該塔經(jīng)歷了多次大地震，歷時(shí)近千年仍完整聳立，足以證明我國(guó)古代木結(jié)構(gòu)的高超技術(shù)。13 其他木結(jié)構(gòu): 北京故宮 14 天壇 15 天津薊縣的獨(dú)特寺觀音閣 具有漫長(zhǎng)歷史的優(yōu)秀建筑。 16中國(guó)古代的磚石結(jié)構(gòu)也有偉大成就。最著名的萬(wàn)

7、里長(zhǎng)城 17公元590608年在河北趙縣汶河上建成的趙州橋18四川灌縣的都江堰水利工程 李冰父子主持修建 19隋朝時(shí)開(kāi)鑿修建的京杭(北京杭州)大運(yùn)河 20 交通工程方面，古代的偉大成就 秦朝統(tǒng)一全國(guó)后，以咸陽(yáng)為中心修建了通往全國(guó)郡縣的弛道，主要干道寬50步(古代長(zhǎng)度單位，1步等于5尺)形成了全國(guó)的交通網(wǎng)。21 在歐洲，羅馬帝國(guó)也修建了以羅馬為中心的道路網(wǎng)，包括29條主干道和322條聯(lián)系支線，總長(zhǎng)達(dá)78000km。 22 古代的這一時(shí)期還出現(xiàn)了一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和描述外形設(shè)計(jì)的土木工程著作。 其中比較有代表性的為： 公元前5世紀(jì)的考工記 考工記是中國(guó)目前所見(jiàn)年代最早的手工業(yè)技術(shù)文獻(xiàn)，這部著作記述了齊國(guó)

8、官營(yíng)手工業(yè)各個(gè)工種的設(shè)計(jì)規(guī)范和制造工藝，書(shū)中保留有先秦大量的手工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、工藝美術(shù)資料，記載了一系列的生產(chǎn)管理和營(yíng)建制度，一定程度上反映了當(dāng)時(shí)的思想觀念。 關(guān)于考工記的作者和成書(shū)年代，長(zhǎng)期以來(lái)學(xué)術(shù)界有不同看法。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，考工記是齊國(guó)官書(shū)（齊國(guó)政府制定的指導(dǎo)、監(jiān)督和考核官府手工業(yè)、工匠勞動(dòng)制度的書(shū)），作者為齊稷下學(xué)宮的學(xué)者；該書(shū)主體內(nèi)容編纂于春秋末至戰(zhàn)國(guó)初，部分內(nèi)容補(bǔ)于戰(zhàn)國(guó)中晚期。23 北宋李誡的營(yíng)造法式 營(yíng)造法式編于熙寧年間(1068-1077)，成書(shū)于元符三年(1100)，刊行于宋崇寧二年（1103年），是李誡在兩浙工匠喻皓的木經(jīng)的基礎(chǔ)上編成的。是北宋官方頒布的一部建筑設(shè)計(jì)、施工的

9、規(guī)范書(shū)， 這是我國(guó)古代最完整的建筑技術(shù)書(shū)籍，標(biāo)志著中國(guó)古代建筑已經(jīng)發(fā)展到了較高階段。24 意大利文藝復(fù)興時(shí)代貝蒂著的論建筑 阿爾貝蒂利昂納巴蒂斯塔(Leone Battista Alberti,14041472)，意大利建筑師、建筑理論家。意大利文藝復(fù)興時(shí)期最有影響的建筑理論家。 所著論建筑為當(dāng)時(shí)最富影響、最具代表性的建筑理論著作。該書(shū)共10卷，用拉丁文于1452年寫(xiě)成，1485年出版。書(shū)內(nèi)列有研究建筑材料、施工、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、經(jīng)濟(jì)、規(guī)劃、水文、設(shè)計(jì)等章節(jié)，完整地介紹了他的建筑思想。認(rèn)為建筑物須實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀。尤以前兩者為先決條件，至于建筑物的美則是客觀存在的，美就是和諧與完整，因此美也是有規(guī)

