土木工程概論1 緒論

土木工程概論主講人：馬艷梅2015年9木工程概論課程的任務(wù)土木工程的內(nèi)涵中國(guó)古代哲學(xué)五行學(xué)說(shuō)：世界萬(wàn)物由“金、木、水、火、土”組成工程建設(shè)材料主要是土和木；“土”包括：巖石、砂子、泥土、石灰、磚、瓦、陶瓷；“木”包含：木材、茅草、藤條、竹子等，“土木”組成了工程建設(shè)所用的材料。歷史發(fā)展：分久必合、合久必分；改朝換代，必大興土木，修建宮廷廟宇、皇家園林。故成語(yǔ)“大興土木”成為工程建設(shè)的代名詞。土木工程是一種與人們的衣、食、住、行關(guān)系密切?！白　苯ㄔ旄鞣N類型的建筑物；“行”建造鐵路、道路、橋梁工程；“食”必須打井取水、興修水利、進(jìn)行農(nóng)田灌溉、城市排水供水等。國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與發(fā)展需求：道路鐵路交通、水利電力、能源與資源、城市建設(shè)等。（三峽工程、西藏鐵路、南水北調(diào)、西電東送、地鐵工程、隧道工程等）

土木工程需要解決的問(wèn)題為人類活動(dòng)需要（既有物質(zhì)方面的也有精神方面的）提供功能良好、舒適美觀的空間和通道，同時(shí)還表現(xiàn)為防水患、興水利以及環(huán)境治理等方面。這是土木工程的根本目的和出發(fā)點(diǎn)；抵御自然災(zāi)害或人為作用力。前者如地震、風(fēng)災(zāi)、水災(zāi)等作用，后者如工程振動(dòng)、人為破壞等；充分發(fā)揮材料的作用。因?yàn)椴牧蠁?wèn)題是建造土木工程的根本條件；通過(guò)有效的技術(shù)途徑和組織手段，利用各個(gè)時(shí)期社會(huì)能夠提供的物質(zhì)設(shè)備條件，“好、快、省”地組織人力、財(cái)力、物力，把社會(huì)所需要的工程設(shè)施建造成功，付諸使用。為解決以上四個(gè)方面的問(wèn)題需要進(jìn)行的土木工程活動(dòng)包括兩個(gè)方面：技術(shù)方面：勘察、測(cè)量、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等；管理方面：制訂政策和法規(guī)、企業(yè)管理、項(xiàng)目管理、施工組織、物業(yè)管理等。國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)學(xué)科定義是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的總稱，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)行的相應(yīng)的工程技術(shù)。土木工程是指建造各類工程設(shè)施的科學(xué)、技術(shù)和工程的總稱。土木工程的含義可從兩方面去理解：一層含義是指與人類生活、生產(chǎn)活動(dòng)有關(guān)的各類工程設(shè)施；建筑工程道路工程鐵路工程橋梁工程隧道工程土木工程另一層含義是指為了建造工程設(shè)施應(yīng)用材料、工程設(shè)備在土地上所進(jìn)行的勘察、設(shè)計(jì)、施工等工程技術(shù)活動(dòng)。土木工程涉及行業(yè)范圍

土木工程的范圍非常廣泛：包括房屋建筑、公路鐵路交通工程、隧道與橋梁工程、巖土與地下工程、水利水電工程、能源資源工程、市政工程等行業(yè)。建筑環(huán)境與工程減災(zāi)防災(zāi)：如臺(tái)風(fēng)、地震、爆炸等。因此，各類土木工程都必須具備抵御上述各種災(zāi)害作用的能力。土木工程概論課程任務(wù)圍繞土木工程專業(yè)學(xué)習(xí)的核心：各種類型的土木工程設(shè)施的規(guī)劃、勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、管理和維修；作為土木工程專業(yè)學(xué)習(xí)的入門(mén)，對(duì)以上核心內(nèi)容作一簡(jiǎn)要介紹。課程結(jié)業(yè)方式課程結(jié)業(yè)方式采用閉卷考試。結(jié)業(yè)成績(jī)?cè)u(píng)定采用考試成績(jī)和平時(shí)成績(jī)（均為百分制）加權(quán)確定，考試成績(jī)和平時(shí)成績(jī)分別占70%和30%。土木工程發(fā)展歷史簡(jiǎn)述土木工程的未來(lái)土木工程的學(xué)習(xí)建議第一章緒論⑴古代土木工程古代土木工程的時(shí)間跨度，大致從舊石器時(shí)代(約公元前5000年起)到17世紀(jì)中葉。（1）所用的材料，最早為當(dāng)?shù)氐奶烊徊牧?；?）所用的工具，最早只是石斧、石刀等簡(jiǎn)單工具，后來(lái)發(fā)展了斧、鑿、錘、鉆、鏟等青銅和鐵制工具以及打樁機(jī)、桅桿起重機(jī)等簡(jiǎn)單施工機(jī)械；（3）建造主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)，缺乏設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)。土木工程發(fā)展歷史簡(jiǎn)述土木工程發(fā)展經(jīng)歷了古代、近代和現(xiàn)代三個(gè)階段。

