土木工程概論第一章

第一章

綜述本章內容1.1歷史簡述1.2土木工程的重要性1.3土木工程的建設和使用1.4

土木工程中的抗災1.5城市建設1.6土木工程現(xiàn)狀和我國現(xiàn)階段達到的水平1.7土木工程與可持續(xù)發(fā)展1.8關于城市地下空間的開發(fā)和利用1.9保護生態(tài)環(huán)境1.10偉大的戰(zhàn)略部署1.11展望1.1歷史簡述（一）土木工程的定義

中國國務院學位委員會在學科簡介中定義：土木工程是建造各類工程設施的科學技術的總稱，它既指工程建設的對象，即建在地上、地下、水中的各種工程設施，也指所應用的材料、設備所進行的勘測、設計、施工、保養(yǎng)、維修等技術。

41.地上：房屋建筑工程，道路工程，鐵路工程，橋梁工程，給排水工程，機場工程2.地下：隧道工程，礦山工程，陵墓3.水中：水利工程（運河、大壩、水庫等），港口工程，海洋工程。房屋建筑水利工程隧道工程5（二）土木工程發(fā)展歷史1.古代土木工程2.近代土木工程3.現(xiàn)代土木工程61.時間跨度-舊石器時代（公元前5000年起）-17世紀中葉，沒有設計理論，靠經驗，材料自然，工具簡單2.古代土木工程幾種典型的結構形式-磚、石、木。3.中西古建筑之特點：中國多以木構架加磚墻為主，而西方大多是磚石結構。原因是什么？4.代表性工程介紹

(建筑)應縣木塔，佛光寺祖師塔

(水利)都江堰水利工程古代土木工程7古代土木工程-山西應縣木塔

應縣木塔位于山西省應縣西街北側，建于公元1056年，因塔身全部用木質構成，俗稱木塔。塔為樓閣式，用優(yōu)質松木建成，高66米，底層直徑30米，平面呈八角形。塔剎高10米，結構設計精巧，具有抗震、防災、防火和防雷能力，保存至今已近千年，國內外現(xiàn)存最古老最高大的木結構塔式建筑。8古代土木工程-山西佛光寺祖師塔在山西省五臺縣五臺山的佛光寺內。祖師塔建于北魏孝文帝時期（公元471-499年），是創(chuàng)建佛光寺的初祖禪師的墓塔，塔身用青磚砌成,高約八米,呈六角平面，磚結構。

9古代土木工程-萬里長城

始建于2000多年前的春秋戰(zhàn)國時期，最初用粘土和亂石建造，秦朝統(tǒng)一中國之后聯(lián)成萬里長城。漢、明兩代又曾大規(guī)模修筑，世界奇跡。長城是為了防備北方游牧民族的工事。兩道平行的城墻，中間用土填滿、夯實。主要用磚石砌筑10古代土木工程-埃及金字塔

金字塔是古埃及的國王法老的陵墓。其中，胡夫的金字塔規(guī)模最大，建筑技巧高超。塔身的石塊之間，沒有任何水泥之類的粘著物，而是一塊石頭疊在另一塊石頭上。每塊石頭都磨得很平，至今已歷時數(shù)千年，人們也很難用一把鋒利的刀刃插入石塊之間的縫隙，所以能歷數(shù)千年而不倒，這不能不說是建筑史上的奇跡。11古代土木工程-趙州橋

河北省趙縣，是世界橋梁史上第一座單孔弧形石拱橋，距今已有1400年的歷史。趙州橋全長64米。通體為巨大花崗巖石塊組成，28道獨立石拱縱向并列砌筑組成單孔孤形。橋大拱兩端之肩上又各設兩個小拱，這些敞開的小拱減輕橋身重量的同時，又起到了減少流水沖力、加速暢洪的作用，設計可謂非?？茖W合理。單孔弧形石拱橋121.近代土木工程的時間跨度：

