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土木工程概论第一章绪论张怡绪论内容摘要本章主要介绍了土木工程的概念、属性和特点，土木工程的发展历史。要求熟悉土木工程的概念和特点，了解土木工程的发展史以及现代土木工程的特点绪论目录第一节土木工程及级土木工程专业第二节土木工程的重要性第三节土木工程的基本属性第四节土木工程的发展简史绪论第一节土木工程及土木工程专业第一节土木工程及土木工程专业一、土木工程的概念土木工程（CivilEngineering）是建造各类工程设施的科学技术的统称。中国国务院学位委员会在学科简介中定义：◆所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修等技术活动。◆工程建设的对象。建造在地上或地下、陆地或水中、直接或间接为人类生活、生产、军事、科学研究服务的各种工程设施。各类工程设施是指建筑、道路、铁路、运输管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、给排水及防护工程等。建筑工程道路工程水利工程第一节土木工程及土木工程专业桥梁工程港口工程给排水工程运输管道隧道工程防护工程第一节土木工程及土木工程专业任何一项工程设施都要受到自然界和人为的作用第一节土木工程及土木工程专业土木工程是一种工程分科，指用石材、砖、钢材、木材、建筑塑料、铝合金等建筑材料修建房屋、铁路、道路、桥梁、隧道、堤坝、港口等工程的生产活动和工程技术。土木工程也是一种学科，称为土木工程学，是指运用数学、物理、化学等基础科学知识，运用力学、材料等技术科学知识，以及土木工程方面的工程技术知识来研究、设计、修建各种建筑物和构筑物的一门学科。第一节土木工程及土木工程专业二、土木工程专业的设置我国的建筑业和土木工程的教育、研究受前苏联教育体制和思想的影响，长期以来高等教育存在着学科专业设置过于狭窄的现象。土木工程专业被划分为桥梁与隧道工程、铁道工程、公路与城市道路工程、水利水电建筑工程、港口与海湾建筑工程、工业与民用建筑工程、环境工程、矿山建筑工程等十多个面很小的专业。第一节土木工程及土木工程专业1998年教育部颁布了新的本科专业目录，土木工程专业又重新划拨：矿井建设、建筑工程、城镇建设（部分）、交通土建工程、工业设备安装过程、饭店工程、涉外建筑工程、土木工程等八个专业合并而成。使得我国的土木工程专业正式规范于“大土木”的框架。第一节土木工程及土木工程专业在美国，一般是在土木与环境工程系或土木工程系下设专业方向。例如加州大学伯克利分校土木与环境工程系包括施工、环境、岩土、结构、结构力学、结构材料、交通工程等方向。在我国土木工程就是包括建筑工程、公路桥梁、水利工程等的“大土木”。在西欧等国也大多采用这种“大土木”的专业体制。在日本一般设置有建筑学科和土木学科，房屋建筑物以外的工程称为土木工程。建筑学科包括结构、规划、环境与设备、施工与材料方向。第一节土木工程及土木工程专业三、土木工程需要解决的问题•人类生存的需要（空间、通道、环境等）—目的•抵抗自然灾害、人为破坏—存在原因•充分发挥材料的作用—物质基础•土木工程施工与组织管理—最终归宿第一节土木工程及土木工程专业考核要求考查课：出勤30%+作业30%+论文40%结合本课程的基本内容、本人的学习体会和兴趣，就某一专题撰写一篇小论文，字数约2500－3000字。要求写作认真，语句通顺；观点鲜明，论据充分。论文选题鼓励多样化，反对千篇一律；强调个人的独特见解，杜绝抄袭行为；鼓励针对具体事物展开深入探讨，反对内容空洞、泛泛而谈。论文属于科技论文范畴，而不是中学语文中的作文，强调论文的学术价值。第一节土木工程及土木工程专业对国民经济建设和人民生活具有重要影响，人类的一切活动都离不开土木工程。工业、农业、交通、通讯、教育等各项事业，都离不开土木工程。诸如工厂、矿井、铁路、公路、桥梁、商店、住宅、医院、学校、农田水利等工程建设，统称基本建设，都是土木工程的“用武之地”。