土木工程概論1 緒論

1、土木工程(tm gngchng)概論主講人：馬艷梅2015年9五十一頁(yè)土木工程概論課程(kchng)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(mioy)、皇家園林。故成語(yǔ)“大興土木”成為工程建設(shè)的代名詞。共五十一頁(yè)土木工程是一種與人們的衣、食、住、行關(guān)系密切?！白　?建造各種類(lèi)型的建筑物；“行”建造鐵路、道路、橋梁

2、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(guji)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）共五十一頁(yè) 土木工程需要(xyo)解決的問(wèn)題 為人類(lèi)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)(bioxin)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

3、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。共五十一頁(yè)為解決(jiju)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。共五十一頁(yè)國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)學(xué)科(xuk)定義是建造各類(lèi)工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的總稱(chēng)，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)。共五十一頁(yè) 土木工程是指建造(jinzo)各類(lèi)工程設(shè)施的科學(xué)、技術(shù)和工程的總

4、稱(chēng)。 土木工程的含義可從兩方面(fngmin)去理解： 一層含義是指與人類(lèi)生活、生產(chǎn)活動(dòng)有關(guān)的各類(lèi)工程設(shè)施；建筑工程道路工程共五十一頁(yè)鐵路(til)工程橋梁工程隧道(sudo)工程共五十一頁(yè) 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)(shj)、施工等工程技術(shù)活動(dòng)。共五十一頁(yè) 土木工程涉及行業(yè)范圍 土木工程的范圍非常廣泛(gungfn)：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(lèi)土木工程都必須具備抵御上述各種災(zāi)害作用的能力。共五十一頁(yè)

5、 土木工程概論課程任務(wù)圍繞土木工程專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的核心：各種類(lèi)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(zhuān)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)(ji y)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%。共五十一頁(yè)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)(xux)建議第一章 緒 論共五十一頁(yè) 古代(gdi)土木工程古代(gdi)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

6、、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。共五十一頁(yè) 山西(shn x)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。共五十一頁(yè)北京故宮太和殿。建于明永樂(lè)18年，（1420年）是故宮(ggng)最壯觀的建筑，也是我國(guó)現(xiàn)存最大的木構(gòu)殿堂。共五十一頁(yè) 長(zhǎng)城

7、 我國(guó)歷史上偉大工程之一。始建于公元前75世紀(jì)(shj)間的春秋、戰(zhàn)國(guó)時(shí)代。 最早修筑長(zhǎng)城的是楚國(guó)，稱(chēng)為“方城”。公元前214年，由秦始皇擴(kuò)建完成。隨后，各朝代(chodi)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(chēng)的明長(zhǎng)城為東起山海關(guān)，西止嘉峪關(guān)。共五十一頁(yè) 趙州橋隋代趙州安濟(jì)橋，又稱(chēng)趙州橋。橋?yàn)槌鐖A弧石拱，拱券并列道，凈跨.米，矢高.米，上狹下寬總寬米。主拱券等厚.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.米和.米的小拱，以瀉泄洪水，減輕(jinqng)自重。橋面呈弧形，。橋始建于隋開(kāi)皇十五年(公元年），完工于隋大業(yè)元年(公元年），距今已有40

8、6年。共五十一頁(yè)四川都江堰大型引水樞紐，建于公元前256 -251年，是世界歷史(lsh)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。共五十一頁(yè)建于公元前27002600年，其中以古王國(guó)第四王朝(wngcho)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。共五十一頁(yè) 公元532537年間建造(jinzo)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710m）上。共五十一頁(yè) 巴黎圣母院建于 1163- 1

9、250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(zhngmin)是一對(duì)高60余米的塔樓，下部有三個(gè)尖卷門(mén)洞。共五十一頁(yè) 近代(jndi)土木工程 近代土木工程的時(shí)間跨度為從17世紀(jì)(shj)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)步很大共五十一頁(yè)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

10、381m，鋼框架 共五十一頁(yè)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 橋梁工程共五十一頁(yè) 該歷史時(shí)期，土木工程在理論(lln)、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

11、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(fnx)土木工程結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)。共五十一頁(yè)1825年納維建立了土木工程(tm gngchng)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(zhuān)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

12、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。共五十一頁(yè)土木工程(tm gngchng)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(bi b)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。共五十一頁(yè) （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

13、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(gngchng)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 共五十一頁(yè) 一些典型的工程實(shí)例(shl) 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 共五十一頁(yè)上海金茂大廈 1999年，88層，高421m 香港國(guó)際金融中心 2003年，88層，高415m 吉隆坡石油雙塔1996年，95層，高452m 共五十一頁(yè)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共五十一頁(yè)加拿大多倫多電視塔高5

14、49m，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(tin jn)電視塔，高406m，居第五位；北京電視塔，高380m，居第六位。 共五十一頁(yè) 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)(yn u)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 共五十一頁(yè)四川萬(wàn)縣長(zhǎng)江混凝

15、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年共五十一頁(yè) 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)(zhn u)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)景共五十一頁(yè) 水利工程(shulgngchng) 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1

16、820萬(wàn)kW 。共五十一頁(yè)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(chē)上海磁懸浮列車(chē)2003年 我國(guó)的道路(dol)工程共五十一頁(yè) 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)共五十一頁(yè) 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(sh gng)、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 2040Mpa 提高到60100Mpa。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)(tngsh)也要重視環(huán)

17、保節(jié)能材料的研究和發(fā)展。共五十一頁(yè)施工過(guò)程(guchng)中的工業(yè)化、裝配化現(xiàn)代化砼攪拌站共五十一頁(yè)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(d do)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。共五十一頁(yè)設(shè)計(jì)(shj)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(pngmin)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

18、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。共五十一頁(yè)土木工程專(zhuān)業(yè)及學(xué)習(xí)(xux)建議 土木工程專(zhuān)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(jyu)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。 共五十一頁(yè)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

19、的專(zhuān)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(fngf)、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。 共五十一頁(yè)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(dingng)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 共五十一頁(yè)土木工程(tm gngchng)專(zhuān)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)

20、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)共五十一頁(yè)就業(yè)范圍 建設(shè)單位(房地產(chǎn)公司)（1）提出使用(shyng)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；（2）提供地質(zhì)(含水文)資料、地形圖；（3）提出對(duì)房屋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的建議；（4）提出對(duì)不良地基的處理意見(jiàn)。共五十一頁(yè) 設(shè)計(jì)單位（設(shè)計(jì)院） 施工單位（1）施工組織設(shè)計(jì)和施工現(xiàn)場(chǎng)布置；（2）確定施工技術(shù)方案和選用施工設(shè)備；（3）建筑材料的購(gòu)置、檢驗(yàn)和使用，熟練技工和勞動(dòng)力的組織；（4）確保工程質(zhì)量和工期進(jìn)度。 工程建設(shè)監(jiān)理公司 工程建設(shè)質(zhì)量、進(jìn)度、資金等方面的監(jiān)督， 房屋造價(jià)咨詢(xún)公司 建設(shè)項(xiàng)目的可行性評(píng)估，概算(i sun)和預(yù)算編寫(xiě)。 國(guó)家公務(wù)員 研究生共五十一頁(yè)