土木工程概論

土木工程概論第1頁/共71頁1.1土木工程概論課程的任務(wù)土木工程概念：土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的總稱。土木工程的含義可從兩方面去理解:一層含義是是指與人類生活、生產(chǎn)活動有關(guān)的各類工程設(shè)施；另一層含義是指所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘察、設(shè)計、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù)。高樓林立的城市、現(xiàn)代化的工廠、標(biāo)志性的公共建筑，都與土木工程戚戚相關(guān)。第2頁/共71頁土木工程需要解決的問題及其要素和目的：第3頁/共71頁建筑工程

位于臺北市信義區(qū)的一幢摩天大樓，樓高508米，地上101層，是目前全球最高的摩天大樓之一。

第4頁/共71頁武漢長江大橋1957年建成,是中國在萬里長江上修建的第一座鐵路、公路兩用橋梁。全橋總長1670米，其中正橋1156米，北岸引橋303米，南岸引橋211米。從基底至公路橋面高80米，下層為雙線鐵路橋，寬14.5米，兩列火車可同時對開。橋身為三聯(lián)連續(xù)橋梁，每聯(lián)3孔，共8墩9孔。每孔跨度為128米。橋梁工程第5頁/共71頁道路工程一種帶狀的三維空間人工構(gòu)造物。早期僅對道路提出了排水良好，密實地基的要求。而隨著汽車的出現(xiàn)及車輛速度的不斷提高，使路面承受荷載的要求不斷提高，對道路也提出了更高要求。道路是對所有各種公路或干線的統(tǒng)稱。第6頁/共71頁鐵路工程第7頁/共71頁水利水電工程三峽工程都江堰第8頁/共71頁港口工程現(xiàn)代港口向物流服務(wù)中心轉(zhuǎn)化，其裝卸運輸向多樣化、協(xié)調(diào)化、一體化方向發(fā)展。第9頁/共71頁海洋及機場工程第10頁/共71頁(1).土木工程的建設(shè)目的和意義：典型的建筑工程就是房屋工程。它是興建房屋的規(guī)劃、勘察、設(shè)計（建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備)施工的總稱,目的是為人類生產(chǎn)與生活的提供場所。土木工程的根本目的和出發(fā)點是形成人類生產(chǎn)或生活所需要的、功能良好且舒適美觀的空間和通道。它既是物質(zhì)方面的需要，也有精神方面的需求。第11頁/共71頁(2).土木工程存在的根本原因：地球上有各種各樣的荷載和作用力，而土工工程存在的根本原因是使結(jié)構(gòu)能夠抵抗各種自然或人為的作用力。任何一個工程結(jié)構(gòu)都要承受自身重量、使用荷載、風(fēng)力等荷載的作用和溫度變化對土木工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生力的作用。2000.7.13一場特大龍卷風(fēng)襲擊蘇北部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，大批房屋倒塌、樹木折斷，交通中斷，經(jīng)濟損失超過1.5億元。第12頁/共71頁

同時，由于環(huán)境的持續(xù)惡化，導(dǎo)致的自然災(zāi)害頻發(fā)，如地震災(zāi)害、風(fēng)災(zāi)害、洪水災(zāi)害、泥石流災(zāi)害、蟲災(zāi)(如白蟻成災(zāi)對木結(jié)構(gòu)的房屋和橋梁損害極大)等也對人們的生命及生活質(zhì)量構(gòu)成嚴(yán)重威脅，據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計，近百年來，全世界死于各種災(zāi)害的人口約458萬人。時間國家及地區(qū)災(zāi)害類型死亡人數(shù)1900，9美國德克薩斯州加爾維斯敦颶風(fēng)死亡8000人至12000人1920，12，16中國甘肅8.6級地震死亡20萬多人1923，9，1日本的橫濱和東京一帶東京大地震引起的大火死亡人數(shù)達(dá)到7.1萬多人，其中大火燒死5.6萬多人1931，6~1931，7淮河流域持續(xù)暴雨潰堤引起的洪水死亡7.5萬多人1970，11，13孟加拉的恒河三角洲颶風(fēng)死亡30萬多人1976，7，28中國唐山7.8級地震死亡24萬多人2004，12，26東南亞海嘯死亡22萬多人2006，2，17菲律賓南萊特省泥石流死亡1800多人2008，5，12中國汶川8.0級地震死亡8萬多人因此，自然環(huán)境的變化也要求土木工程能夠抵御自然災(zāi)害，提供安全、可靠的活動空間、通道等等。第13頁/共71頁2000.12.25日晚21時35分左右，河南洛陽市東都商廈發(fā)生特大火災(zāi)，