17世紀中葉－>第二次世界大戰(zhàn)前后。2.這一時期土木工程的特點：有力學和結構理論作為土木工程的設計指導；磚、瓦、石、木等建筑材料得到廣泛應用；混凝土和鋼筋混凝土、鋼材、預應力混凝土得到發(fā)展；施工技術、施工機械、施工規(guī)模進步很快，施工速度加快。3.推動土木工程的發(fā)展具有重大意義的幾件大事：近代土木工程131《關于兩門新科學的對話》的發(fā)表（公元1638年）意大利物理學家和天文學家伽利略在公元1638年發(fā)表了《關于兩門新科學的對話》，論述了建筑材料的力學性質和梁的強度，首次用公式表達了梁的設計理論。2力學三大定律（公元1687年）英國科學家牛頓在公元1687年總結出了力學三大定律，為土木工程的力學分析奠定了基礎。3《曲線的變分法》（公元1744年）瑞士數(shù)學家歐拉于公元1744年出版了《曲線的變分法》，建立了柱的壓屈理論，得到柱的臨界應力公式，為分析土木工程結構物的穩(wěn)定問題奠定了基礎。4波蘭特水泥的出現(xiàn)（公元1824年）英國人阿斯普丁取得了“波蘭特”水泥的專利權，1850年開始生產。145《許用應力分析法》（公元1825年）法國科學家納維建立了土木工程結構設計的《許用應力分析法》，19世紀末，里特爾等人又提出了《極限平衡分析》的概念，他們都為土木工程結構理論打下了基礎。6轉爐煉鋼法（公元1859年）貝塞麥轉爐煉鋼法出現(xiàn)，使得鋼材大量應用于土木工程之中，促進了土木工程的發(fā)展。7鋼筋混凝土（公元1867年）法國人莫尼埃發(fā)明了鋼筋混凝土，鋼筋混凝土開始應用于土木工程中。8鋼筋混凝土樓板和預應力混凝土樓板的出現(xiàn)公元1886年，美國人杰克遜應用鋼筋砼制作樓板并應用預應力混凝土制作配件。蘇伊士運河

法國艾菲爾鐵塔芝加哥家庭保險公司大廈近代土木工程案例16現(xiàn)代土木工程1.現(xiàn)代土木工程的時間跨度第二次世界大戰(zhàn)后至今的五十余年時間。2.現(xiàn)代土木工程特點（1）功能要求多樣化（2）城市建設立體化

（3）交通工程快速化

（4）工程設施大型化17現(xiàn)代土木工程案例世界第一懸索橋：主橋全長3911米，主跨1991米，跨越日本神戶市和淡路島之間的明石海峽。這座大橋可以抗8.5級地震，而且在每秒風速為80米的暴風下仍然可以確保安全。18長大隧道工程國外：1、瑞士圣哥達新鐵路隧道-57km，世界最長，2016年建成2、英吉利海峽隧道-50.3km，三條長50km的平行隧洞組成，總長度153km中國：1、大瑤山隧道-最長雙線電氣化鐵路隧道全長14295米2、二郎山隧道-隧道主洞長4176m，開工時是國內長度最長，埋藏最深，地應力最大，地質極為復雜的山嶺公路隧道。19201.2-3土木工程的重要性以及建設與使用一土木工程的重要性

1與人們的衣、食、住、行息息相關；

2與國家的工業(yè)建設密不可分；二土木工程建設1工程建設程序：可行性論證-初步設計-（技術設計）-施工圖設計-施工建設21三.土木工程使用很多發(fā)達國家中，建筑工業(yè)總投資的40%以上用于修復和維護。所以工程建設以后的關鍵是注意維護，主要有以下幾個原因：（1）材料性能的降低：木材，鋼筋，水泥;

（2）結構的耐久性變化：使用壽命縮短，存在缺陷，外力作用。工程結構的加固維護有許多新的課題值得研究.221.4土木工程中的抗災一.土木工程中的災害分類：中國是一個災害深重的國家，而以下災害也是世界性的災害。（1）地震；（2）水災；（3）火災；（4）地質災害；（5）風災；（6）海洋災難;（7）核泄漏；（8）戰(zhàn)爭等等。23二.災害原因自然原因：自然災害社會原因：污染，噪聲，交通事故，工礦生產活動等三.地震及地震預報（1）地震的危害:百年來全世界發(fā)生的7級以上地震中，我國占35％。1986年來大陸進入了第五個地震高潮期。

