土木工程概論

廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院土木工程系主講人：胡華第一講:土木工程的歷史、現(xiàn)狀和未來

一、土木工程的理解二、古代的土木工程三、近代的土木工程四、現(xiàn)代的土木工程五、土木工程的未來

一、“土木工程”理解1.土木工程的內(nèi)涵1）中國古代哲學(xué)五行學(xué)說：世界萬物由“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、陶瓷等；“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，故以此作為工程建設(shè)的代名詞。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“大興土木”成為工程建設(shè)的代名詞。2）一般觀點采用工程材料，如土、石、磚、木、混凝土、塑料和各種金屬等材料，修建房屋、道路、鐵路、橋涵、隧洞、河流、港口、特種工程和市政衛(wèi)生工程等的生產(chǎn)活動和工程技術(shù)。

3）國務(wù)院學(xué)位委員會學(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)備和所進行的勘測設(shè)計、施工、建材、工程保養(yǎng)與維修等相應(yīng)的工程技術(shù)。98年學(xué)科調(diào)整為“大土木工程專業(yè)”：將建筑工程、交通土建工程、礦山建設(shè)工程、城鎮(zhèn)建設(shè)（部分）、工業(yè)設(shè)備安裝工程、飯店工程、涉外建筑等工程合并而成。一級學(xué)科下設(shè)：結(jié)構(gòu)工程、巖土工程、防災(zāi)減災(zāi)及防護工程、道路與橋梁、隧道與地下工程工程、市政工程教學(xué)研究方向。1998年7月大土木框架土木工程專業(yè)建筑工程交通土建工程礦井建設(shè)城鎮(zhèn)建設(shè)工業(yè)設(shè)備安裝工程涉外建筑工程其它工程專業(yè)現(xiàn)在4）現(xiàn)實需求與國家發(fā)展的重要性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、進行農(nóng)田灌溉、城市排水供水等。間接關(guān)系：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等有關(guān)，如制造汽車、輪船也好，紡紗、織布、制衣也好，乃至生產(chǎn)鋼鐵、發(fā)射人造衛(wèi)星、開展科學(xué)研究活動都離不開建造各類建筑物、構(gòu)筑物和修建各種工程設(shè)施。國家基礎(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）經(jīng)濟拉動和刺激作用：房地產(chǎn)市場波動、4萬億擴大內(nèi)需（大部分用于工程建設(shè)）2.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

1964年6月16日日本新瀉7.5級地震

二、古代土木工程（17世紀(jì)中葉以前）1）基本理論依據(jù)：無，依靠實踐經(jīng)驗。2）基本設(shè)備工具：簡單，斧、錘、刀、鏟、石夯等。3）建筑材料：取之于自然，石塊、草、土坯等，公園前1000年開始燒制磚。4）西方宏偉建筑：磚石結(jié)構(gòu)，如埃及金字塔、希臘的帕特農(nóng)神廟、古羅馬斗獸場、土爾其伊斯坦布爾的索菲亞大教徒等。5）中國宏偉建筑：木與磚墻結(jié)構(gòu)，如山西應(yīng)縣木塔（67.3m）、北京故宮、天壇、萬里長城（東起山海關(guān)，西至嘉峪關(guān)，5000多公里）、河北趙州橋、四川都江堰水利工程、京—杭大運河、帝王將相的廟宇樓臺、深宮大院等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)山西應(yīng)縣木塔埃及金字塔山西佛光寺祖師塔埃及的金字塔

埃及的金字塔建于公元前2700至前2600年。其中以胡夫金字塔為最大。埃及的金字塔是神權(quán)和王權(quán)的結(jié)合。它和我國的萬里長城，印度尼西亞的婆羅浮屠，柬埔寨的吳哥古跡并稱為東方的四大奇跡。

都江堰

約公元前256-前251年(戰(zhàn)國時期)始建于秦末年的四川都江堰大型引水樞紐，是歷史上最大的無壩引水工程。此工程以灌溉為主，兼有防洪、水運、供水等多種效益，一直沿用至今。其規(guī)模之大，規(guī)劃之周密，技術(shù)之合理，均為前所未有。

