土木工程概述

1、土木工程概述進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，土木工程建設(shè)的規(guī)模的也越來越大，人類對生存空間以及環(huán)境的要求也達(dá)到了一個(gè)前所未有的高度。土木工程師建造各類工程設(shè)施的科學(xué)，技術(shù)和工程的總稱。它既指與人類勝過，生產(chǎn)有關(guān)的各類工程設(shè)施，如建筑工程，道路工程，鐵路工程，橋梁工程，港口工程等，也指應(yīng)用材料，設(shè)備在土地上所進(jìn)行的勘測，設(shè)計(jì)，施工等技術(shù)活動(dòng)。包括人類的衣食住行，從古代到近代到現(xiàn)代再到未來，無一不在積極探索，所以作為土木工程專業(yè)的學(xué)生，我們更應(yīng)該努力的與時(shí)俱進(jìn)，奮斗向前，讓土木工程的方向向著更加完善的方向發(fā)展。我國古代的土木工程具有很長的時(shí)間跨度，早在50萬年前的舊石器時(shí)代，中國原始人就已經(jīng)

2、知道利用天然的洞穴作為棲身之所，在我國的北京、遼寧、貴州、廣東、湖北、浙江等地均發(fā)現(xiàn)有原始人居住過的崖洞。到了新石器時(shí)代，黃河中游的氏族部落利用黃土層作為墻壁，用木構(gòu)架、草泥建造半穴居住所，后來發(fā)展為地面上的建筑，并形成部落。仰韶、龍山、河姆渡等文化穿鑿的木骨泥墻、地面式建筑、干闌式建筑等建筑技術(shù)和樣式，為后來的建筑體系打下了基礎(chǔ)。夏代和商代時(shí)這個(gè)體系的萌芽期，這兩時(shí)代不僅出現(xiàn)了壁壘森嚴(yán)的城市和建于夯土臺(tái)上的大殿，而且還出現(xiàn)了中國傳統(tǒng)建筑基本空間的構(gòu)成要素廊院。到了周代和春秋戰(zhàn)國時(shí)期，中國古代建筑體系已初步形成。此后歷代的建筑群體的布局原則基本遵守周代建筑布局的對稱嚴(yán)謹(jǐn)。這一時(shí)期的建筑還追求高

3、大，華麗，宏偉，因而瓦，磚，斗拱，高臺(tái)建筑也相應(yīng)出現(xiàn)。都說“秦磚漢瓦”，秦代和漢代時(shí)中國建筑藝術(shù)發(fā)展的第一個(gè)高峰。兩袋建筑體制宏偉、博大雄渾，如阿房宮，秦始皇陵，萬里長城。萬里長城是中國古代磚石結(jié)構(gòu)最偉大的成就，東起山海關(guān)，西至嘉峪關(guān)，全長5000余公里。其次是公元590-608年在河北趙縣建成的趙州橋，其為單孔圓弧弓形石拱橋，全長50.82米，橋面寬10米，單孔跨度37.02米，矢高7.23米，用28條并列的石條拱砌成。拱肩上有4個(gè)小拱，既可以減輕橋的自重，有利于排水泄洪，且顯得美觀，經(jīng)千年后能正常使用，確為世界石拱橋的杰作。如此這般的建筑，到了清末，中國傳統(tǒng)建筑終究是因?yàn)椴荒苓m應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生

4、產(chǎn)和生活的需要，不能滿足國人求新求奇的精神需求，而逐步被西方的舶來品所替代。近代土木工程從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)期中，土木工程開始逐步形成一門單獨(dú)的學(xué)科，開始有了比較系統(tǒng)的理論指導(dǎo)。1638年伽利略論述了建筑材料的力學(xué)性質(zhì)和梁的寬度，首次用公式表達(dá)了梁的設(shè)計(jì)理論。而后，分別在1687年牛頓總結(jié)了力學(xué)三大定律；1744年歐拉建立了柱的壓屈理論；1825年納維建立了土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法，都在為土木工程奠定學(xué)術(shù)基礎(chǔ)。在材料方面，1824年波特蘭水泥的發(fā)明及1867年鋼筋混凝土開始應(yīng)用時(shí)土木工程發(fā)展史上的一個(gè)重要突破，直接影響到了土木工程以后的發(fā)展方向

5、。1859年轉(zhuǎn)爐煉鋼法的發(fā)明使得鋼材開始走量生產(chǎn)，在近現(xiàn)代高聳、大跨、巨型、復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)，絕大數(shù)都是應(yīng)用了鋼結(jié)構(gòu)或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在這一時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)了一些比較具有代表性的建筑和工程，1899年法國建成300米高的埃菲爾鐵塔；1825年英國修建了第一條鐵路；1863年英國倫敦建成第一條地下道；1931年美國紐約建成帝國大廈。中國在這一時(shí)期由于閉關(guān)鎖國，土木工程進(jìn)程緩慢，但是任有標(biāo)志性的建筑呈現(xiàn)，1909年建成的京張鐵路，全長約200公里，從北京北至張家口，現(xiàn)為京包線的京張段，是中國人自行設(shè)計(jì)和建造的第一條干線路；1934年建成的上海國際大飯店，大樓24層，其中地下兩層，地面以上高83.8米，鋼