據(jù)悉，火災(zāi)死亡人數(shù)已達(dá)309人，多數(shù)屬窒息死亡。根據(jù)初步調(diào)查分析，這次火災(zāi)是因該大廈地下室二層施工不慎引起的.第14頁/共71頁(3).土木工程的建設(shè)條件：

材料、土地、人財物等都是實現(xiàn)土木工程建造的基本物質(zhì)條件，而材料的選擇、數(shù)量的確定是土木工程建設(shè)過程中必須解決的最重要內(nèi)容。材料費往往占土木工程投資大部分，土木工程造價主要取決于材料所需的資金。土木工程的任務(wù)就是要充分發(fā)揮材料的作用，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下實現(xiàn)最經(jīng)濟的建造。土木工程材料是隨著人類社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)水平的提高而逐漸發(fā)展起來的。土木工程材料的發(fā)展與土木工程技術(shù)的進(jìn)步有著不可分割的聯(lián)系，它們相互制約、相互依賴和相互推動，新型建筑材料的誕生推動了土木工程設(shè)計方法和施工工藝的變革，而新的土木工程設(shè)計方法和施工工藝對建筑材料品種和質(zhì)量提出更高和更為多樣化的要求。第15頁/共71頁(4).土木工程的項目管理：土木工程的最終歸宿是將社會所需的工程項目建造成功，投入使用，除了有最優(yōu)設(shè)計還不夠，還需要把藍(lán)圖變?yōu)楝F(xiàn)實。因此需要研究如何利用現(xiàn)有的物資設(shè)備條件，通過有效的技術(shù)途徑和組織手段來進(jìn)行施工，將社會所需的工程設(shè)施建造成功。對工程項目全過程進(jìn)行有序、全面、科學(xué)和目標(biāo)明確的管理，發(fā)揮計劃職能、組織職能、控制職能、協(xié)調(diào)職能和監(jiān)督職能等。土木工程的工程項目管理必須緊緊圍繞項目目標(biāo)進(jìn)行管理，其中管理目標(biāo)主要包括工程進(jìn)度、工程質(zhì)量、工程費用、安全、資源等目標(biāo)。第16頁/共71頁土木工程是一項系統(tǒng)工程，涉及方方面面的知識和技術(shù)，對工程實踐的依賴性很強，具有綜合性、社會性、實踐性及技術(shù)、經(jīng)濟和建筑藝術(shù)的統(tǒng)一性四個基本屬性。綜合性——土木工程是一門涵蓋范圍廣闊的綜合性學(xué)科，一般要經(jīng)過勘測、設(shè)計和施工三個階段。土木工程的施工與勘測第17頁/共71頁社會性——土木工程是伴隨著人類社會的發(fā)展而發(fā)展起來的，是隨社會不同歷史時期的科學(xué)技術(shù)和管理水平而發(fā)展，工程設(shè)施能反映各個歷史時期社會經(jīng)濟、文化、科學(xué)、技術(shù)發(fā)展的面貌。如圖所示的是我國不同時期房屋建筑，其早期的房屋建筑以砌體結(jié)構(gòu)為主，施工簡便，房屋主要以中低層為主，采用的黏土磚價格低廉；而現(xiàn)在的房屋建筑多以框架結(jié)構(gòu)為主，隨著鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的運用，房屋向更大跨徑及更高樓層發(fā)展，對設(shè)備、技工水平等要求也更高。