10、律的。他還從人文主義出發(fā)，用人體的比例來(lái)解釋古典柱式。251.2.2 近代土木工程 一般認(rèn)為，近代土木工程的時(shí)間跨度為17世紀(jì)中葉起到第二次世界大戰(zhàn)前后，歷時(shí)300余年。在這一時(shí)期，土木工程逐步形成為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科。 1683年意大利學(xué)者伽利略發(fā)表了“關(guān)于兩門(mén)新科學(xué)的對(duì)話(huà)”，首次用公式表達(dá)了梁的設(shè)計(jì)理論。 1687年牛頓總結(jié)出力學(xué)三大定律，為土木工程奠定了力學(xué)分析的基礎(chǔ)。 隨后，在材料力學(xué)、彈性力學(xué)和材料強(qiáng)度理論的基礎(chǔ)上，法國(guó)的納維于1825年建立了土木工程中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法。從此，土木工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了比較系統(tǒng)的理論指導(dǎo)。 26從材料方面來(lái)講，1824年波特蘭水泥的發(fā)明及1867年鋼筋混凝

11、土開(kāi)始應(yīng)用是土木工程史上的重大事件。 波特蘭水泥就是指普通水泥。 來(lái)源：原來(lái)歐洲發(fā)明水泥的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)這種東西加水硬化后像歐洲一個(gè)叫做Portland（波特蘭）的地方出產(chǎn)的石頭，于是給他取名叫Portland cement，中國(guó)直接翻譯過(guò)來(lái)就是波特蘭水泥，其實(shí)就是普通的水泥。 1824年10月21日，英國(guó)利茲（Leeds）城的泥水匠阿斯譜丁（J. Aspdin）獲得英國(guó)第5022號(hào)的“波特蘭水泥”專(zhuān)利證書(shū)，從而一舉成為流芳百世的水泥發(fā)明人。 27鋼筋混凝土法國(guó)有一個(gè)叫蒙尼亞的園藝師19世紀(jì)末，俄國(guó)建筑師別列柳布斯基1904年，俄國(guó)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)代替巖石結(jié)構(gòu)建造了燈塔 1859年轉(zhuǎn)爐煉鋼法的成功

12、使得鋼材得以大量生產(chǎn)并應(yīng)用于房屋、橋梁的建筑。由于混凝土及鋼材的推廣應(yīng)用，使得土木工程師可以運(yùn)用這些材料建造更為復(fù)雜的工程設(shè)施。在近代及現(xiàn)代建筑中，凡是高聳、大跨、巨型、復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)，絕大多數(shù)應(yīng)用了鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 28 在這一時(shí)期內(nèi)，產(chǎn)業(yè)革命促進(jìn)了工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，對(duì)土木工程設(shè)施提出了更廣泛的需求，同時(shí)也為土木工程的建造提供了新的施工機(jī)械和施工方法。打樁機(jī)、壓路機(jī)、挖土機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、起重機(jī)、吊裝機(jī)等紛紛出現(xiàn)，這為快速高效地建造土木工程提供了有力手段。 29此挖土機(jī)高311英寸長(zhǎng)705英寸重45000噸 30這一時(shí)期具有歷史意義的土木工程 1875年法國(guó)莫尼埃主持修建了一座長(zhǎng)達(dá)1

13、6 m的鋼筋混凝土橋。 1883年美國(guó)芝加哥在世界上第一個(gè)采用了鋼鐵框架作為承重結(jié)構(gòu)，建造了一幢11層的保險(xiǎn)公司大樓，被譽(yù)為現(xiàn)代高層建筑的開(kāi)端。 1889年法國(guó)建成了高達(dá)300 m的埃菲爾鐵塔 31 1886年美國(guó)首先采用了鋼筋混凝土樓板，1928年預(yù)應(yīng)力混凝土發(fā)明，隨后預(yù)應(yīng)力空心板在世界各國(guó)廣泛使用。 32 1825年英國(guó)修建了世界上第一條鐵路，長(zhǎng)21 km，1869年美國(guó)建成了橫貫東西的北美大陸鐵路。 1863年英國(guó)倫敦建成了世界上第一條地下鐵道，隨后美、法、德、俄等國(guó)均在大城市中相繼建設(shè)地下鐵道交通網(wǎng)。 33 在水利建設(shè)方面宏偉的成就是兩條大運(yùn)河的建成通航，一條是1869年開(kāi)鑿成功的蘇伊