第二节土木工程的重要性第二节土木工程的重要性土木工程是一门不断发展的学科，土木工程的进步不仅为人类生产、生活提供了最基本的物质保障，而且大大地推进了相关科学和技术的进步。社会向土木工程不断提出新的需求，推动了土木工程的发展。土木工程虽古老，但领域在扩大，要求知识更新、各学科渗透。土木工程又是一门复杂的综合性学科，对它的需求客观上推动了力学、材料科学、地质学、测量学、经济学、社会学、机械设备、测量仪器、施工技术等众多科学和技术学科的发展。第二节土木工程的重要性土木工程是国民经济发展的关键和重要标志。（1）1983年-1988年，南京市竣工1000万m2的住宅，平均面积5.38m2-7.7m2/人；北京市1988年竣工住宅600万m2，列世界城市之冠；（2）辽宁沈阳、江苏仪征、上海金山等化纤基地的建成，基本解决了穿衣问题；（3）鞍钢、武钢、包钢、攀枝花、马鞍山、宝钢等钢铁公司的建设，使钢产量由解放初的15.8万吨提高到1.2亿吨，跃居世界第一；（4）大庆、胜利、华北、辽河、中原、大港等油田相继投产，解决了石油短缺的问题；第二节土木工程的重要性（5）三峡、葛州坝等百万千瓦以上水电站，开源清河、镇江谏壁等热电厂均达100万千瓦以上，大大缓解了工业用电；（6）四川、泸州、吉林、栖霞山、安庆、南京化学公司等解决了国内合成氨、尿素、浓硝酸、硫酸、烧碱等化工原料；（7）长春一汽、十堰二汽、洛阳拖拉机总厂，解决了国内载重汽车的需求；（8）长江上架起武汉、南京长江大桥，黄河上有济南、郑州铁路桥，现在有武汉二桥、九江大桥，江阴大桥；（9）三门峡、青铜峡、江都水利枢纽、长江三峡等，基本解决了大的水患。第二节土木工程的重要性土木工程建设是百年大计。1994年12月13日，广东省东莞市一幢八层楼房刚建好还未装修就跨了，共有8人死亡、3人受伤，属“未经批准、违章施工”的私人建筑；1994年12月8日，德阳市一幢正在装修的七层大楼于8日中午坍塌，20多名民工被埋在废墟里，造成17人死亡、10人受伤的严重后果。该大楼主体工程经有关质检部门验收后曾评定为“优良工程”，德阳市建筑公司的“样板大楼”;1994年10月2日，广东省天湖铁索桥断裂，200多人跌落湖中，38人溺水身亡、10人受伤，直接经济损失430多万元。经查系“在不具备设计资质的情况下，未经批准，工程师唐之忠自行设计，亲自监督”，“判刑5年”；第二节土木工程的重要性1995年12月3日，武汉市一幢新建的18层商品住宅楼在结构封顶，进入粉刷阶段时，突然倾斜，重心偏差1.442m，由于楼体沉降倾斜速度超过纠偏速度，于“鲁班奖”授奖仪式当天26日实施控爆，直接经济损失1000多万元；1995年6月3日，韩国三丰百货大楼倒塌，九个月前，圣水大桥垮蹋，死亡32人。产生质量事故的原因：设计、施工、使用等多方面。第二节土木工程的重要性土木工程直接与人们的“衣、食、住、行”密切相关，是一门古老的学科，但是它伴随着其他相关领域学科的发展、经济建设和社会进步的需要不断深化，不断拓展。第二节土木工程的重要性第三节土木工程的基本属性•社会性随社会不同历史时期的科学技术和管理水平而发展•综合性综合应用多种工程技术，进行勘测、设计和施工的成果•实践性影响因素多、复杂，对实践依赖性强•技术、经济和艺术的统一性。第三节土木工程的基本属性第四节土木工程的发展简史第四节土木工程的发展简史经历古代、近代和现代三个历史时期：古代－从新石器时代（公元前5000年）至17世纪中叶；近代－从17世纪中叶至20世纪中叶的300年间；现代－从20世纪中叶第二次世界大战结束至今。土木工程发展简史第四节土木工程的发展简史古代土木工程（新石器时代-17世纪）萌芽时期使用石斧、石刀、石锛、石凿等简单的工具，采用的材料取自当地的天然材料，如茅草、竹、芦苇、树枝、树皮和树叶、砾石、泥土等。发明煅烧加工技术后，开始使用红烧土、白灰粉、土坯等，并逐渐懂得使用草筋泥、混合土等复合材料。模仿天然掩蔽物建造居住场所。初期建造的住所仅有“窟穴”和“橧巢”两种类型。中国发现的新石器时代遗址超过7000处，遍布全国。