第18頁/共71頁實踐性—由于影響土木工程的因素錯綜復(fù)雜，使土木工程對實踐的依賴性很強。

在土木工程的發(fā)展過程中，工程實踐經(jīng)驗常先行于理論。此外，土木工程中的實踐經(jīng)驗和教訓(xùn)往往能顯示出未能預(yù)見的新因素，觸發(fā)新理論的研究和發(fā)展。至今不少工程問題的處理，在很大程度上仍然依靠實踐經(jīng)驗。第19頁/共71頁技術(shù)、經(jīng)濟和藝術(shù)的統(tǒng)一性

—土木工程是為人類需要服務(wù)的，它必然是每個歷史時期技術(shù)、經(jīng)濟、藝術(shù)統(tǒng)一的見證。懸空寺，全國重點文物保護(hù)單位，是佛、道教合一的獨特寺廟。位于山西省渾源縣城南5km金龍峽半崖峭壁間。始建于北魏后期，至今已有1400多年歷史。第20頁/共71頁

巴西的馬拉卡納體育場，這座能容納20萬人的體育場長110米，寬75米，建筑面積達(dá)到了11.85萬平方米，不僅是世界上最大的體育場，同時也是世界上最現(xiàn)代化的體育場之一。

古羅馬競技場是古羅馬時期最大的圓形角斗場，以宏偉、獨特的造型聞名于世，龐大的競技場可以容納近九萬人。第21頁/共71頁五棵松籃球館

北京工人體育館第22頁/共71頁武漢長江大橋江陰長江大橋

土木工程為國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活的改善提供了重要的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，其發(fā)展水平充分體現(xiàn)國民經(jīng)濟的綜合實力，反映一個國家的現(xiàn)代化水平。第23頁/共71頁土木工程的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段

古代土木工程（約公元前5000年~17世紀(jì)中葉）土木工程的古代時期是從新石器時代開始的。人們在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料從事營造活動，后來出現(xiàn)了磚和瓦這種人工建筑材料，使人類第一次沖破了天然建筑材料的束縛。

近代土木工程（17世紀(jì)中葉至20世紀(jì)中葉）是土木工程發(fā)展史中迅猛前進(jìn)的階段。這個時期土木工程的主要特征體現(xiàn)在材料方面、理論方面及施工方面。

現(xiàn)代土木工程（20世紀(jì)中葉至今）現(xiàn)代土木工程的特點是：以社會生產(chǎn)力的現(xiàn)代發(fā)展為動力，以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為背景，以現(xiàn)代工程材料為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代工藝與機具為手段高速度地向前發(fā)展。1.2土木工程發(fā)展歷史概述

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早期的土木工程人們只能依靠泥土、木料及其它天然材料從事營造活動，后來出現(xiàn)了磚和瓦這種人工建筑材料，使人類第一次沖破了天然建筑材料的束縛。古代土木工程的時間跨度，大致從舊石器時代(約公元前5000年起)到17世紀(jì)中葉。古代土木工程所用的材料，最早為當(dāng)?shù)氐奶烊徊牧?，如泥土、石塊、樹枝、竹、茅草、蘆葦?shù)龋髞黹_發(fā)出土坯、石材、木材、磚、瓦、青銅、鐵，以及混合材料如草筋泥、混合土等。如圖所示的是人類早期居住的房屋。1.2.1古代土木工程