山西應(yīng)縣木塔（佛宮寺釋迦塔），建于公元1056年，塔高67.3m，八角形，底層直徑30.27m。該塔共9層，是我國(guó)保存至今的唯一木塔，也是現(xiàn)存的最高的木結(jié)構(gòu)之一。它雖經(jīng)多次大地震仍完整無(wú)損，足以證明我國(guó)歷史上木結(jié)構(gòu)的輝煌成就。北京故宮太和殿。建于明永樂(lè)18年，（1420年）是故宮最壯觀的建筑，也是我國(guó)現(xiàn)存最大的木構(gòu)殿堂。長(zhǎng)城我國(guó)歷史上偉大工程之一。始建于公元前7~5世紀(jì)間的春秋、戰(zhàn)國(guó)時(shí)代。最早修筑長(zhǎng)城的是楚國(guó)，稱為“方城”。公元前214年，由秦始皇擴(kuò)建完成。隨后，各朝代都進(jìn)行過(guò)修筑、擴(kuò)建。其中以明代修筑規(guī)模最大，工程技術(shù)水平也最高。通常稱的明長(zhǎng)城為東起山海關(guān)，西止嘉峪關(guān)。趙州橋隋代趙州安濟(jì)橋，又稱趙州橋。橋?yàn)槌鐖A弧石拱，拱券并列２８道，凈跨３７.０２米，矢高７.２３米，上狹下寬總寬９米。主拱券等厚１.０３米，主拱券上有護(hù)拱石。在主拱券上兩側(cè)，各開(kāi)兩個(gè)凈跨分別為３.８米和２.８５米的小拱，以瀉泄洪水，減輕自重。橋面呈弧形，。橋始建于隋·開(kāi)皇十五年(公元５９５年），完工于隋·大業(yè)元年(公元６０５年），距今已有１406年。四川都江堰大型引水樞紐，建于公元前256-251年，是世界歷史上最長(zhǎng)的無(wú)壩引水工程。以灌溉為主，兼有防洪、水運(yùn)、供水等多種效益，一直沿用至今。建于公元前2700~2600年，其中以古王國(guó)第四王朝法老胡夫的金字塔最大。塔基呈方形，邊長(zhǎng)約230.5m,高約146m，用230余萬(wàn)塊巨石砌成。公元532~537年間建造在君士坦丁堡（今土耳其伊斯坦布爾）的索菲亞大教堂。該教堂為磚砌穹頂（圓形球殼），直徑30余米，穹頂高50余米，穹頂支承在大跨磚拱和用巨石砌筑的巨型柱（截面約7×10m）上。巴黎圣母院建于1163-1250年，是法國(guó)早期哥特建筑的典型。平面寬約47m，長(zhǎng)約125m，可容近萬(wàn)人。圣壇上部的尖塔高達(dá)90m。正面是一對(duì)高60余米的塔樓，下部有三個(gè)尖卷門(mén)洞。⑵近代土木工程近代土木工程的時(shí)間跨度為從17世紀(jì)中葉至20世紀(jì)中葉的300年間。主要特征是：力學(xué)和結(jié)構(gòu)理論作指導(dǎo)磚、瓦、木、石等建筑材料廣泛使用；混凝土、鋼材、鋼筋砼以及早期的預(yù)應(yīng)力砼得到發(fā)展。施工技術(shù)進(jìn)步很大建筑工程芝加哥保險(xiǎn)公司大樓1883-85年，10層，高55m，鐵框架

