土木工程發(fā)展史課件

第二章土木工程的發(fā)展簡史1.古代的土木工程（舊石器時代

—17世紀）2.近代的土木工程（17世紀—第

二次世界大戰(zhàn)前后）3.現(xiàn)代的土木工程（第二次世界

大戰(zhàn)結束后至今的土木工程）

2.1概述

土木工程的發(fā)展歷程

在中國，最著名的當數東起山海關，西至嘉峪關全長5000余公里的長城。

在西方，有建于公元前2700年到公元前2600年的埃及金字塔，其中以古王朝第四王朝法老胡夫的金字塔最大。又如希臘的帕特農神廟，古羅馬斗獸場，法國的加爾橋等。

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古代的土木工程

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古代的土木工程（萌芽時期）

甘肅省天水市秦安縣東北面的五營鄉(xiāng)邵店村大地灣遺址，是甘肅東部地區(qū)發(fā)現(xiàn)較完好的一處原始社會新石器時代古文化遺存，距今4900-8120年。

大地灣的房屋建筑遺址，不僅規(guī)模宏偉，而且結構復雜，這一房屋的規(guī)模在我國新石器時代考古學文化中可以說是獨一無二的。大地灣遺址復原房屋形式

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古代的土木工程（萌芽時期）

西安半坡村遺址（約公元前4800～前3600年）有很多圓形房屋，柱子縱橫排列，這是木骨架的雛形。

西安半坡遺址復原圖

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古代的土木工程（萌芽時期）洛陽王灣房屋遺址

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古代的土木工程（萌芽時期）

約公元前4000～前3000年洛陽王灣的仰韶文化遺址中，有一座面積約200平方米的房屋，墻下挖有基槽，槽內填卵石，這是墻基的雛形。

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古代的土木工程（形成時期）1.材料方面，開始出現(xiàn)經過燒制加工的瓦和磚；2.構造方面，形成木構架、石梁柱、券拱等結構體系；3.工程內容方面，有宮室、陵墓、廟堂，還有許多較大型的道路、橋梁、水利等工程；4.工具方面，美索不達米亞（兩河流域）和埃及在公元前3千年，中國在商代（公元前16～前11世紀），開始使用青銅制的斧、鑿、鉆、鋸、鏟等工具。

形成時期公元前3千年著名工程1.中國在公元前21世紀，傳說中大禹治水2.公元前5～前4世紀，在今河北臨漳，西門豹主持修筑引漳灌鄴工程3.公元前3世紀中葉，在今四川灌縣，李冰父子主持修建都江堰，解決圍堰、防洪、灌溉以及水陸交通問題4.東起山海關，西至嘉峪關全長5000余公里的長城

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古代的土木工程（形成時期-國內）都江堰，位于四川省都江堰市城西，是中國古代建設并使用至今的大型水利工程，被譽為“世界水利文化的鼻祖”，都江堰水利工程是由秦國蜀郡太守李冰及其子率眾于前256年左右修建的，是全世界迄今為止，年代最久、唯一留存、以無壩引水為特征的宏大水利工程。

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古代的土木工程（形成時期-國內）春秋戰(zhàn)國時期，戰(zhàn)爭頻繁，廣泛用夯土筑城防敵。

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古代的土木工程（形成時期-國內）

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古代的土木工程（形成時期-國外）著名工程1.公元前8世紀建成的亞述國王薩爾貢二世宮2.公元前2600年—公元前2500年建造的胡夫金字塔3.元前16～前4世紀在底比斯等地建造的凱爾奈克神廟建筑群4.公元前5世紀建成的雅典衛(wèi)城斯芬克斯(sphinx)獅身人面像位于埃及的開羅市西側的吉薩區(qū)，在哈扶拉金字塔的南面，距胡夫金字塔約350米。傳統(tǒng)觀點認為，獅身人面像是在4500年前由法老哈夫拉按自己的面貌所建，因為位于雕像兩爪之間的石碑上就刻著這法老的名號。獅身人面像的真正建造時間大約在7000～9000多年前。