14、士運(yùn)河，將地中海和印度洋聯(lián)系起來(lái)。 34另一條是1914年建成的巴拿馬運(yùn)河，它將太平洋和大西洋直接聯(lián)系起來(lái)，在全球運(yùn)輸中發(fā)揮了巨大作用。 35在第一次世界大戰(zhàn)之后，許多大跨、高聳和宏大的土木工程相繼建成。 其中典型的工程有：1936年美國(guó)舊金山建成的金門(mén)大橋361931年美國(guó)紐約建成的帝國(guó)大廈，這一建筑高度保持世界紀(jì)錄達(dá)40年之久。 37 這一時(shí)期的中國(guó)，由于清朝采取閉關(guān)鎖國(guó)政策，土木工程技術(shù)進(jìn)展緩慢。 直到清末開(kāi)始洋務(wù)運(yùn)動(dòng)，才引進(jìn)了一些西方先進(jìn)技術(shù)，并建造了一些對(duì)中國(guó)近代經(jīng)濟(jì)發(fā)展有影響的工程。 例如，1909年詹天佑主持修建的京張鐵路，全長(zhǎng)200 km。當(dāng)時(shí)，外國(guó)人認(rèn)為中國(guó)人依靠自己的力量根

15、本不可能建成，詹天佑的成功大長(zhǎng)了中國(guó)人的志氣，他的業(yè)績(jī)至今令人緬懷。 381934年，上海建成了24層的國(guó)際飯店直到20世紀(jì)80年代廣州白云賓館建成前，國(guó)際飯店一直是中國(guó)最高的建筑39 1937年，茅以升先生主持建造了錢(qián)塘江大橋，這是公路鐵路兩用的雙層鋼結(jié)構(gòu)橋梁，是我國(guó)近代土木工程的優(yōu)秀成果。 401.2.3 現(xiàn)代土木工程 第二次世界大戰(zhàn)之后，許多國(guó)家經(jīng)濟(jì)起飛，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，從而為土木工程的進(jìn)一步發(fā)展提供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)手段，開(kāi)始了以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為后盾的土木工程新時(shí)代。這一時(shí)期的土木工程有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1.功能要求多樣化 公共建筑和住宅建筑要求周邊環(huán)境、結(jié)構(gòu)布置與水、電、煤氣供

16、應(yīng)相結(jié)合，室內(nèi)溫、濕度調(diào)節(jié)控制等與現(xiàn)代化設(shè)備相結(jié)合。智能化、生態(tài)化、環(huán)保型。 工業(yè)建筑提出了恒濕、恒溫、防微振、防腐蝕、防輻射、防磁、無(wú)微塵等要求，并向跨度大、分隔靈活、工廠花園化的方向發(fā)展。 41 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)，城市人口密度迅速加大，造成城市用地緊張，交通擁擠，地價(jià)昂貴，這就迫使房屋建筑向高層發(fā)展，使得高層建筑的興建幾乎成了城市現(xiàn)代化的標(biāo)志。美國(guó)的高層建筑最多，其中高度在200 m以上的就有100余幢。許多發(fā)展中國(guó)家在經(jīng)濟(jì)起飛過(guò)程中也爭(zhēng)相建造高層建筑。近十多年來(lái)，中國(guó)、馬來(lái)西亞、新加坡等東南亞國(guó)家的高層建筑得到了迅猛發(fā)展。目前，中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)北101大廈高508 m，位居世界第一；上

17、海環(huán)球金融中心大廈高492 m，居世界第二；馬來(lái)西亞的石油雙塔大廈高452 m，居世界第三；美國(guó)芝加哥的西爾斯塔樓高443 m，居世界第四；上海金茂大廈高4205 m，居世界第五。 迪拜大廈4243 城市為了解決交通問(wèn)題，光靠傳統(tǒng)的地面交通已無(wú)能為力，于是一方面修建地下交通網(wǎng)，另一方面又修建高架公路網(wǎng)或軌道交通。隨著地下鐵道的興建，地下商業(yè)街、地下停車(chē)場(chǎng)、地下倉(cāng)庫(kù)、地下工廠、地下旅店等也陸續(xù)發(fā)展起來(lái)。而高架道路的造價(jià)比地下鐵道要經(jīng)濟(jì)得多，因而大中城市紛紛建設(shè)高架公路、高架軌道交通。高架道路與城市立交橋的興建不僅緩解了城市交通問(wèn)題，而且還為城市的面貌增添了風(fēng)采?，F(xiàn)代化城市建設(shè)在地面、空中、地下同

