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9五十一頁土木工程概論課程(kchng)的任務 土木工程的內涵 中國古代哲學五行學說：世界萬物由“金、木、水、火、土”組成 工程建設材料主要是土和木；“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“大興土木”成為工程建設的代名詞。共五十一頁土木工程是一種與人們的衣、食、住、行關系密切?！白　?建造各種類型的建筑物；“行”建造鐵路、道路、橋梁

2、工程 ；“食”必須打井取水、興修水利、進行農田灌溉、城市排水供水等。國家(guji)基礎設施建設與發(fā)展需求：道路鐵路交通、水利電力、能源與資源、城市建設等。（三峽工程、西藏鐵路、南水北調、西電東送、地鐵工程、隧道工程等）共五十一頁 土木工程需要(xyo)解決的問題 為人類活動需要（既有物質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； 抵御自然災害或人為作用力。前者如地震、風災、水災等作用，后者如工程振動、人為破壞等； 充分發(fā)揮材料的作用。因為材料問題是建造土木工程的根本條件； 通過有效的

3、技術途徑和組織手段，利用各個時期社會能夠提供的物質設備條件，“好、快、省”地組織人力、財力、物力，把社會所需要的工程設施建造成功，付諸使用。共五十一頁為解決(jiju)以上四個方面的問題需要進行的土木工程活動包括兩個方面： 技術方面：勘察、測量、設計、施工、監(jiān)理等； 管理方面：制訂政策和法規(guī)、企業(yè)管理、項目管理、施工組織、物業(yè)管理等。共五十一頁國務院學位委員會學科(xuk)定義是建造各類工程設施的科學技術的總稱，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、設備和所進行的相應的工程技術。共五十一頁 土木工程是指建造(jinzo)各類工程設施的科學、技術和工程的總

4、稱。 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生活、生產活動有關的各類工程設施；建筑工程道路工程共五十一頁鐵路(til)工程橋梁工程隧道(sudo)工程共五十一頁 土木工程另一層含義是指為了建造工程設施應用材料、工程設備在土地上所進行的勘察、設計(shj)、施工等工程技術活動。共五十一頁 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)境與工程減災防災：如臺風、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害作用的能力。共五十一頁

5、 土木工程概論課程任務圍繞土木工程專業(yè)學習的核心：各種類型的土木工程設施的規(guī)劃、勘測、設計、施工、管理和維修；作為土木工程專業(yè)學習的入門，對以上核心內容作一簡要介紹。 課程結業(yè)(ji y)方式課程結業(yè)方式采用閉卷考試。結業(yè)成績評定采用考試成績和平時成績（均為百分制）加權確定，考試成績和平時成績分別占70%和30%。共五十一頁土木工程發(fā)展歷史簡述土木工程的未來土木工程的學習(xux)建議第一章 緒 論共五十一頁 古代(gdi)土木工程古代(gdi)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世紀中葉。 （1）所用的材料，最早為當?shù)氐奶烊徊牧?；?）所用的工具 ，最早只是石斧

6、、石刀等簡單工具，后來發(fā)展了斧、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； （3）建造主要依靠工程經驗，缺乏設計理論的指導。土木工程發(fā)展歷史簡述土木工程發(fā)展經歷了古代、近代和現(xiàn)代三個階段。共五十一頁 山西(shn x)應縣木塔（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，是我國保存至今的唯一木塔，也是現(xiàn)存的最高的木結構之一。它雖經多次大地震仍完整無損，足以證明我國歷史上木結構的輝煌成就。共五十一頁北京故宮太和殿。建于明永樂18年，（1420年）是故宮(ggng)最壯觀的建筑，也是我國現(xiàn)存最大的木構殿堂。共五十一頁 長城

7、 我國歷史上偉大工程之一。始建于公元前75世紀(shj)間的春秋、戰(zhàn)國時代。 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(chodi)都進行過修筑、擴建。其中以明代修筑規(guī)模最大，工程技術水平也最高。通常稱的明長城為東起山海關，西止嘉峪關。共五十一頁 趙州橋隋代趙州安濟橋，又稱趙州橋。橋為敞肩圓弧石拱，拱券并列道，凈跨.米，矢高.米，上狹下寬總寬米。主拱券等厚.米，主拱券上有護拱石。在主拱券上兩側，各開兩個凈跨分別為.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。共五十一頁建于公元前27002600年，其中以古王國第四王朝(wngcho)法老胡夫的金字塔最大。塔基呈方形，邊長約230.5m,高約146m，用230余萬塊巨石砌成。共五十一頁 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 巴黎圣母院建于 1163- 1