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古代的土木工程（形成時期-國外）

凱爾奈克神廟建筑群

公元前16～前4世紀在底比斯等地建造的凱爾奈克神廟建筑群。神廟內有大小20余座神殿、134根巨型石柱、獅身公羊石像等古跡，氣勢宏偉，令人震撼。

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古代的土木工程（形成時期-國外）巴臺農神廟

公元前5世紀建成的雅典衛(wèi)城，在建筑、廟宇、柱式等方面都具有極高的水平。其中，如巴臺農神廟全用白色大理石砌筑，廟宇宏大，石質梁柱結構精美，是典型的列柱圍廊式建筑。

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古代的土木工程（形成時期-國外）

2.2

古代的土木工程（發(fā)達時期）運用標準化的配件方法加速了設計進度；用預制構件，現(xiàn)場安裝，以縮短工期；

統(tǒng)一籌劃，提高效益；改進當時的吊裝方法。發(fā)達時期古代房屋建筑中國古代房屋建筑主要采用木結構體系國外古代房屋建筑主要采用石拱結構體系

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古代的土木工程（發(fā)達時期）

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古代的土木工程（發(fā)達時期）

木結構：根據氣候和木材產地的不同情況，在漢代即分為抬梁、穿斗、井干三種不同的結構方式，其中以抬梁式為普遍。在平面上形成柱網，柱網之間可按需要砌墻和安門窗。房屋的墻壁不承擔屋頂和樓面的荷重，使墻壁有極大的靈活性。在宮殿、廟宇等高級建筑的柱上和檐枋間安裝斗栱。

徐州浮屠寺塔

佛塔的建造促進了高層木結構的發(fā)展，公元2世紀末，現(xiàn)徐州浮屠寺塔的

“上累金盤，下為重樓”，是在吸收、融合和創(chuàng)造的過程中，把具有宗教意義的印度窣堵坡豎在樓閣之上，形成樓閣式木塔。

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古代的土木工程（發(fā)達時期）山西應縣佛宮寺釋迦塔

公元11世紀建成山西應縣佛宮寺釋迦塔，塔高67.3米，八角形，底層直徑30.27米，9層的結構中有8層是用3米左右的柱子支頂重疊而成，充分做到了小材大用。

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古代的土木工程（發(fā)達時期）

磚石結構：約自公元1世紀，中國東漢時，磚石結構有所發(fā)展。自公元4世紀北魏中期，磚石結構已用于地面上的磚塔、石塔建筑以及石橋等方面。

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古代的土木工程（發(fā)達時期）

公元6世紀建于河南登封縣的嵩岳寺塔，是中國現(xiàn)存早的密檐磚塔。

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古代的土木工程（發(fā)達時期）

羅馬萬神廟(120～124年)的圓形正殿屋頂，直徑為43.43米，是古代大的圓頂廟

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古代的土木工程（發(fā)達時期）

圣索菲亞教堂（532～537年）為磚砌穹頂，外面覆蓋鉛皮，穹頂下的空間深68.6米，寬32.6米，中心高55米。

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古代的土木工程（發(fā)達時期）

8世紀在比利牛斯半島上的阿拉伯建筑，運用馬蹄形、火焰式、尖拱等拱券結構

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古代的土木工程（發(fā)達時期）

公元785～987年，白衣大食王國國王在羅馬神廟和西哥特式教堂的遺址上修建的科爾多瓦大禮拜寺，即是用兩層疊起的馬蹄券。

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古代的土木工程（發(fā)達時期）

哥特式建筑采用骨架券為拱頂的承重構件，飛券扶壁抵擋拱腳的側推力，并使用二圓心尖券和尖拱。法國巴黎圣母院（1163～1271年）是早期哥特式教堂建筑的代表。

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古代的土木工程（發(fā)達時期）

15～16世紀，標志意大利文藝復興建筑開始的佛羅倫薩教堂穹頂（1420～1470年）,是世界大的穹頂，在結構和施工技術上均達到很高的水平。

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古代的土木工程（發(fā)達時期）16世紀代表意大利建筑結構設計和施工工藝高水平的建筑是羅馬圣彼得大教堂（1506～1626年），除教堂建筑外，還有各種公共建筑、廣場建筑群，如威尼斯的圣馬可廣場等。圖2.23