我國的京杭大運河北起北京，南到杭州，縱貫北京、天津二市，流經(jīng)河北、山東、江蘇、浙江四省，溝通海河、黃河、淮河、長江、錢塘江五大水系,全長1,794千米，是世界最長的人工河。長度居世界第三的蘇伊士運河，只有它的1／10。長城：中華歷史與文明的象征長城是我國古代勞動人民勤勞和智慧的結(jié)晶，代表了我國燦爛的古代文明。至今仍是聞名世界的旅游勝地。但是由于日益增多的旅客使得長城的保護成為越來越嚴(yán)重的問題西藏布達拉宮

布達拉宮建在西藏自治區(qū)首府拉薩市西部的布達拉山上，布達拉宮是一座政治和宗教合一的建筑。它建于公元7世紀(jì)。達賴五世先后花了50年的時間重建這座宮殿，也是我們現(xiàn)在看到的布達拉宮。布達拉宮是一座色彩對比十分強烈的建筑。在高原凜冽、清新的空氣和藍天的襯托下，確實有一種令人震撼的力量。這使得布達拉宮在建筑藝術(shù)上成為世界屋脊的奇寶。歷史上為何建布達拉宮？趙州橋

公元590-608年間建造在河北省洨河上保存至今的隋代敞肩式單孔圓弧弓形石拱橋，即趙州橋。該橋全長50.82米，橋面寬約10米，跨度37.02米，采用28條并列的石條砌成拱圈形成。拱圈矢高7.32米。拱上設(shè)有四個小拱，既能減輕橋身自重，又便于排洪，且更顯美觀。該橋無論在材料使用、結(jié)構(gòu)受力、藝術(shù)造型和經(jīng)濟上都達到極高成就，是世界上最早的敞肩式拱橋，早于歐洲同類橋約1000年.590～608年，李春故宮是明清兩朝皇帝的宮殿，也是北京城中最宏偉的建筑群。它起建于明永樂五年，明成祖完成這一宏偉的工程，連續(xù)干了14年。故宮建筑群是我國古代建筑的代表作，也是古代建筑中最偉大，最完整的精品。從這個建筑群中可以看出中國古代建筑中的許多表現(xiàn)手法和特點。

巴黎圣母院

巴黎圣母院建于公元1163年至1250年，是西歐代表性的教堂建筑，采用了磚石拱圈結(jié)構(gòu)。巴黎圣母院是一座宗教與世俗生活相混合的建筑，因為在中世紀(jì)的歐洲，宗教已發(fā)展到了鼎盛的時期，人們被一種濃郁的宗教氣氛所籠罩，迫切希望與神接近。巴黎圣母院就建于這樣的歷史時期。典型古代石結(jié)構(gòu)遺址古希臘帕特農(nóng)神廟古羅馬斗獸場外景古羅馬斗獸場內(nèi)景吳哥古跡包括吳哥城和吳哥寺，共有大小建筑600多座，散落在方圓45平方公里的叢林中。這是公元15世紀(jì)時高棉王國的都城。莊嚴(yán)典雅的古代建筑，石刻，浮雕，記錄著高棉人祖先的文明和智慧?，F(xiàn)存的吳哥古跡中已看不到宮殿和房屋，只有石造的廟宇，寺廟，寶塔，所以吳哥古跡帶有濃厚的文明和智慧古巴比倫古城遺址位于今伊拉克首都巴格達以南約90公里處，幼發(fā)拉底河右岸，是世界著名古城遺址和人類文明的發(fā)祥地之一?？罩谢▓@：巴比倫和米底2國聯(lián)合攻打亞述帝國，巴比倫的太子娶和米底的公主為妻，加強聯(lián)盟，以示友好。公主難忍巴比倫的烈日和風(fēng)沙，生了思鄉(xiāng)病。于是國王命令按王后的家鄉(xiāng)景物造空中花園。支撐花園的圓柱高達75英尺。凡爾賽宮：座落在巴黎西南18公里的凡爾塞鎮(zhèn)，是人類建筑藝術(shù)寶庫中的一顆璀璨的明珠。凡爾賽宮建于路易十四時期，1661年動工，1689年全部竣工，至今已有300多年的歷史。當(dāng)初是供王室居住的，如今為博物館。凡爾賽宮的外表給人以宏偉，壯觀的感覺，它的內(nèi)部設(shè)計和裝潢更富于藝術(shù)魅力。

三、近代土木工程

時間跨度從17世紀(jì)中葉至20世紀(jì)中葉的300年間.1）近代土木工程的主要特征（1）有力學(xué)和結(jié)構(gòu)理論作指導(dǎo)；（2）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；（3）施工技術(shù)進步很大，建造規(guī)模日益擴大，建造速度大大加快。2）近代土木工程經(jīng)典案例：