9、250年，是法國早期哥特建筑的典型。平面寬約47m，長約125m，可容近萬人。圣壇上部的尖塔高達90m。 正面(zhngmin)是一對高60余米的塔樓，下部有三個尖卷門洞。共五十一頁 近代(jndi)土木工程 近代土木工程的時間跨度為從17世紀(shj)中葉至20世紀中葉的300年間。主要特征是： 力學和結構理論作指導 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應力砼得到發(fā)展。 施工技術進步很大共五十一頁建筑工程 芝加哥保險公司大樓1883-85年， 10層，高55m，鐵框架 巴黎艾菲爾鐵塔 1887-89年 ，320.7m 紐約帝國大廈 1929-31年，102層，高

10、381m，鋼框架 共五十一頁美國舊金山金門大橋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。錢塘江大橋1934-37年，茅以升主持建造，下層鐵路橋長1322.1m，上層公路橋長1453m 橋梁工程共五十一頁 該歷史時期，土木工程在理論(lln)、材料、施工領域出現(xiàn)的具有重大意義大事有：意大利科學家伽利略在1638年出版的著作關于兩門新科學的

11、談話和數(shù)學證明中論述了建筑材料的力學性質和梁的強度，首先用公式表達了梁的設計理論。英國科學家牛頓在1687年總結了力學三大定律，它們是土木工程設計理論的基礎。瑞士數(shù)學家歐拉在1744年出版的曲線的變分法建立了柱的壓屈理論，為分析(fnx)土木工程結構物的穩(wěn)定問題奠定了基礎。共五十一頁1825年納維建立了土木工程(tm gngchng)中結構設計的容許應力法；19世紀末里特爾等人提出了極限平衡的概念。這為土木工程的結構理論分析打下了基礎。1824年英國人阿斯普丁取得了波特蘭水泥的專利權，1850年開始生產。20世紀初，有人發(fā)表了水灰比等學說，才初步奠定了混凝土強度的理論基礎。1859年發(fā)明了貝塞

12、麥轉爐煉鋼法，使鋼材得以大量生產，并廣泛應用于土木工程。 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，這是應用鋼筋砼的開端。1875年，他主持建造了第一座長16m的鋼筋砼橋。共五十一頁土木工程(tm gngchng)在鐵路、公路、橋梁建設中得到了大規(guī)模發(fā)展； 1825年在英國人斯蒂芬森在英格蘭北部(bi b)斯托克頓和達靈頓之間修筑了世界第一條長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 （3）現(xiàn)代土木工程 從第二次世界大戰(zhàn)結束到目前。 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的

13、要求 城市建設立體化 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 ； 機場建設的規(guī)模和速度前所未有 共五十一頁 一些典型的工程實例(shl) 建筑工程 高層建筑 臺北101大廈2004年，101層，高508m 上海環(huán)球金融中心 2008年，101層，高492m 共五十一頁上海金茂大廈 1999年，88層，高421m 香港國際金融中心 2003年，88層，高415m 吉隆坡石油雙塔1996年，95層，高452m 共五十一頁深圳信興廣場大廈1996年，69層，高384m 廣州中信廣場1996年，80層，高391m共五十一頁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 橋梁工程日本明石海峽大橋1998年，主跨1991m，世界第一中國潤揚長江大橋 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(yn u)的恒伯爾橋，主跨1410m，世界第四江陰長江大橋，主跨1385m，世界第五，1999年 香港青馬大橋，主跨1377m，世界第六，1997年 共五十一頁四川萬縣長江混凝

15、土拱橋,拱跨420m；1997年 上海盧浦大橋鋼拱橋全長3900m拱跨達550m 2003年共五十一頁 隧道工程 1）山區(qū)隧道 目前世界上最長的是挪威的山嶺隧道，全長25.8km； 中國(zhn u)西康線秦嶺隧道，長達18.457km；中國京廣線大瑤山隧道，全長14.295km；青藏鐵路風火山隧道，全長1338m，海拔4904m2）海峽隧道 3）越江隧道 上海復興東路隧道內景共五十一頁 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3035m，壩高 185m，總裝機容量為1