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古代的土木工程（發(fā)達時期）

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近代土木工程

從17世紀中葉到20世紀中葉第一次世紀大戰(zhàn)后的三百余年被稱為“近代土木工程階段”，在這一時期，力學和結構理論，土木工程材料和施工技術等方面都有迅速的發(fā)展和重大的突破，土木工程開始逐漸形成一門獨立的學科。

理論方面《關于兩門新科學的談論和數學證明》1683力學三大定律

1687容許應力法

1852材料方面波特蘭水泥專利

1824貝賽麥轉爐煉鋼法

1859用鋼絲加固混凝土花盆

1867

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近代土木工程我國（閉關鎖國發(fā)展緩慢）

代表：京張鐵路、錢塘江大橋和上海國際飯店。西方（發(fā)展迅速）代表：1889年，法國在巴黎建造了高300m的埃菲爾鐵塔，1857年在紐約才安裝了第一臺乘人用的電梯，1883年在美國芝加哥由詹尼建造11層住宅保險大樓從17世紀中葉到20世紀中葉的300年間,是土木工程發(fā)展史中迅猛前進的階段

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近代土木工程近代土木工程時期奠基時期

17世紀—18世紀下半葉伽利略與牛頓的力學原理是近代土木工程發(fā)展的起點進步時期18世紀下半葉蒸汽機的使用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。成熟時期第一次世界大戰(zhàn)后，道路，橋梁，房屋大規(guī)模建設

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近代土木工程

17世紀到18世紀下半葉是近代科學的奠基時期，也是近代土木工程的奠基時期。盡管同土木工程有關的基礎理論已經出現(xiàn)，但就建筑物的材料和工藝看，仍屬于古代的范疇，如中國1694年建造的雍和宮、建于1204年的法國的盧浮宮、1631年至1653年建于阿格拉的印度的泰姬陵、坐落在圣彼得堡宮殿廣場上建于1754年至1762年俄國的冬宮等。

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近代土木工程1694年建造的北京雍和宮位于北京東城區(qū)，是中國漢族地區(qū)最大的藏傳佛教寺

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近代土木工程法國的盧浮宮

法國盧浮宮始建于1204年，是世界上最著名、最大的藝術寶庫之一，也是法國歷史上最悠久的王宮。這里曾經居住過50位法國國王和王后，藏品中有被譽為世界三寶的《維納斯》雕像、《蒙娜麗莎》油畫和《勝利女神》石雕像。

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近代土木工程印度的泰姬陵

1631年至1653年在阿格拉而建的印度的泰姬陵是一座白色大理石建成的巨大陵墓清真寺，是印度知名度最高的古跡之一，世界文化遺產，被評選為“世界新七大奇跡”。

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近代土木工程俄羅斯圣彼得堡宮殿廣場冬宮

建造于1754年至1762年，廣場呈橢圓形，地面用黑色小方石塊鋪砌而成，兩側由兩組半圓形大理石柱廊環(huán)抱，雄偉壯觀。

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近代土木工程1886年，美國芝加哥建成11層家庭保險公司大廈，初次按獨立框架設計，并采用鋼梁，被認為是現(xiàn)代高層建筑的開端。1883年建造的芝加哥住宅保險大樓

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近代土木工程1889法國巴黎埃菲爾鐵塔高300米，使用熟鐵8000噸

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近代土木工程1779年英國就用鑄鐵建成跨度30.5米的拱橋

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近代土木工程1826年建成的英國跨度177米的麥內懸索橋

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近代土木工程1850年R.斯蒂芬森用鍛鐵和角鋼拼接成不列顛箱管橋

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近代土木工程1890年英國福斯灣建成兩孔主跨達521米的懸臂式桁架梁橋