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古代土木工程所用的材料，最早為當(dāng)?shù)氐奶烊徊牧?，如泥土、石塊、樹枝、竹、茅草、蘆葦?shù)?，后來開發(fā)出土坯、石材、木材、磚、瓦、青銅、鐵、鉛，以及混合材料如草筋泥、混合土等。古代土木工程所用的工具，最早只是石斧、石刀等簡單工具，后來開發(fā)出斧、鑿、錘、鉆、鏟等青銅和鐵制工具，以及打樁機、桅桿起重機等簡單施工機械。古代土木工程的建造主要依靠實際生產(chǎn)經(jīng)驗、缺乏設(shè)計理論的指導(dǎo)。第26頁/共71頁在陜西西安附近，距今6000余年前新石器時代的村落，有居民住房、制陶窯場、公共倉庫、圈欄、窖穴、墓葬等的聚落布局，在浐河?xùn)|岸的臺地上遺存有密集排列的40-50座住房，在其中心部分有一座規(guī)模相當(dāng)大(平面約為12.5×14米)房屋，可能是會堂。中國西安半坡村遺址

我國黃河流域的仰韶文化（約公元前5000~3000）遺址。第27頁/共71頁

建于公元1420年的故宮占地面積72萬平方米，共有各式宮室8千余間，是世界上規(guī)模最大、保存最完整的宮殿建筑群。

故宮第28頁/共71頁應(yīng)縣木塔佛光寺祖師塔古代土木工程有以下幾種主要結(jié)構(gòu)形式：木結(jié)構(gòu)石結(jié)構(gòu)磚結(jié)構(gòu)金字塔第29頁/共71頁萬里長城長城的歷史要追溯到二千多年前的春秋戰(zhàn)國時代，它以雄偉的氣魄和悠久的歷史著稱于世，被列為世界奇跡，1987年被聯(lián)合國教科文組織列為“世界文化和自然遺產(chǎn)保護(hù)項目”。是世界上最著名的游覽勝地之一。

最早修筑長城的是楚國，稱為“方城”。公元前214年，由秦始皇擴建完成。隨后，各朝代都進(jìn)行過修筑、擴建。其中以明代修筑規(guī)模最大，工程技術(shù)水平也最高，通常稱的明長城。第30頁/共71頁

約公元前256~前251年（戰(zhàn)國時期）始建于秦昭王末年的四川都江堰大型引水樞紐，是世界歷史上最長的無壩引水工程。四川都江堰大型引水樞紐，建于公元前256~251年，是世界歷史上最長的無壩引水工程。以灌溉為主，兼有防洪、水運、供水等多種效益，一直沿用至今。第31頁/共71頁

世界上最長的京杭大運河，北與海河相連，南與錢塘江相接，將海河、黃河、淮河、長江和錢塘江五大水系，連成了統(tǒng)一的水運網(wǎng)。這是我國古代勞動人民改造大自然的一項奇跡。

目前國外著名的大運河有蘇伊士運河、巴拿馬運河、前蘇聯(lián)土庫曼運河等。這些運河的長度不但都比我國的大運河短得多，且也都比隋朝開鑿南北大運河的時間晚1000多年。京杭大運河京杭大運河開鑿于春秋戰(zhàn)國時期，公元610年全部完成，迄今已有2400多年歷史。京杭大運河由北京到杭州．流經(jīng)河北、山東、江蘇、浙江四省，溝通海河、黃河、長江、淮河、錢塘江五大水系，全長1794km第32頁/共71頁

據(jù)史料記載，約3000年前，我們的祖先就曾在渭河上架設(shè)過浮橋。在中國，吊橋具有悠久的歷史，早期的纜索是由藤條或竹子做成的，隨著冶煉技術(shù)水平的提高，后來發(fā)展為用鐵鏈代替，并在前秦時代出現(xiàn)了鐵制的橋墩。

公元60年前后就有了鐵鏈懸索橋。至今保留下來的古代吊橋有四川省瀘定縣的大渡河鐵索橋，建成于1706年，橋跨100m，橋?qū)捈s2.8m。瀘定河鐵索橋第33頁/共71頁