建筑物倒塌,道路塌陷，水電通訊的中斷等;

次生災害-煤氣泄漏、水，火，海嘯等;（2）地震預防措施：

地震預報；抗震設計241976年7月28日3時42分，在河北省唐山、豐南一帶，發(fā)生了7.8級強烈地震，這次地震造成24萬多人喪生。被震毀的唐山市勝利橋

25汶川5.12地震8級強震。這是新中國成立以來破壞性最強、波及范圍最大的一次地震。

截至2008年9月25日12時，四川汶川地震已確認有69227人遇難，374643人受傷，失蹤人數(shù)為17923人。直接經濟損失8452億元人民幣。

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阪神地震：1995年1月17日，7.2級阪神地震，共造成6000多人死亡，3萬多人受傷，數(shù)十萬人無家可歸，經濟損失近1000億美元。關東地震：1923年9月1日，日本關東地區(qū)發(fā)生里氏7.9級大地震，造成14萬人死亡，近30萬座建筑化為瓦礫和灰燼。日本是一個地震多發(fā)國家，每天約有300次地震發(fā)生。27孟家拉國：1987年7月，孟加拉國經歷了有史以來最大的一次水災。造成2000多人死亡，2萬公里道路及772座橋梁和涵洞被沖毀，千萬間房屋倒塌，受災人數(shù)達2000萬人。28

9.11恐怖襲擊國際上一種觀點認為，雖然飛機沖撞對大樓確實造成了一定的破壞，但隨后燃起的大火才是造成樓房倒塌的直接原因。

2001年9月11日，100多層、400多米高的世貿中心大廈變成了一堆六層樓高的廢墟。29

地質災害：鏈子崖危巖體位于長江南岸，距三峽大壩僅25公里，被58條寬大裂縫所切割，形成了總體積達300多萬立方米的危巖體。如滑坡體的八分之一滑入江中，將占據(jù)長江過水斷面的45%到85%，嚴重阻礙或阻斷航道。30

塔科馬大橋：1940年11月7日，美國華盛頓州塔科馬橋因風振致毀。這一嚴重的橋梁事故，開始促使人們對懸索橋結構的空氣動力穩(wěn)定問題進行研究。該橋主跨長853.4m，全長1810.56m，橋寬11.9m，而梁高僅1.3m。通過兩年時間的施工，于1940年7月1日建成通車。但由于當時人們對柔性結構在風作用下的動力響應的認識還不深入，該橋的加勁梁型式極不合理（板式鋼梁），導致在中等風速(19m/s)下結構就發(fā)生破壞。3132

歷史上最大的海嘯—1960年，智利南部地震(9.5級)

引起的海嘯波以700公里的時速，橫掃了西太平洋島嶼。22小時后，襲擊了1.7萬公里外的日本本州和北海道，浪高4米，沖毀了碼頭和沿岸建筑。33切爾諾貝利核電站事故

于1986年4月26日發(fā)生在烏克蘭境內的普里皮亞季市，該電站第4發(fā)電機組爆炸，核反應堆全部炸毀，大量放射性物質泄漏，成為核電時代以來最大的事故。輻射危害嚴重，導致事故后前3個月內有31人死亡，之后15年內有6-8萬人死亡，13.4萬人遭受各種程度的輻射疾病折磨，方圓30公里地區(qū)的11.5萬多民眾被迫疏散。34土木工程抗災中的優(yōu)勢幾乎所有災害都與土木工程有關，而土木工程幾乎對所有災害都具有極強的積極主動性和不可替代性。（1）地震-建設上提高地震烈度，采取隔震減震措施；（2）洪水-溢洪、攔洪、泄洪和蓄洪工程；（3）滑坡泥石流-錨索加固和擋土結構；（4）火災爆炸-防火隔墻；35（5）沙漠化-引水改造沙漠；（6）海嘯颶風-修建防波堤和攔水壩；（7）戰(zhàn)爭、核泄漏-防護結構、安全殼等等。此外，還有災后重建……1.5城市建設一.城市化