18、時(shí)展開(kāi)，形成了立體化發(fā)展的局面。 44453.交通工程快速化 由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的繁榮與發(fā)展，對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)提出了快速、高效的要求，而現(xiàn)代化技術(shù)的進(jìn)步也為滿(mǎn)足這種要求提供了條件?，F(xiàn)在人們常說(shuō)：“地球越來(lái)越小了”，這就是運(yùn)輸高速化的結(jié)果。 高速公路出現(xiàn)于第二次世界大戰(zhàn)之前，但直到戰(zhàn)后才在各國(guó)大規(guī)模興建。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)擁有高速公路，總長(zhǎng)超過(guò)17104 km。 鐵路運(yùn)輸在公路、航空運(yùn)輸?shù)母?jìng)爭(zhēng)中也開(kāi)始向快速化和高速化發(fā)展。速度在150200 km/h以上的高速鐵路先后在日本、法國(guó)和德國(guó)建成。我國(guó)上海于2003年建成了世界上首條用于商業(yè)運(yùn)營(yíng)的磁懸浮高速鐵路，其運(yùn)行速度已達(dá)430 km/h。

19、 4647 飛機(jī)是最快捷的運(yùn)輸工具，但成本高、運(yùn)輸量小。第二次世界大戰(zhàn)以后飛機(jī)的容量愈來(lái)愈大，功能愈來(lái)愈多，對(duì)此許多國(guó)家和地區(qū)相繼建設(shè)了先進(jìn)的大型航空港。1974年投入使用的巴黎戴高樂(lè)機(jī)場(chǎng)，擁有4條跑道，跑道面層混凝土厚400 mm，機(jī)場(chǎng)占地面積2995107 m。，高峰時(shí)每分鐘可起降23架飛機(jī)。又如美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)場(chǎng)，年吞吐量8 000萬(wàn)人次，高峰時(shí)每小時(shí)起降飛機(jī)200架次，居世界第一。我國(guó)在北京、上海、香港新建或擴(kuò)建的機(jī)場(chǎng)均已跨人世界大型航空港之列。 這種龐大的空中交通設(shè)施，對(duì)機(jī)場(chǎng)的導(dǎo)航系統(tǒng)，客貨出入分流系統(tǒng)，安全檢查系統(tǒng)，故障緊急救援系統(tǒng)均有很?chē)?yán)格的要求，要完成這樣巨大的航空港建設(shè)沒(méi)有現(xiàn)

20、代土木工程技術(shù)是不能實(shí)現(xiàn)的。 48 航空特點(diǎn)是可快速運(yùn)輸旅客和貨物，但成本高，能耗大； 4.工程設(shè)施大型化 為了滿(mǎn)足能源、交通、環(huán)保及大眾公共活動(dòng)的需要，許多大型的土木工程在第二次世界大戰(zhàn)以后陸續(xù)建成并投入使用。 古代建設(shè)交通道路是“逢山開(kāi)路，遇水架橋”，但真的遇到大江大河或高山險(xiǎn)嶺，還是得繞行。如我國(guó)長(zhǎng)江，直到1956年才有了第一座跨江大橋。因?yàn)橛辛爽F(xiàn)代化的施工技術(shù)，跨江河甚至跨海灣的大橋陸續(xù)建成。 50 在隧道方面，近代開(kāi)鑿了許多穿過(guò)大山或越過(guò)大江、海峽的通道。目前世界上最長(zhǎng)的山區(qū)隧道是瑞士的勒奇山隧道，全長(zhǎng)33.8 km。 穿越英吉利海峽的隧道長(zhǎng)50.3 km，于1993年建成。 在高層