其中最早的是河南新郑裴李岗和河北武安磁山的两处，距今已有7000-8000年。特点：采用天然材料和简单工具建房、筑路、挖渠、造桥，土木工程从无到有。代表性工程：半坡遗址（约公元前4800-前3600年，中国）大河村遗址（中国）一、古代土木工程（新石器时代-17世纪）一、古代土木工程（新石器时代-17世纪）半坡遗址距今6000余年，中国西安新石器时代仰韶文化的一个类型。遗址东西最宽处近200米，南北最长为300多米，总面积约5万平方米，分为居住、陶窑和墓葬三个区。居住区周围有宽、深各5-6米的壕住堑环绕。筑或圆或方，房之间散置许多贮藏窖穴。住房建筑环绕一个广场布置，中央偏东，有一座面向广场的大房子，属方形半地穴式建筑。新石器时代遗址，有跨距达5-6米、联排6-7间的房屋，底层架空，属于干栏式建筑形式。构件之结点主要是绑扎结合，但个别建筑已使用榫卯结合。这种榫卯结合的方法代代相传，延续到后世，为以木结构为主流的中国古建筑开创了先河。余姚河姆渡遗址约公元前5000-前3300中国浙江一、古代土木工程（新石器时代-17世纪）索尔兹伯里平原环状列石公元前2500-1500年，英国威尔特郡欧洲巨石文化遗址，保存最完整的环状列石，为原始社会晚期出现的纪念性巨石建筑。布局直径约32米，石杆高5米余，当中有五座门状的石塔。据测，石杆与石门的排列及间距同每年主要节令日中太阳与月亮起落时所投的阴影有关。一、古代土木工程（新石器时代-17世纪）形成时期大约自公元前3000年，在材料方面，开始出现经过烧制加工的瓦和砖；在构造方面，形成木构架、石梁柱、券拱等结构体系；在工程内容方面，有宫室、陵墓、庙堂，还有较大型的道路、桥梁、水利等工程。特点：铁质工具逐步推广，使用简单的施工机械，出现经验总结及形象描述的土木工程著作，如公元前5世纪成书的《考工记》。在一些国家或地区已形成早期的土木工程。代表性工程：都江堰（公元前3世纪中叶，中国）长城（春秋战国时期开始修筑，中国）金字塔（公元前27世纪－前26世纪，古埃及）雅典卫城（公元前5世纪，古希腊）一、古代土木工程（新石器时代-17世纪）一、古代土木工程（新石器时代-17世纪）埃及金字塔公元前27-前26世纪纪念性建筑。包括胡夫金字塔、哈夫拉金字塔、孟卡拉金字塔和大斯芬克斯像，以及西、南两面长方台式墓与多座小型金字塔。三座大金字塔都用淡黄色石灰石砌筑，外贴一层磨光的白色石灰石。塔身是精确的正方锥形，彼此平面位置沿对角线相接。胡夫金字塔高146.4米，底边长230.6米，由北侧离地面14.5米处的入口经长甬道可达上、中、下三个墓室一、古代土木工程（新石器时代-17世纪）长城：始建于公元前7世纪中国古代规模最宏大的防御工程。春秋时楚国最早筑长城长数百里，称“方城”，在今河南方城县。战国时齐、魏、燕、赵、秦等国也相继兴筑。秦始皇以过去秦、赵、燕三国的北方长城为基础，修缮增筑，形成西起临洮，东至辽东的万里长城。明代对长城进行了大规模的修缮和增筑。明长城东起鸭绿江，西达嘉峪关，全长约4700里。都江堰：约公元前256年-前251年中国著名古代综合性大型水利工程。位于四川省灌县岷江中游。战国时期蜀郡守李冰父子主持兴建。都江堰枢纽工程由分水导流工程、溢流排沙工程和引水口工程组成。一、古代土木工程（新石器时代-17世纪）万神庙：120-124年罗马穹顶技术的最高代表。平面为圆形，上覆古代世界最大的穹顶，穹顶直径43.3米，顶部矢高43.3米，中央开一个直径8.92米的圆洞。基础、墙和穹顶都用火山灰水泥制成的混凝土浇注。基础底宽7.3米，墙和穹顶底部厚6米，穹顶顶部厚1.5米。穹顶内表面作凹格以减轻重量，共5排，每排28个。墙上除大门外有7个凹室，也能起减少施工量的作用。墙里和穹顶里都有砖券，结构作用不明显，可能出于施工需要。发达时期道路、桥梁、水利、排水等工程日益增加，大规模营建宫殿、寺庙等。专业分工日益细致，技术日益精湛，从设计到施工已有一套成熟的经验。特点：对土木工程的认识深化，出现了众多的优秀工匠和技术人才，编写出许多优秀的土