世界人口增長較快，人口愈來愈向城市集中。1、日本東京：人口3670萬；2、印度德里：人口2220萬3、巴西圣保羅：人口2030萬；4、印度孟買：人口2000萬5、墨西哥首都墨西哥城人口1950萬；6、美國紐約：人口1940萬7、中國上海：人口1660萬；8、印度加爾各答：人口1560萬9、孟加拉國達卡人口1460萬；10、巴基斯坦卡拉奇：人口1310萬二.城市建設與環(huán)境

四條線—紅線、綠線、藍線和紫線；紅線：道路紅線，城市建設最基本的一條規(guī)劃控制線；綠線：城市規(guī)劃中的綠地控制線藍線：城市規(guī)劃區(qū)內的水邊緣紫線：城市規(guī)劃區(qū)的歷史文化遺跡所占地域線。三.水工業(yè)

全世界10億人缺少符合標準的飲用水，30億人缺少衛(wèi)生的排水設施。1.6土木工程現(xiàn)狀和我國現(xiàn)階段達的水平一.世界現(xiàn)狀土木工程快速發(fā)展，出現(xiàn)了許多世界之最1.建筑高度被刷新

迪拜塔是世界第一高樓高度為828米，樓層總數(shù)162層，造價達15億美元。

于2004年9月21日開始動工，在2007年初開始已有玻璃帷幕安裝，金屬外墻于同年6月開始施裝。2、世界最高電視塔東京天空樹，是位于日本東京都墨田區(qū)的電波塔。由東武鐵道株式會社和其子公司東武塔天空樹共同籌建，于2008年7月14日動工，2012年2月29日竣工，同年5月22日正式對外開放。其高度為634.0米，于2011年11月17日獲得吉尼斯世界紀錄認證為“世界第一高塔”。日本明石海峽大橋(主跨1991m)，全長3911米，主橋墩跨度1991米。兩座主橋墩海拔297米，基礎直徑80米，水中部分高60米。兩條主鋼纜每條約4000米，直徑1.12米，由290根細鋼纜組成，重約5萬噸。大橋于1988年5月動工。1998年3月竣工。3.世界最大跨度懸索橋：二.我國的土木工程達到的水平我國的土木工程得到了飛速的發(fā)展，取得了許多舉世矚目的輝煌成就

1.鐵路中國鐵路的營業(yè)里程截止到2012年底已達97625公里，其中青藏鐵路建設客服很多困難。

2.路橋：中國公路建設2000年末達到140萬公里，高速公里104468公里，世界最大跨度鋼拱橋:上海盧浦大橋（跨度550m）杭州灣跨海大橋于2003年11月14日開工，2007年6月26日貫通，2008年5月1日啟用。杭州灣跨海大橋是一座橫跨中國杭州灣海域的跨海大橋，北起浙江嘉興海鹽鄭家埭，南至寧波慈溪水路灣，全長36公里。三峽大壩：三峽大壩工程包括主體建筑物及導流工程兩部分，全長約2309m，壩高185m，工程總投資為4954.6億元人民幣，于1994年12月14日正式動工修建，2006年5月20日全線建成。建筑1.上海中心大廈，建筑主體為118層，地下五層?？偢邽?32米，世界第二高樓結構高度為580米，總工期2008-2014年，總投資148億。2.臺北101大廈：建筑總高度：509.2m.結構高度439.2m.世界第三高樓地上101層，地下5層。共106層?？偣て?999—2003年。結構形式：鋼筋混凝土結構總造價：580億元新臺幣。471.7土木工程與可持續(xù)發(fā)展一.什么是可持續(xù)發(fā)展可持續(xù)發(fā)展可在不犧牲后代滿足其需要能力的條件下，滿足當前的需要。英聯(lián)邦政府的《國家生態(tài)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略》將“可持續(xù)發(fā)展’’定義為“既可改善當前和未來的總體生活質量，又能維持人類生活賴以生存的生態(tài)進程的發(fā)展”。二.可持續(xù)發(fā)展的世界性（1）可持續(xù)發(fā)展工程聯(lián)盟組織（1992）（2）地球憲章行動（1992）（3）21世紀議程（1992）48三.工程師在可持續(xù)發(fā)展中的作用土木工程建造了維系我們生活方式的基礎設施。土木工程師有重大影響的幾個主要專業(yè)活動：公路、鐵路、機場、海洋、水、能源、廢棄物、建筑業(yè)。要了解可持續(xù)發(fā)展準則，要接受繼續(xù)教育，以適應自己的工作；將長期的環(huán)境影響與代價包括在考慮到的可能的解決方案中。重新規(guī)定工程的責任，將可持續(xù)發(fā)展的原則統(tǒng)一到全世界工程組織的道德規(guī)范中；向公眾解釋可持續(xù)發(fā)展的原則，因為他們與工程師的工作息息相關?？沙掷m(xù)發(fā)展的兩個關鍵問題-資源利用與環(huán)境保護。工程師應在創(chuàng)新和規(guī)劃與設計中起主導作用。1.8地下空間的開發(fā)和利用地下鐵路地下商場地下停車場地下體育館地下影劇院地下廠房地下倉庫人防工程1.9保護生存環(huán)境一.地球上的10大環(huán)境禍患：