巴黎艾菲爾鐵塔1887-89年，320.7m紐約帝國(guó)大廈

1929-31年，102層，高381m，鋼框架

美國(guó)舊金山金門(mén)大橋1933-37年，懸索橋，橋跨1280m，橋頭塔架高227m，主纜直徑1.125m，由27572根鋼絲組成，索重11000t左右。悉尼港橋1924-1932年，中承式鋼桁架拱橋，長(zhǎng)1149.1m，寬48.6m，主跨502.9m，矢高106.75m。全橋用鋼量為52000噸，為世界最大跨度鐵路鋼拱橋。錢(qián)塘江大橋1934-37年，茅以升主持建造，下層鐵路橋長(zhǎng)1322.1m，上層公路橋長(zhǎng)1453m橋梁工程該歷史時(shí)期，土木工程在理論、材料、施工領(lǐng)域出現(xiàn)的具有重大意義大事有：意大利科學(xué)家伽利略在1638年出版的著作《關(guān)于兩門(mén)新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證明》中論述了建筑材料的力學(xué)性質(zhì)和梁的強(qiáng)度，首先用公式表達(dá)了梁的設(shè)計(jì)理論。英國(guó)科學(xué)家牛頓在1687年總結(jié)了力學(xué)三大定律，它們是土木工程設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)。瑞士數(shù)學(xué)家歐拉在1744年出版的《曲線的變分法》建立了柱的壓屈理論，為分析土木工程結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)。1825年納維建立了土木工程中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法；19世紀(jì)末里特爾等人提出了極限平衡的概念。這為土木工程的結(jié)構(gòu)理論分析打下了基礎(chǔ)。1824年英國(guó)人阿斯普丁取得了波特蘭水泥的專利權(quán)，1850年開(kāi)始生產(chǎn)。20世紀(jì)初，有人發(fā)表了水灰比等學(xué)說(shuō)，才初步奠定了混凝土強(qiáng)度的理論基礎(chǔ)。1859年發(fā)明了貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼法，使鋼材得以大量生產(chǎn)，并廣泛應(yīng)用于土木工程。1867年法國(guó)人莫尼埃用鐵絲加固混凝土制成花盆，并推廣到工程中，建造了一座蓄水池，這是應(yīng)用鋼筋砼的開(kāi)端。1875年，他主持建造了第一座長(zhǎng)16m的鋼筋砼橋。土木工程在鐵路、公路、橋梁建設(shè)中得到了大規(guī)模發(fā)展；

1825年在英國(guó)人斯蒂芬森在英格蘭北部斯托克頓和達(dá)靈頓之間修筑了世界第一條長(zhǎng)21km的鐵路，1863年在倫敦又建造了世界第一條地下鐵道。（3）現(xiàn)代土木工程從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束到目前。

功能要求多樣化公共建筑和住宅建筑要求；工業(yè)建筑要求核工業(yè)、海洋工程、航空航天等高新技術(shù)的要求城市建設(shè)立體化向高空發(fā)展；向地下發(fā)展交通工程快速化高速公路大規(guī)模興建；高速鐵路迅速發(fā)展；機(jī)場(chǎng)建設(shè)的規(guī)模和速度前所未有一些典型的工程實(shí)例建筑工程高層建筑臺(tái)北101大廈2004年，101層，高508m

上海環(huán)球金融中心

2008年，101層，高492m

上海金茂大廈1999年，88層，高421m

香港國(guó)際金融中心Ⅱ2003年，88層，高415m

吉隆坡石油雙塔1996年，95層，高452m

深圳信興廣場(chǎng)大廈1996年，69層，高384m

廣州中信廣場(chǎng)1996年，80層，高391m加拿大多倫多電視塔高549m，為世界之冠上海東方明珠電視塔1995年，高468m，居世界第三

莫斯科電視塔，1967年，高537m，居第二位；吉隆坡電視塔，高421m，居第四位；天津電視塔，高406m，居第五位；北京電視塔，高380m，居第六位。橋梁工程日本明石海峽大橋1998年，主跨1991m，世界第一中國(guó)潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋

2005年，跨度1490m，世界第三丹麥的大貝爾特東橋，跨度1624m，世界第二英國(guó)的恒伯爾橋，主跨1410m，世界第四江陰長(zhǎng)江大橋，主跨1385m，世界第五，1999年香港青馬大橋，主跨1377m，世界第六，1997年四川萬(wàn)縣長(zhǎng)江混凝土拱橋,拱跨420m；1997年

上海盧浦大橋鋼拱橋全長(zhǎng)3900m拱跨達(dá)550m

2003年隧道工程

1）山區(qū)隧道目前世界上最長(zhǎng)的是挪威的山嶺隧道，全長(zhǎng)25.8km；中國(guó)西康線秦嶺隧道，長(zhǎng)達(dá)18.457km；中國(guó)京廣線大瑤山隧道，全長(zhǎng)14.295km；青藏鐵路風(fēng)火山隧道，全長(zhǎng)1338m，海拔4904m2）海峽隧道3）越江隧道