1825年英國人史蒂文生制造的“運動一號”蒸汽機車，在斯托克頓至達林頓間開始營業(yè)，從此世界第一條鐵路正式誕生。1883年美國在芝加哥建造第一座依照現(xiàn)代鋼框架結(jié)構(gòu)原理建造起來的11層高層建筑是芝加哥家庭保險公司大廈。是世界上最先用鐵框架（部分鋼梁）承受全部大樓里的重力，外墻僅為自承重墻的高層建筑。1889年法國在巴黎建成的高300米的埃菲爾鐵塔，使用鋼約8000噸，它是近代鋼高層建筑結(jié)構(gòu)萌芽。芝加哥家庭保險公司大廈

芝加哥家庭保險公司大廈建于1883－1885年，共10層，高55米，是世界上第一幢按現(xiàn)代鋼框架結(jié)構(gòu)原理建造的高層建筑，開摩天大樓建造之先河。

艾菲爾鐵塔（1889年，高300m，18000余個構(gòu)件，250萬個鈕釘，8500t）金門大橋，1280m，橋頭塔高277m帝國大廈（紐約，378m，第五）錢塘江大橋（茅以升，1937年，通車89天，53年重建）京張鐵路（詹天佑，1909年建，200km，下面是八達嶺隧道）巴拿馬運河連接太平洋和大西洋

蘇伊士運河四、現(xiàn)代土木工程20世紀(jì)中葉第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后至今的土木工程1）現(xiàn)代土木工程的特征土木工程功能化

城市建設(shè)立體化

交通運輸高速化

水利工程大型化2）現(xiàn)代土木工程的發(fā)展趨勢

建筑材料的輕質(zhì)、高強化

施工過程的工業(yè)、裝配化

設(shè)計理論的精確、科學(xué)化

1）現(xiàn)代土木工程的特征（1）

土木工程功能化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)、供燃氣、供電等現(xiàn)代技術(shù)設(shè)備結(jié)合成整體。

工業(yè)建筑物往往要求恒溫、恒濕、防微振、防腐蝕、防輻射、防火、防爆、防磁、防塵、防高（低）溫、耐高（低）濕，并向大跨度、超重型、靈活空間方向發(fā)展。

發(fā)展高技術(shù)和新技術(shù)對土木工程提出高標(biāo)準(zhǔn)要求。如發(fā)展核工業(yè)需要建造安全度極高的核反應(yīng)堆和核電站；研究微觀世界需要建造技術(shù)要求極高的加速度工程；發(fā)展海洋采、煉、貯油事業(yè)要求建造多功能的海洋工程，如海上鉆井平臺、海上煉油廠、海底油庫等（2）

城市建設(shè)立體化城市建設(shè)立體化的三個趨勢：（A）高層建筑的大量興起（B）地下工程的高速發(fā)展（C）城市高架公路、立交橋大量出現(xiàn)

（A）高層建筑的大量興起：

由于不少國家城市人口大量聚集，密度猛增，造成城市用房緊張、地價昂貴，因此就迫使建筑物向空中發(fā)展，不少國家的高層建筑物幾乎占整個城市建筑面積的30-40%。美國的高層建筑數(shù)量最多，高度在160-200米的建筑就有100多棟。近十年來，中國、馬來西亞、新加坡、韓國的高層建筑有了很大的發(fā)展。目前，世界最高的建筑為452米的馬來西亞的石油雙塔大廈，中國最高的是上海的金茂大廈。自1885年美國興建第一幢高層建筑－－芝加哥家庭保險公司大樓（11層，55米）以來，高層建筑的發(fā)展是很快的。1931年建成的紐約帝國大廈（102層，381米），保持世界最高建筑的記錄達41年之久。1972年建造的兩幢世界貿(mào)易中心大廈（110層，417米，415米），打破了帝國大廈高度的記錄。1974年美國又建成了芝加哥西爾斯大廈（110層，443米），它的高度保持世界最高水平達22年。1996年馬來西亞雙塔石油大廈（452米）建成，成為至今為此的世界最高建筑。1998年建成的金茂大廈（88層，420.5米）為中國的最高建筑。金茂大廈（上海）

（B）地下工程的高速發(fā)展：如地下鐵路、地下商場、地下停車場、地下體