6、框架結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土樓板，當(dāng)時(shí)是全國也是全亞洲最好的建筑物，該建筑物用地局促，平面布置成工字型，立面采取豎線條劃分，前部15層以上逐層四面收進(jìn)階梯狀，造型高聳挺拔。在第二次世界大戰(zhàn)過后，世界經(jīng)濟(jì)開始了飛速發(fā)展，許多科技都得以發(fā)明，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，土木工程這一學(xué)科也開始了新的現(xiàn)代化土木工程。從世界范圍來看，現(xiàn)代土木工工程為了適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，已經(jīng)開始了工程設(shè)施同它的使用功能或生產(chǎn)工藝更緊密地結(jié)合。復(fù)雜的現(xiàn)代生產(chǎn)過程和日益上升的生活水平，對土木工程提出了各種專門的要求。現(xiàn)代土木工程為了適應(yīng)不同工業(yè)的發(fā)展，有的工程規(guī)模極為宏大，如大型水壩混凝土用量達(dá)數(shù)

7、千萬立方米，大型高爐的基礎(chǔ)也達(dá)數(shù)千立方米；有的則要求十分精密，如電子工業(yè)和精密儀器工業(yè)要求能放微振?，F(xiàn)代公用建筑和住宅建筑不再僅僅是傳統(tǒng)意義上徒具四壁的房屋，而要求同采暖、通風(fēng)、給水、排水、供電、供燃?xì)狻⒌确N種現(xiàn)代技術(shù)設(shè)備結(jié)成一體。建設(shè)出了一大批恒溫、恒濕、防微震、防輻射、防磁、防腐蝕等一系列功能多樣化的新型建筑。當(dāng)然隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口的增長，城市用地更加緊張，交通更加擁擠，這就迫使房屋建筑和道路交通向高空和地下發(fā)展。高層建筑成了現(xiàn)代化城市的象征。美國的建筑中200米以上的建筑就有100余棟，居世界第一。另一方面為了解決城市交通問題，道路開始向著地下河地上發(fā)展，隨之出現(xiàn)了地下商業(yè)街、地下停車

8、場等一系列附屬設(shè)施。隨即而來的交通工程快速化，以往的運(yùn)輸速度已經(jīng)跟不上人類的需求，從而使運(yùn)輸系統(tǒng)向著高速、高效發(fā)展。1983年世界高速公路已達(dá)11萬公里，很大程度上取代了鐵路的職能。高速公路的里程數(shù)，已成為一個(gè)衡量國家現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。鐵路也出現(xiàn)了電氣化和高速化的趨勢。從工程角度來看，高速公路、鐵路在坡度、曲線半徑、路基質(zhì)量和精度方面都有嚴(yán)格的限制。交通高速化直接促進(jìn)著橋梁、隧道技術(shù)的發(fā)展。不僅穿山越江的隧道日益增多，而且出現(xiàn)了長距離的海底隧。日本從青森至函館越過津輕海峽的青函隧道于1988年3月13日正式通車，從而結(jié)束了日本本州與北海道之間只靠海上運(yùn)輸?shù)臍v史。一面世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們

9、的物質(zhì)生活水平得到了提高，為了滿足現(xiàn)代人類的需要，另一面全球經(jīng)濟(jì)格局的改變，許多國家在土木工程這一領(lǐng)域開始了爭鋒，促使了許多大型土木工程陸續(xù)建成并投入使用。1959年的巴黎建成多波雙曲薄殼的跨度達(dá)210米；1976年美國新奧爾良建成的網(wǎng)殼穹頂直徑為207.3米；1975年美國密歇根龐蒂亞克體育館充氣塑料膜覆蓋面積達(dá)35000米，可容納8萬人。而中國也建成了許多大空間結(jié)構(gòu)的標(biāo)志性建筑物，如上海體育館圓形網(wǎng)架直徑110米；北京工人體育館懸索屋面凈跨94米。我國于1999年建成的江陰長江大橋，主跨1385米；于1997年建成的香港青馬大橋主跨1377米，分別列舉世界第四第五。其次還有高達(dá)420.5米

10、的上海金茂大廈；420米的大連國際貿(mào)易大廈等等一些大型建筑，為現(xiàn)待土木工程樹立一個(gè)又一個(gè)的標(biāo)志。人類的科技依然在不斷地發(fā)展，而土木工程也一直在不斷地發(fā)展。在未來更有可能投入太空、海洋、荒漠地帶的開拓，隨著新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新施工方法的出現(xiàn)，人類將有可能從事更大規(guī)模的土木工程建設(shè)，取得新的突破。若是要向荒漠發(fā)展，全世界約有1/3陸地為沙漠，每年約有600萬公頃的耕地被侵蝕，這將影響到上億人口的生活。世界未來學(xué)會(huì)對下世紀(jì)初世界十大工程設(shè)想之以是將西亞和非洲的沙漠改為綠洲。在缺乏地下水的沙漠地區(qū)，國際上正在研究開發(fā)使用沙漠地區(qū)太陽能淡化海水的可行方案，該方案一旦實(shí)施，將會(huì)是一筆巨大工程項(xiàng)目。若要向太空發(fā)展，由于近代天文學(xué)宇航事業(yè)的飛速發(fā)展和人類登月的成功實(shí)現(xiàn)，人們發(fā)現(xiàn)月球上擁有大量的鈦鐵礦，在800高溫下，鈦鐵礦與氫化物便合成鐵