河北趙州橋(又稱安濟橋)，是中國古代石拱橋的杰出代表。該橋為隋朝工匠李春所建，其特點是跨度大(37.47m)，其跨度當(dāng)時居世界之最，在拱圈兩肩各設(shè)兩個跨度不等的腹拱，既減輕了橋身自重，又節(jié)省了材料，還便于排洪。趙州橋第34頁/共71頁主要特征早期土木工程采用的只是當(dāng)?shù)氐奶烊徊牧?，如泥土、礫石、樹干、樹枝、竹、茅草、蘆葦?shù)?。后來發(fā)展到土坯、石材、磚、瓦、木、青銅、鐵、鉛、以及混合材料如草筋、混合土等。最早只是利用石斧、石刀等簡單工具。后來發(fā)展了斧、鑿、鈷、鏟、鋸等青銅和制鐵工具，興起了窯制和煅燒加工技術(shù)，以及打樁機、桅桿起重機等施工機械。木工、瓦工、泥工、土工、窯工、雕工、石工、彩畫工等。理論著作：《考工記》、《營造法式》、《論建筑》施工材料工藝技術(shù)工程分工第35頁/共71頁1.2.2近代土木工程

近代土木工程逐漸發(fā)展到包括房屋、道路、橋梁、鐵路、隧道、港口、市政、衛(wèi)生等工程建筑和工程設(shè)施，不僅能夠在地面，而且有些工程還能在地下或水域內(nèi)修建。土木工程在這一時期的發(fā)展可分為奠基時期、進(jìn)步時期和成熟時期三個階段。

奠基時期

17世紀(jì)到18世紀(jì)下半葉是近代科學(xué)的奠基時期進(jìn)步時期

18世紀(jì)下半葉，J.瓦特對蒸汽機作了根本性的改進(jìn)成熟時期

第一次世界大戰(zhàn)以后，近代土木工程發(fā)展到成熟階段第36頁/共71頁奠基時期伽利略的梁設(shè)計理論論述了建筑材料的力學(xué)性質(zhì)和梁的強度，是彈性體力學(xué)史的開端，它與牛頓的力學(xué)三大定律為土木工程奠定了力學(xué)分析的基礎(chǔ)。歐拉柱的壓屈理論給出了柱臨界壓曲荷載的計算公式，在分析工程構(gòu)筑物的彈性穩(wěn)定方面得到了廣泛的應(yīng)用。第37頁/共71頁1825年納維建立了土木工程中結(jié)構(gòu)設(shè)計的容許應(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年英國人阿斯普丁取得了波特蘭水泥的專利權(quán)，1850年開始生產(chǎn)。20世紀(jì)初，有人發(fā)表了水灰比等學(xué)說，才初步奠定了混凝土強度的理論基礎(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)用鋼筋混凝土的開端。1875年，他主持建造了第一座長16m的鋼筋砼橋。進(jìn)步時期

18世紀(jì)下半葉，瓦特對蒸汽機作了根本性的改進(jìn)，蒸汽機的使用推進(jìn)了產(chǎn)業(yè)革命。規(guī)模宏大的產(chǎn)業(yè)革命，為土木工程提供了多種性能優(yōu)良的建筑材料及施工機具，也對土木工程提出新的需求，從而促使土木工程以空前的速度向前邁進(jìn)。第38頁/共71頁

從材料方面來講，波特蘭水泥的發(fā)明及鋼筋混凝土開始應(yīng)用是近代土木工程發(fā)展史上的重大事件。貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼法的成功使得鋼材得以大量生產(chǎn)并應(yīng)用于房屋與橋梁的建設(shè)?；炷良颁摬牡耐茝V應(yīng)用，使得土木工程師可以運用這些材料建造更為復(fù)雜的工程設(shè)施。