(1)土壤破壞；(2)空氣污染；(3)淡水受到威脅；(4)氣候變化和能源浪費；(5)森林面積減少；(6)生物品種減少；(7)化學污染；(8)混亂的城市化；（9)海洋的過度開發(fā)和沿海地帶的污染；(10)極地臭氧層空洞。歸根結底主要為環(huán)境污染問題.51

二.土木工程在防治上述災害中可以發(fā)揮積極作用：例如廢水污水的危害及處理-水質監(jiān)測中心大樓，污水處理廠；城市垃圾的處理-城市垃圾填埋場等，抗災害，綠化與碧水連天工程，搶救湖泊，搶救名勝，節(jié)約水資源，保護植被，防止水土流失和保護濕地等等都與土木工程有著緊密的關系。52

三.中國的環(huán)境問題正在表現(xiàn)出新的特點：污染程度加劇，已在較大范圍內威脅到民眾的基本生存。在河南省浚北縣、江蘇省鹽城市、四川遂寧市、淮河流域的河南省沈丘縣、重慶市合川縣、廣東韶關、天津市等，因為水污染嚴重而陸續(xù)出現(xiàn)多個癌癥村；全國70%的河流水體受到嚴重污染；近700座城市中，三分之二被生活垃圾山所包圍。1.10偉大戰(zhàn)略部署一.要求目標1.城鎮(zhèn)建設有序發(fā)展新機制2.城鎮(zhèn)建設與生態(tài)環(huán)境建設相協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展3.基本建立城鎮(zhèn)住房新體系4.形成基礎建設投入產出良性循環(huán)機制5.基本建立公平競爭，健康有序的建筑市場6.健全法律法規(guī)，依法進行建設活動二.南水北調東線工程：揚州京杭大運河及與其平行的河道及洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖。出東平湖后分兩路輸水：一路向北，在位山附近經隧洞穿過黃河；另一路向東，通過膠東地區(qū)輸水干線經濟南輸水到煙臺、威海。

中線工程：丹江口水庫陶岔渠首閘引水，沿唐白河流域西側過長江流域與淮河流域的分水嶺方城埡口后，經黃淮海平原西部邊緣，在鄭州以西孤柏嘴處穿過黃河，繼續(xù)沿京廣鐵路西側北上，可基本自流到北京、天津。

西線工程：在長江上游通天河、支流雅礱江和大渡河上游筑壩建庫，開鑿穿過長江與黃河的分水嶺巴顏喀拉山的輸水隧洞，調長江水入黃河上游。561.11展望

土木工程是一門古老的學科，在歷史上曾經取得過巨大的成就，人類社會的前進、科學技術的進步使土木工程面臨新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇：1、生產生活方式的變化-信息技術的影響;2、航空、航天技術的發(fā)展-月球火星人類生存新空間拓展;3、資源問題-資源的合理配置與利用;4、環(huán)境保護問題-土木工程建設的環(huán)境意識.57一、重大項目將繼續(xù)興建向高、深方向發(fā)展-解決土地供求矛盾：高速公路、鐵路：1、高速公路、鐵路-從空間上縮短人類距離，地球村，環(huán)球鐵路，環(huán)球高速公路；2、我國