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近代土木工程1918年加拿大建成魁北克懸臂橋，跨度為548.6米

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近代土木工程1937年美國舊金山建成金門懸索橋，跨度1280米，全長2825米

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近代土木工程1932年澳大利亞建成悉尼港灣大橋，為雙鉸鋼拱結構，跨度503米

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近代土木工程

2.4現(xiàn)代土木工程1.現(xiàn)代土木工程的特征

現(xiàn)代土木工程3.橋梁工程2.建筑工程5.公路、鐵路和城市地下工程4.隧道工程6.水利工程7.特種結構工程

2.4.1現(xiàn)代土木工程的特征1.工程功能化現(xiàn)代土木工

程的特征3.材料輕質高強化2.城市立體化4.施工過程工業(yè)化5.理論研究精密化

現(xiàn)代土木工程為了適應不同工業(yè)的發(fā)展，有的工程規(guī)模極為宏大，如大型水壩混凝土用量達數千萬立方米，大型高爐的基礎也達數千立方米；有的則要求十分精密，如電子工業(yè)和精密儀器工業(yè)要求能防微振?，F(xiàn)代公用建筑和住宅建筑不再僅僅是傳統(tǒng)意義上徒具四壁的房屋，而要求同采暖、通風、給水、排水、供電、供燃氣等種種現(xiàn)代技術設備結成一體。

2.4.1現(xiàn)代土木工程的特征工程功能化

隨著經濟的發(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。

2.4.1現(xiàn)代土木工程的特征2.城市立體化

現(xiàn)代土木工程的材料進一步輕質化和高強化。工程用鋼的發(fā)展趨勢是采用低合金鋼。中國從60年代起普遍推廣了錳硅系列和其他系列的低合金鋼，大大節(jié)約了鋼材用量并改善了結構性能。高強鋼絲、鋼絞線和粗鋼筋的大量生產，使預應力混凝土結構在橋梁、房屋等工程中得以推廣。

2.4.1現(xiàn)代土木工程的特征3.材料輕質高強化

預制裝配化的潮流在50年代后席卷了以建筑工程為代表的許多土木工程領域。這種標準化在中國社會主義建設中，起了積極作用。此外，鋼制大型模板、大型吊裝設備與混凝土自動化攪拌樓、混凝土攪拌輸送車、輸送泵等相結合，形成了一套現(xiàn)場機械化施工工藝。

2.4.1現(xiàn)代土木工程的特征4.施工過程工業(yè)化

現(xiàn)代科學信息傳遞速度大大加快，一些新理論與方法，如計算力學、結構動力學、動態(tài)規(guī)劃法、網絡理論、隨機過程論、濾波理論等的成果，隨著計算機的普及而滲進了土木工程領域。

2.4.1現(xiàn)代土木工程的特征5.理論研究精密化19世紀中葉鋼材及混凝土在土木工程中的開始使用，20世紀20年代后期預應力混凝土的制造成功，這使建造摩天大樓、大跨度建筑和跨海峽1000m以上的大橋成為可能。高層建筑成了現(xiàn)代化城市的象征。

2.4.2建筑工程希爾斯大廈

1974年建成，高443米，地上110層，地下3層。在這些正方形的范圍內都不另設支柱，整個大廈平面隨層數增加而分段收縮。

2.4.2建筑工程

1973年建成的世界貿易中心是位于美國紐約曼哈頓島西南端的一個建筑群，

由2座110層并立的塔式摩天樓與1座8層、2座9層、1座22層、1座47層的大樓組成。在2001年9.11恐怖襲擊中摧毀。

2.4.2建筑工程

哈利法塔始建于2004年，當地時間2010年1月4日建成，是位于阿拉伯聯(lián)合酋長國迪拜的一棟有162層，總高828米的摩天大樓，為當前世界第一高樓與人工構造物，造價達15億美元；2010年1月4日竣工啟用，同時正式更名為哈利法塔。