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這一時期內(nèi)，蒸汽機等產(chǎn)業(yè)革命促進(jìn)了工業(yè)、交通運輸業(yè)的發(fā)展，對土木工程設(shè)施提出了更多的要求，同時也為土木工程的建造提供了新的施工機械和施工方法。

1825年英國首次使用盾構(gòu)開鑿泰晤士河河底隧道；1906年瑞士修筑通往意大利的19.8公里長的辛普朗隧道，使用了大量黃色炸藥以及鑿巖機等先進(jìn)設(shè)備。

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產(chǎn)業(yè)革命還從交通方面推動了土木工程的發(fā)展，鐵路與地下鐵道相繼出現(xiàn)，公路方面明確了碎石路的施工工藝和路面鎖結(jié)理論，促進(jìn)了近代公路的發(fā)展。鐵路和公路的空前發(fā)展也促進(jìn)了橋梁工程的進(jìn)步?，F(xiàn)代橋梁的三種基本形式：拱橋、懸索橋、梁式橋相繼出現(xiàn)。第41頁/共71頁該橋（英國的科爾布魯克代爾橋）建于1779年。橋跨約30.5m，矢高13.7m，由五片半圓形拱肋組成。該橋完全模仿木拱橋的形狀。鋼材的出現(xiàn)，把鑄鐵（以及鍛鐵）橋送進(jìn)了橋梁歷史博物館?？茽柌剪斂舜鸂枠蛟褂?70年。世界最古老的鑄鐵拱橋（科爾布魯克代爾橋)——1779年英國用鑄鐵建成跨度為30.5m的拱橋第42頁/共71頁梅奈海峽橋，位于英國的威爾士，1826年建成。該橋是英國用鑄鐵建成的第一座懸索橋，主跨177米，為當(dāng)時世界上最大跨度的橋梁，現(xiàn)仍存在。梅奈海峽橋——

1826年英國用鍛鐵建成建造了第一座跨度為177m的懸索橋第43頁/共71頁1890年由貝格（B.Baker)設(shè)計并建成的福斯橋（ForthBridge)位于英國愛丁堡附近，兩孔主跨達(dá)521m,耗鋼50000噸。屬于懸臂式桁架梁橋。福斯橋（ForthBridge)——

1890年英國又建成兩孔主跨的懸臂式桁架梁橋第44頁/共71頁主要特征有力學(xué)和結(jié)構(gòu)理論作為指導(dǎo)；磚、瓦、木、石等建筑材料得到日益廣泛的使用；混凝土、鋼材、鋼筋混凝土以及早期的預(yù)應(yīng)力混凝土得到發(fā)展；施工技術(shù)進(jìn)步很大，建造規(guī)模日益擴大，建造速度大大加快。第45頁/共71頁成熟時期第一次世界大戰(zhàn)以后，近代土木工程發(fā)展到成熟階段。這個時期的一個標(biāo)志是道路、橋梁、房屋大規(guī)模建設(shè)的出現(xiàn)。在交通運輸方面，瀝青和混凝土開始用于鋪筑高級路面。由于汽車在陸路交通中具有快速和機動靈活的特點，道路工程的地位日益重要。1931-1942年德國首先修筑了長達(dá)3860km的高速公路網(wǎng)，美國和歐洲—些國家也紛紛開始高速公路的修建

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從十九世紀(jì)中葉開始，冶金業(yè)冶煉并軋制出抗拉和抗壓強度都很高、延性好、質(zhì)量均勻的建筑鋼材，隨后又生產(chǎn)出高強度鋼絲、鋼索。于是適應(yīng)發(fā)展需要的鋼結(jié)構(gòu)得到蓬勃發(fā)展。除應(yīng)用原有的梁、拱結(jié)構(gòu)外，新興的桁架、框架、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)逐漸推廣。隨著鋼鐵質(zhì)量的提高和產(chǎn)量的上升，使建造大跨橋梁成為現(xiàn)實。