21、建筑方面，記錄不斷被刷新。 在大跨度建筑方面，主要是體育館，成績(jī)卓著。為了滿(mǎn)足日益增加的能源要求，海上采油平臺(tái)，核發(fā)電站等也加快了建造速度。 51 水利工程日新月異。我國(guó)三峽水電站，總裝機(jī)容量1820104 kw，居世界第一。 52 綜觀土木工程歷史，中國(guó)在古代土木工程中擁有光輝成就，至今仍有許多歷史遺存，有的已列入世界文化遺產(chǎn)名錄。 在近代土木工程中，進(jìn)展很慢，這與封建時(shí)代末期落后的制度有關(guān)。 在現(xiàn)代土木工程中，我國(guó)在近20年來(lái)取得了舉世矚目的成就。 無(wú)論是高層建筑、大跨橋梁，還是宏偉機(jī)場(chǎng)、港口碼頭，中國(guó)在前十名中均有建樹(shù)，有的已列前三名，甚至第一名，這些成就均為改革開(kāi)放以來(lái)取得的。土木工程

22、的發(fā)展可以從一個(gè)側(cè)面反映出我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，顯示中華民族正在開(kāi)始復(fù)興。這一進(jìn)程僅僅是開(kāi)始，有志于土木工程建設(shè)的同學(xué)們是非常幸運(yùn)的，希望在未來(lái)土木工程的建設(shè)中貢獻(xiàn)才華，譜寫(xiě)亮麗人生。 531.3土木工程的未來(lái) 土木工程是一門(mén)古老的學(xué)科，在人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展過(guò)程中取得了巨大的成就，未來(lái)的土木工程發(fā)展的前景怎樣，首先要弄清目前人類(lèi)社會(huì)所面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。土木工程目前面臨的形勢(shì)是： 世界正經(jīng)歷工業(yè)革命以來(lái)的又一次重大變革，這便是信息(包括計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等)工業(yè)的迅猛發(fā)展，可以預(yù)計(jì)人類(lèi)的生產(chǎn)、生活方式將會(huì)發(fā)生重大變化。 航空、航天事業(yè)等高科技事業(yè)的發(fā)展，月球上已經(jīng)留下了人類(lèi)足跡，對(duì)火星及太陽(yáng)系內(nèi)外星空

23、的探索已取得了巨大進(jìn)步。 54 地球上居住人口激增，目前世界人口已達(dá)60億，預(yù)計(jì)到2l世紀(jì)末，人口要接近百億。而地球上的土地資源是有限的，并且因過(guò)度消耗而日益枯竭。 生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，如森林植被被破壞，土地荒漠化，河流海洋水體污染，城市垃圾成山，空氣混濁，大氣臭氧層破壞等，隨著工業(yè)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，而人類(lèi)生存環(huán)境卻日益惡化。 55 人類(lèi)為了爭(zhēng)取生存，為了爭(zhēng)取舒適的生存環(huán)境，預(yù)計(jì)土木工程必將有重大的發(fā)展。 1.重大工程項(xiàng)目將陸續(xù)興建 為了解決城市土地供求矛盾，城市建設(shè)將向高、深方向發(fā)展。 56 航空港及海港和內(nèi)河航運(yùn)碼頭的建設(shè)也會(huì)在不久的將來(lái)取得巨大的進(jìn)步。5758 2.土木工程將向太空、

24、海洋、荒漠地開(kāi)拓 地球上的海洋面積占整個(gè)地球表面積的70左右，現(xiàn)在陸地上土地太少，首先想到可向海洋發(fā)展。向海洋開(kāi)拓從近代已經(jīng)開(kāi)始。 59巴林海上樂(lè)園60全世界陸地中約有1/3為沙漠或荒漠地區(qū)，千里荒沙，渺無(wú)人煙，目前還很少開(kāi)發(fā)。沙漠難以利用主要是缺水，生態(tài)環(huán)境惡劣，日夜溫差太大，空氣干燥，太陽(yáng)輻射太強(qiáng)，不適于人類(lèi)生存。近代許多國(guó)家已開(kāi)始沙漠改造工程。 6162向太空發(fā)展是人類(lèi)長(zhǎng)期的夢(mèng)想，在21世紀(jì)這一夢(mèng)想可能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 63 3.工程材料向輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能化發(fā)展 近百年以來(lái)，土木工程的結(jié)構(gòu)材料主要還是鋼材、混凝土、木材和磚石。2l世紀(jì)在工程材料方面希望有較大突破。 4.設(shè)計(jì)方法精確化，設(shè)計(jì)工