2.4.2建筑工程建成于2016年的上海中心大廈，位于上海浦東的陸家嘴功能區(qū)，占地3萬多平方米。主體建筑結構高度為580米，總高度632米，由地上118層主樓、5層裙樓和5層地下室組成，總建筑面積57.6萬平方米，總重量約80萬噸。

2.4.2建筑工程

二十一世紀以來，隨奧運會和世界杯足球賽等，世界各國修建了大量大型體育和文化工程，從1976年蒙特利爾奧運會開始，體育建筑發(fā)展迎來了一個新時代。1976年蒙特利爾奧運會主賽場

2.4.2建筑工程鳥巢

2.4.2建筑工程

1998年日本的東線明石海峽懸索大橋建成，大橋跨度為1990m，是目前世界跨度最大的懸索橋。

2.4.2橋梁工程

我國建造的世界跨徑第一的斜拉橋——蘇通長江公路大橋工程項目，

2010年10月竣工驗收，創(chuàng)造了最大主跨、最深塔基、最高橋塔、最長拉索4項“世界紀錄”。

2.4.2橋梁工程

世界上最大跨度的拱橋是我國重慶的朝天門長江大橋，跨度為552m，跨度第二的是上海的盧浦大橋，跨度為550m。

于2009年4月29日建成通車。

2.4.2橋梁工程港珠澳大橋

2.4.2橋梁工程

隧道是修建在地下或水下或者在山體中，鋪設鐵路或修筑公路供機動車輛通行的建筑物。根據其所在位置可分為山嶺隧道、水下隧道和城市隧道三大類。

2.4.2隧道工程

日本穿越津輕海峽連接本州（青森）與北海道（館）的海底鐵路隧道。全長53.85公里，是世界上最長隧道。建成于1988年3月。

2.4.2隧道工程青函海底隧道照片

2.4.2隧道工程

2.4.2隧道工程

英吉利海峽隧道是一條把英國英倫三島連接往歐洲法國的鐵路隧道。于1994年5月6日開通，它由三條長51km的平行隧洞組成，總長度153km，其中海底段的隧洞長度為3×38km，是世界第二長的海底隧道及海底段世界最長的鐵路隧道。我國最長的公路隧道是秦嶺終南山公路隧道全長18．02公里，雙洞總長36．04公里。2007年1月20日正式通車。秦嶺終南山公路隧道

2.4.2隧道工程

到

2015年全國公路通車總里程457.73萬公里，全國等級公路里程404.63萬公里，其中，二級及以上公路里程57.49萬公里，全國高速公路里程12.35萬公里，是解放初期的58倍。

到2016年底，全國鐵路營業(yè)里程達12.4萬公里，其中高速鐵路2.2萬公里以上，是50年代初的6倍多。

2.4.2公路、鐵路和城市地下工程

隨著城市建設的飛速發(fā)展，城市人口越來越集中，發(fā)達國家地下工程的開發(fā)重要集中在二十世紀，1863年1月10日，世界上第一條地鐵――倫敦地鐵運行。發(fā)達國家同時建設了配套的城市地下管廊，擁有大量地下商業(yè)、生活服務和防空系統(tǒng)。

2.4.2公路、鐵路和城市地下工程世界上第一條地鐵――倫敦地鐵運行

2.4.2公路、鐵路和城市地下工程地下綜合管廊工程

我國地下管廊建設起步較晚，也就是近幾年的事情，但是發(fā)展速度更快，地下綜合管廊建設，需要社會資本的巨大投入。

2.4.2公路、鐵路和城市地下工程塔吉克斯坦Nurek大壩

努列克水壩位于塔吉克斯坦共和國境內瓦赫什河中游的普列剎峽谷處，心墻土石壩，最大壩高300m，水庫總庫容105億m3。1961年開工興建，1972年開始發(fā)電，1980年建成。

2.4.6水利工程三峽水利樞紐

三峽工程是當今世界最大的水利樞紐工程。它的許多指標都突破了世界水利工程的記三峽水電站1992年獲得中國全國人民代表大會批準建設，1994年正式動工興建，2003年六月一日下午開始蓄水發(fā)電，于2009年全部完工錄。