1937年建成的美國舊金山金門懸索橋，跨度1280m，全長2825m；1932年澳大利亞建成悉尼港橋為雙鉸鋼拱結(jié)構(gòu)，跨度503m。

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工業(yè)的發(fā)達(dá)，城市人口的集中，使工業(yè)廠房向大跨度發(fā)展，民用建筑向高層發(fā)展，中世紀(jì)的石砌拱終于被近代的殼體結(jié)構(gòu)和懸索結(jié)構(gòu)所取代。美國紐約的帝國大廈于1931年落成，共102層，高378米，有效面積16萬平方米，結(jié)構(gòu)用鋼約5萬余噸，內(nèi)裝電梯67部，它保持世界房屋最高紀(jì)錄達(dá)40年之久。

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近代土木工程發(fā)展到成熟階段的另一個標(biāo)志是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的廣泛應(yīng)用，把土木工程技術(shù)推向現(xiàn)代化。此外，1906年美國舊金山發(fā)生大地震，1923年日本關(guān)東發(fā)生大地震，生命財產(chǎn)遭受嚴(yán)重?fù)p失。1940年美國塔科馬懸索橋毀于風(fēng)振。這些自然災(zāi)害推動了結(jié)構(gòu)動力學(xué)和工程抗害技術(shù)的發(fā)展。另外，超靜定結(jié)構(gòu)計算方法不斷得到完善，在彈性理論成熟的同時，塑性理論、極限平衡理論也得到發(fā)展。第49頁/共71頁1.2.3現(xiàn)代土木工程

現(xiàn)代土木工程的特點是：以社會生產(chǎn)力的現(xiàn)代發(fā)展為動力，以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為背景，以現(xiàn)代工程材料為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代工藝與機具為手段高速度地向前發(fā)展。

功能要求多樣化

現(xiàn)代土木工程的特征之一，是工程設(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。城市建設(shè)立體化

隨著經(jīng)濟的發(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。交通工程快速化現(xiàn)代世界是開放的世界，人、物和信息的交流都要求更高的速度。工程設(shè)施大型化為了滿足能源、交通、環(huán)保及大眾公共活動的需要，工程設(shè)施越來越大型化。第50頁/共71頁(1)功能要求多樣化即土木工程日益同它的使用功能或生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合——公共和住宅建筑物要求建筑、結(jié)構(gòu)、給水排水、采暖、通風(fēng)、供燃?xì)?、供電等現(xiàn)代技術(shù)設(shè)備結(jié)合成整體。第51頁/共71頁蓬皮杜國家藝術(shù)和文化中心——綜合性文化建筑。建于1972~1977年。特點：建筑外觀、結(jié)構(gòu)、設(shè)備均暴露。沿街立面滿是彩色管道。第52頁/共71頁

文化中心的外部鋼架林立、管道縱橫，并且根據(jù)不同功能分別漆上紅、黃、藍(lán)、綠、白等顏色。因這座現(xiàn)代化的建筑外觀極像一座工廠，故又有“煉油廠”和“文化工廠”之稱。

“文化中心”是在1969年由法國總統(tǒng)喬治·蓬皮杜決定興建的，是一個融合造型藝術(shù)、建筑藝術(shù)、城市規(guī)劃藝術(shù)、電視電影、文學(xué)、音樂、舞蹈以及其它種種最現(xiàn)代化的表現(xiàn)手段在一起。第53頁/共71頁——發(fā)展高科技和新技術(shù)對土木工程提出高標(biāo)準(zhǔn)要求。如核反應(yīng)堆、核電站；海洋工程等。第54頁/共71頁——工業(yè)建筑物圍繞生產(chǎn)工藝在功能要求方面越來越高。并向大跨度、超重型、靈活空間方向發(fā)展。大眾汽車制造廠CKD車間第55頁/共71頁(2)城市建設(shè)立體化20世紀(jì)中葉以來，城市建設(shè)有三個趨向；——高層建筑的大量興起。由于城市人口大量積聚，密度猛增，用房緊張，地價昂貴，建筑物向空間發(fā)展。近10年來，我國、馬來西亞、新加坡等東南亞國家的高層建筑有很大發(fā)展。上海金茂大廈421m高，88層第56頁/共71頁