上海復(fù)興東路隧道內(nèi)景水利工程

瑞士大狄克桑斯壩目前世界上最高的重力壩，高285m中國(guó)三峽大壩由大壩、水電站、通航建筑三大部分組成，為世界最大的水利工程壩。長(zhǎng)3035m，壩高185m，總裝機(jī)容量為1820萬(wàn)kW。青藏鐵路三岔河大橋青藏鐵路最高的橋橋高50m，海拔3800m武漢的輕軌列車上海磁懸浮列車2003年我國(guó)的道路工程核電站及海洋工程秦山核電站我國(guó)的一座海洋采油平臺(tái)土木工程的功能化、城市建設(shè)的立體化、交通運(yùn)輸?shù)母咚倩厝皇沟脴?gòu)成土木工程的三個(gè)要素：材料、施工、理論出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢(shì)：建筑材料的輕質(zhì)高強(qiáng)化其中發(fā)展迅速的是普通混凝土向輕骨料混凝土、加氣混凝土和高性能混凝土方向發(fā)展?？箟簭?qiáng)度由20~40Mpa提高到60~100Mpa。一批輕質(zhì)高強(qiáng)材料如鋁合金、建筑塑料、玻璃鋼也得到迅速發(fā)展；同時(shí)也要重視環(huán)保節(jié)能材料的研究和發(fā)展。施工過(guò)程中的工業(yè)化、裝配化現(xiàn)代化砼攪拌站鋼筋混凝土泵送的記錄！世界上最高的摩天大樓，混凝土灌注量達(dá)160000立方米之巨。為確保連續(xù)泵送并達(dá)到385米這樣一個(gè)高度，采用六臺(tái)超高壓混凝土泵及六根分離式布料桿灌注混凝土。設(shè)計(jì)理論的精確化、科學(xué)化主要表現(xiàn)在理論分析由線形到非線形分析；由平面分析到空間分析；由單個(gè)到系統(tǒng)的綜合整體分析；由靜態(tài)到動(dòng)態(tài)分析；由經(jīng)驗(yàn)定值分析到隨機(jī)分析；由數(shù)值分析到模擬實(shí)驗(yàn)分析；由人工手算、人工做比較方案、人工制圖到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)制圖等。土木工程學(xué)的學(xué)科理論如可靠性理論、土力學(xué)和巖體力學(xué)理論、結(jié)構(gòu)抗震理論、動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論、網(wǎng)絡(luò)理論將得到迅速發(fā)展。土木工程專業(yè)及學(xué)習(xí)建議土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要、德智體全面發(fā)展、掌握土木工程學(xué)科的基本理論和基本知識(shí)、獲得土木工程工程師基本訓(xùn)練、具有創(chuàng)新精神的高級(jí)工程科學(xué)技術(shù)人才，畢業(yè)后能從事土木工程設(shè)計(jì)、施工與管理工作，具有初步的工程規(guī)劃與研究開(kāi)發(fā)的能力。具體要求

（1）知識(shí)要求

基本理論

基礎(chǔ)理論主要包括高等數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)；

應(yīng)用理論包括工程力學(xué)(理論力學(xué)，材料力學(xué))、結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)(水力學(xué))、土力學(xué)與工程地質(zhì)學(xué)等。

土木工程的專業(yè)知識(shí)與技術(shù)包括土木工程結(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)濟(jì)、建設(shè)法規(guī)、土木工程材料、基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)、土木工程抗震設(shè)計(jì)等。具體要求

（1）知識(shí)要求

相關(guān)知識(shí)：給水排水、供暖通風(fēng)、電工電子、工程機(jī)械等

技能或工具：工程制圖、工程測(cè)量、材料試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、外語(yǔ)及計(jì)算機(jī)在土木工程中的應(yīng)用等。

（2）能力培養(yǎng)的要求自學(xué)能力綜合解決問(wèn)題的能力創(chuàng)新能力協(xié)調(diào)、管理能力土木工程專業(yè)的教學(xué)形式與學(xué)習(xí)建議課堂教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)

設(shè)計(jì)訓(xùn)練設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提出自己的設(shè)想和技術(shù)方案，并以工程圖及說(shuō)明書(shū)來(lái)表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖，在根本上培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主解決問(wèn)題的能力。

施工實(shí)習(xí)就業(yè)范圍建設(shè)單位(房地產(chǎn)公司)（1）提出使用要求，編制設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；（2）確定土地使用范圍；（3）保證落實(shí)建設(shè)資金；（4）通過(guò)招標(biāo)發(fā)包，選擇設(shè)計(jì)、施工單位。勘察單位（北京勘察設(shè)計(jì)院）（1）勘察測(cè)量房屋所在地段的地質(zhì)和地形；