16、820萬kW 。共五十一頁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 我國的道路(dol)工程共五十一頁 核電站及海洋工程 秦山核電站我國的一座海洋采油平臺共五十一頁 土木工程的功能化、城市建設的立體化、交通運輸?shù)母咚倩厝皇沟脴嫵赏聊竟こ痰娜齻€要素：材料、施工(sh gng)、理論出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢：建筑材料的輕質高強化 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。抗壓強度由 2040Mpa 提高到60100Mpa。一批輕質高強材料如鋁合金、建筑塑料、玻璃鋼也得到迅速發(fā)展；同時(tngsh)也要重視環(huán)

17、保節(jié)能材料的研究和發(fā)展。共五十一頁施工過程(guchng)中的工業(yè)化、裝配化現(xiàn)代化砼攪拌站共五十一頁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160000立方米之巨。為確保連續(xù)泵送并達到(d do)385米這樣一個高度，采用六臺超高壓混凝土泵及六根分離式布料桿灌注混凝土。共五十一頁設計(shj)理論的精確化、科學化 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；由單個到系統(tǒng)的綜合整體分析；由靜態(tài)到動態(tài)分析；由經驗定值分析到隨機分析；由數(shù)值分析到模擬實驗分析；由人工手算、人工做比較方案、人工制圖到計算機輔助設計、計算機優(yōu)化設計、計算機制圖等。 土木工

18、程學的學科理論如可靠性理論、土力學和巖體力學理論、結構抗震理論、動態(tài)規(guī)劃理論、網絡理論將得到迅速發(fā)展。共五十一頁土木工程專業(yè)及學習(xux)建議 土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標 培養(yǎng)適應社會主義現(xiàn)代化建設需要、德智體全面發(fā)展、掌握土木工程學科的基本理論和基本知識、獲得土木工程工程師基本訓練、具有(jyu)創(chuàng)新精神的高級工程科學技術人才，畢業(yè)后能從事土木工程設計、施工與管理工作，具有初步的工程規(guī)劃與研究開發(fā)的能力。 共五十一頁具體要求（1）知識要求 基本理論 基礎理論主要包括高等數(shù)學、物理和化學； 應用理論包括工程力學(理論力學，材料力學)、結構力學、流體力學(水力學)、土力學與工程地質學等。 土木工程

19、的專業(yè)知識與技術 包括土木工程結構(如鋼結構、木結構、混凝土結構、砌體結構等)的設計理論和方法(fngf)、土木工程施工技術與組織管理、房屋建筑學、工程經濟、建設法規(guī)、土木工程材料、基礎工程、結構檢驗、土木工程抗震設計等。 共五十一頁具體要求（1）知識要求 相關知識：給水排水、供暖通風、電工(dingng)電子、工程機械等 技能或工具：工程制圖、工程測量、材料試驗與結構試驗、外語及計算機在土木工程中的應用等。（2）能力培養(yǎng)的要求 自學能力 綜合解決問題的能力 創(chuàng)新能力 協(xié)調、管理能力 共五十一頁土木工程(tm gngchng)專業(yè)的教學形式與學習建議 課堂教學 實驗教學 設計訓練 設計是綜合運

20、用所學知識，提出自己的設想和技術方案，并以工程圖及說明書來表達自己的設計意圖，在根本上培養(yǎng)學生自主學習、自主解決問題的能力。 施工實習共五十一頁就業(yè)范圍 建設單位(房地產公司)（1）提出使用(shyng)要求，編制設計任務書；（2）確定土地使用范圍；（3）保證落實建設資金；（4）通過招標發(fā)包，選擇設計、施工單位。 勘察單位（北京勘察設計院）（1）勘察測量房屋所在地段的地質和地形；（2）提供地質(含水文)資料、地形圖；（3）提出對房屋結構基礎設計的建議；（4）提出對不良地基的處理意見。共五十一頁 設計單位（設計院） 施工單位（1）施工組織設計和施工現(xiàn)場布置；（2）確定施工技術方案和選用施工設備；（3）建筑材料的購置、檢驗和使用，熟練技工和勞動力的組織；（4）確保工程質量和工期進度。 工程建設監(jiān)理公司 工程建設質量、進度、資金等方面的監(jiān)督， 房屋造價咨詢公司 建設項目的可行性評估，概算(i sun)和預算編寫。 國家公務員 研究生共五十一頁