25、作自動(dòng)化 計(jì)算機(jī)的進(jìn)步，使設(shè)計(jì)由手工走向自動(dòng)化。目前許多設(shè)計(jì)部分已經(jīng)丟掉了傳統(tǒng)的制圖版而改用計(jì)算機(jī)繪圖，這一進(jìn)程在21世紀(jì)將進(jìn)一步發(fā)展和完善。 數(shù)值計(jì)算機(jī)的進(jìn)步使過(guò)去不能計(jì)算的帶有盲目性的估計(jì)可以變?yōu)檩^精確的分析。 645.信息和智能化技術(shù)全面引人土木工程 信息、計(jì)算機(jī)、智能化技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸業(yè)和軍事工業(yè)等各行各業(yè)中得到了愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用，土木工程也不例外，將這些高新技術(shù)用于土木工程將是今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的重要發(fā)展方向。 信息化施工 智能化建筑 智能化交通 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) 65 6.土木工程的可持續(xù)發(fā)展 面臨人口的增長(zhǎng)，生態(tài)失衡、環(huán)境污染，人類(lèi)生存環(huán)境惡化，一些學(xué)者呼吁：“我們只有一個(gè)地球”

26、，并提出“凍結(jié)繁榮，停止發(fā)展”的口號(hào)。這一口號(hào)不僅受到發(fā)達(dá)國(guó)家人士的批評(píng)，更是受到發(fā)展中國(guó)家的一致反對(duì)。如果“停止發(fā)展”，則發(fā)展中國(guó)家永遠(yuǎn)停留在落后狀態(tài)，這是不能被接受的。 20世紀(jì)80年代提出了“可持續(xù)發(fā)展”的原則，已為廣大國(guó)家和人民所認(rèn)同?？沙掷m(xù)發(fā)展是指“既滿(mǎn)足當(dāng)代人的需要，又不對(duì)后代人滿(mǎn)足其需要的發(fā)展構(gòu)成危害”。例如，一代人過(guò)度消耗能源(如石油)以致枯竭，則后代人將無(wú)法繼續(xù)發(fā)展，甚至保持原有水平也不可能。我們土木工程工作者對(duì)貫徹這一原則有重大責(zé)任。 在建設(shè)與使用土木工程過(guò)程中，與能源消耗、資源利用、環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡有密切關(guān)系，對(duì)貫徹“可持續(xù)發(fā)展”原則影響很大。 重大工程如有一些對(duì)生態(tài)不

27、利的地方應(yīng)采取措施避免。如長(zhǎng)江大峽大壩修建將會(huì)影響長(zhǎng)江鱘魚(yú)回游產(chǎn)卵，而這一魚(yú)種已極為稀少，且只有中國(guó)長(zhǎng)江才有。對(duì)此，建壩時(shí)專(zhuān)門(mén)考慮了“魚(yú)道”，來(lái)滿(mǎn)足生態(tài)平衡的要求。 67 1.4土木工程的學(xué)習(xí)建議1.4.1 科學(xué)、技術(shù)與工程的關(guān)系 在日常交往與報(bào)刊文章中常將“科學(xué)技術(shù)”作為一個(gè)詞來(lái)應(yīng)用，中國(guó)政府部門(mén)設(shè)有“科技部”，既說(shuō)明科學(xué)技術(shù)非常重要，同時(shí)也表明科學(xué)、技術(shù)的關(guān)系是非常緊密的。但仔細(xì)分辨起來(lái)，科學(xué)與技術(shù)還是有很大區(qū)別的。 科學(xué)是關(guān)于事物的基本原理和事實(shí)的有組織、有系統(tǒng)的知識(shí)?？茖W(xué)的主要任務(wù)是研究世界萬(wàn)物發(fā)展變化的客觀規(guī)律，它解決一個(gè)為什么的問(wèn)題。例如，解釋電燈為什么會(huì)亮?！翱茖W(xué)”的英文名詞為s