城市道路和鐵路很多已采用高架，城市高架公路、立交橋大量涌現(xiàn)，同時又向地層深處發(fā)展。地下鐵道與建筑物地下室連接，形成地下商業(yè)街。城市道路下面密布著電纜、給水、排水、供熱、供燃?xì)獾墓艿?，?gòu)成城市的脈絡(luò)。現(xiàn)代城市建設(shè)已經(jīng)成為一個立體的、有機的系統(tǒng)，對土木工程各個分支以及他們之間的協(xié)作提出了更高的要求。

第57頁/共71頁——城市高架公路、立交橋大量涌現(xiàn)。第58頁/共71頁

此外，小轎車進(jìn)入家庭的速度不斷加快，城市交通嚴(yán)重緊張狀況由幾個大都市向普遍的大城市發(fā)展，城市交通堵塞由局部地區(qū)和局部時間段上向大部分地區(qū)和較長時間段上發(fā)展，為人們正常出行帶來了極大的不便。大力發(fā)展城市軌道交通是國內(nèi)外解決城市交通最好的辦法和出路，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國規(guī)劃、準(zhǔn)備建設(shè)和已經(jīng)建設(shè)城市軌道交通的城市已經(jīng)有30多個，城市軌道交通具有廣闊的發(fā)展前景和建設(shè)市場。

第59頁/共71頁(3)交通工程快速化——高速公路的大規(guī)模修建。目前，全世界已有80多個國家和地區(qū)擁有高速公路，很大程度上取代了鐵路的職能，高速公路的里程數(shù)，已成為衡量一個國家現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。我國高速公路里程數(shù)已躍居世界第二位。山東的高速公路是全國第一個跨2000km以上省份第60頁/共71頁——鐵路電氣化的形成和大量發(fā)展。南昆電氣化鐵路1964年10月世界鐵路運營史第一塊高速金牌在日本誕生，時速為210km。1994年12月22日，我國第一條準(zhǔn)高速鐵路——廣深高速鐵路建成通車，時速為160km。我國第一條高速鐵路——京滬高速鐵路，全長約1300km，實施全封閉、全立交，為客運專線，設(shè)計時速為300km。第61頁/共71頁

京滬高速鐵路正線全長約1318km，實施全封閉、全立交，為客運專線，設(shè)計時速為350km，初期運營時速300公里。從工程角度來看，高速公路、高速鐵路在坡度、曲線半徑、路基質(zhì)量和精度方面都有嚴(yán)格的限制。

第62頁/共71頁第63頁/共71頁——長距離的海底隧道的出現(xiàn)。如日本越過津輕海峽連接本州（青森）與北海道（函館）的青函海底隧道長達(dá)53.85km，是世界最長的海底隧道。1990年貫通的英法海峽隧道長50.5km。我國第一條水底隧道1970年建成,2.76km。上海市打浦路越江隧道(4)工程設(shè)施大型化第64頁/共71頁廈門翔安隧道全長約9公里，其中海底隧道5.95公里，海域段4.2公里。起自廈門島五通，止于廈門市翔安區(qū)西濱，隧道最深在海平面下約70米，工程總投資約32億元人民幣。

主洞隧道建筑限界凈寬13.5米，凈高5米。翔安隧道不僅是中國大陸第一條海底隧道，也是第一條由國內(nèi)專家自行設(shè)計的海底隧道，主線設(shè)計時速為80公里。第65頁/共71頁蘇通大橋位于江蘇省東部的南通市和蘇州（常熟）市之間，全長32.4公里，是我國建橋史上工程規(guī)模最大、綜合建