2.4.6水利工程

南水北調工程”是中華人民共和國的戰(zhàn)略性工程。是指把長江流域水資源自其上游、中游、下游，結合中國疆土地域特點，分東、中、西三線抽調部分送至華北與淮海平原和西北地區(qū)水資源短缺地區(qū)。工程規(guī)劃區(qū)涉及人口4.38億人，調水規(guī)模448億立方米。

2.4.6水利工程南水北調中線水渠照片

2.4.6水利工程

塔高達646.38米，在塔身距地347米的高空暸望廳可遠眺120公里范圍以內的景物。波蘭華爾扎那電視塔

2.4.7特種結構工程

東京晴空塔，是位于日本東京都墨田區(qū)的電波塔，于2011年11月17日獲得吉尼斯世界紀錄認證為“世界第一高塔”，成為全世界最高的自立式電波塔

。也是目前世界第二高的建筑物，僅次于迪拜的哈利法塔（828米）。

2.4.7特種結構工程

東方明珠于1991年7月興建，1995年5月投入使用，矗立于浦東新區(qū)陸家嘴的浦東公園內，高468米，為亞洲最高，世界第三。其設計寓有“大珠小珠落玉盤”的優(yōu)美含義。

2.4.7特種結構工程

建成于2010年的廣州塔整個塔身是鏤空的鋼結構框架，24根鋼柱自下而上呈逆時針扭轉，每一個構件截面都在變化。

2.4.7特種結構工程

2.5土木工程的未來未來高空地下節(jié)能太空低丘緩坡沙漠智能化新材料防災減災海洋

2.5土木工程的未來2.5.1向高空延伸

現(xiàn)在人工建筑物最高的為828m的阿聯(lián)酋迪拜的哈利法塔，是一個168層的建筑。日本擬在東京建造800.7m高的千年塔，中國擬在上海附近的人工島上建造一棟高1250m的仿生大廈，居民可達10萬。印度也提出將投資50億建造超級摩天大樓，其地上共202層，高達710m。

2.5土木工程的未來2.5.2向地下發(fā)展

通過地下空間開發(fā)，整合城市交通樞紐、商業(yè)設施、開放空間、公園綠地等城市要素，形成地上地下一體化、復合化的新型城市公共空間，1991年在東京召開的城市地下空間國際學術會議通過了《東方宣言》，提出了"21世紀是人類開發(fā)利用地下空間的世紀"。

2.5土木工程的未來2.5.3向海洋發(fā)展

阿拉伯聯(lián)合酋長國首都迪拜的七星大酒店也建在海上，洪都拉斯將建海上城市型游船，該船將長804.5m，寬228.6m，有28層樓高。近些年來，我國在這方面也已取得可喜的成績，如上海南匯灘圍墾成功和崇明東灘圍墾成功，最近又在建設黃浦江外灘的拓岸工程，在沿海海洋灘涂吹填和島礁吹填也取得了很好的發(fā)展，為保證我國海洋安全奠定了一定的基礎。

2.4土木工程的未來2.5.4向沙漠進軍

全世界約有1/3陸地為沙漠，每年約有600萬公頃的耕地被侵蝕，這將影響上億人口的生活。世界未來學會對下世紀初世界十大工程設想之一是將西亞和非洲的沙漠改造成綠洲。

面對中國的版圖我們不難發(fā)現(xiàn)，中國未來的生存空間、資源優(yōu)勢和新的增長點只能是向西北發(fā)展。

2.4土木工程的未來2.5.5向太空邁進

由于近代天文學宇航事業(yè)的飛速發(fā)展和人類登月的成功實現(xiàn)，美國政府已決定在月球上建造月球基地，并通過這個基地進行登陸火星的行動。

美籍華裔林銅柱博士1985年發(fā)現(xiàn)建造混凝土所需的材料月球上都有，因此可以在月球上制作鋼筋混凝土配件裝配空間站。

2.5土木工程的未來2.5.6向低丘緩坡未利用地獲取建設用地和良田