28、cience。 68 技術(shù)則是指將科學(xué)研究所發(fā)現(xiàn)或傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)所證明的規(guī)律發(fā)展轉(zhuǎn)化成為各種生產(chǎn)工藝、作業(yè)方法、設(shè)備裝置等，它解決一個(gè)如何實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，如怎樣使電燈發(fā)亮。 技術(shù)的主要任務(wù)是為生產(chǎn)某種滿(mǎn)足人類(lèi)需要的產(chǎn)品服務(wù)，其英文名詞為T(mén)echnique。 在高校入學(xué)考試、選擇志愿時(shí)，理工科屬于一個(gè)大類(lèi)，其實(shí)選擇理科(如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、力學(xué)等)的學(xué)生側(cè)重學(xué)習(xí)科學(xué)，當(dāng)然也要學(xué)習(xí)技術(shù)，以便應(yīng)用。而選擇工科(如土木、機(jī)械、電工電子、通信等)的學(xué)生在學(xué)習(xí)中更側(cè)重于學(xué)好技術(shù)，當(dāng)然要掌握技術(shù)的前提也應(yīng)掌握其科學(xué)原理。 工程的含義則更為廣泛，它是指自然科學(xué)或各種專(zhuān)門(mén)技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)部門(mén)而形成的各種學(xué)科的總稱(chēng)，英

29、文名詞為Engineering，其目的在于利用和改造自然來(lái)為人類(lèi)服務(wù)。通過(guò)工程可以生產(chǎn)或開(kāi)發(fā)出對(duì)社會(huì)有用的產(chǎn)品。一般說(shuō)來(lái)，工程不僅與科學(xué)和技術(shù)有關(guān)，而且受到經(jīng)濟(jì)、政治、法律、美學(xué)等多方面的影響。如多孔纖維吸附受污染水中的雜質(zhì) 基因工程的克隆技術(shù) 70 土木工程的基本理論包括基礎(chǔ)理論和應(yīng)用理論兩個(gè)方面?；A(chǔ)理論主要包括高等數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)。應(yīng)用理論內(nèi)容較多，包括基本工程力學(xué)(理論力學(xué)、材料力學(xué))、結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)(重點(diǎn)水力學(xué))、土力學(xué)與工程地質(zhì)學(xué)等。 土木工程的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與技術(shù)包括建筑結(jié)構(gòu)(如鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等)的設(shè)計(jì)理論和方法、土木工程施工技術(shù)與組織管理、房屋建筑學(xué)、工程經(jīng)

30、濟(jì)、建筑法規(guī)、土木工程材料、基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、土木工程抗震設(shè)計(jì)等。 71能力的培養(yǎng) 自主學(xué)習(xí)能力綜合解決問(wèn)題的能力爭(zhēng)強(qiáng)、創(chuàng)新能力協(xié)調(diào)、管理能力學(xué)習(xí)方法課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)訓(xùn)練施工實(shí)習(xí) 第2章土木工程材料 高樓、廠房、道路、橋梁、港口、碼頭、礦井、隧道等土木工程都是用各種材料按一定的要求建造成的，土木工程中所使用的各種材料統(tǒng)稱(chēng)為土木工程材料。它們將直接影響建筑物或構(gòu)筑物的性能、功能、使用年限和經(jīng)濟(jì)成本，從而影響人類(lèi)生活空間的安全性和舒適性。 從古至今，土木工程的發(fā)展要求與材料的數(shù)量、質(zhì)量之間存在著相互依賴(lài)和相互矛盾的關(guān)系。了解材料在土木工程中的作用主要應(yīng)從三個(gè)方面去認(rèn)識(shí)： 材料對(duì)保證工程質(zhì)量的

31、作用； 材料對(duì)工程造價(jià)的影響； 材料對(duì)工程技術(shù)進(jìn)步的促進(jìn)作用。73 長(zhǎng)期以來(lái)，人類(lèi)一直在從事著土木工程材料的各類(lèi)研究工作，并不斷開(kāi)發(fā)新的材料。但以往這些研究開(kāi)發(fā)工作，多數(shù)是為了滿(mǎn)足建筑物的承載安全、尺寸規(guī)模、功能和使用壽命等方面的要求，以及人們對(duì)所構(gòu)筑的生存環(huán)境的安全性、舒適性、方便性和美觀性等更高的追求，而較少考慮材料的生產(chǎn)和使用會(huì)給生態(tài)環(huán)境、能耗等方面造成的影響。 20世紀(jì)后半期，人居環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。土木工程材料在人類(lèi)與自然界進(jìn)行的物質(zhì)交換活動(dòng)中用量最大，對(duì)地球資源、能源的消耗和自然環(huán)境、生態(tài)平衡等具有重要的影響。因此，在從事土木工程材料的研究及開(kāi)發(fā)工程中，不僅需要考慮材料