1、本文檔的有關內容參見7-11本文檔的有關內容參見7-11土木工程概論上海大學：姚文娟 2022年10月12日土木工程概論土木工程概論講授要義本課程為土木工程專業本科學習的引領 本課程為土木工程后續專業課程之綱本課程為土木工程各專業課程連接之紐帶土木工程概論講授要義本課程為土木工程專業本科學習的引領一、收集資料資料應反映經典案例 （反映時代印記、反映結構特點）一、收集資料資料應反映經典案例意大利比薩斜塔 塔高 54.5 m，1173 年開工興建，因伽利略在此實驗萬有引力定律而久負盛名，1987 年已列被入世界文化遺產目錄。 斜塔可近似看作由砌體形成的筒中筒結構，整體性好，剛度大，故斜而不倒。上世

2、紀末已對塔基進行了全面加固。意大利比薩斜塔 在巨型桁架平面內還設置若干吊桿，將樓層荷載通過巨型桁架斜桿傳給角柱。使角柱承擔幾乎全部重力荷載，增強了巨型桁架的抗傾覆能力。地面以上 70 層，樓高 315 m ( 層頂天線高 367.4 m ) 香港中國銀行大廈巨型桁架 充分體現了巨型桁架體系的結構優越性，建筑上形成多棱形晶體的獨特造型 在巨型桁架平面內還設置若干吊桿，將樓層荷載通過巨型桁 建筑方案由著名美藉華人建筑師貝聿銘先生構思設計。大樓內的主體結構為八榀巨型桁架，其中四榀沿房屋正方形平面的周邊布置，另四榀沿對角線方向布置。平面 52 m52 m，四角為型鋼立柱，底部最大截面尺寸為 4.8 m

3、4.1m，直接深入基礎，向上逐漸減小截面。 建筑方案由著名美藉華人建筑師貝聿銘先生構思設資料應反映最新進展蘇通大橋（2008年通車）跨徑為1088米，是當今世界跨徑最大的斜拉橋資料應反映最新進展蘇通大橋（2008年通車）資料應反映新的發展理念 深水港位于杭州灣口，長江口外的浙江省嵊泗列島，由大小洋山數十個島嶼組成的海域。是中國首個在海島建設的港口。2020年，洋山港集裝箱深水泊位50多個，設計年吞吐能力1500萬標準箱以上；通過跨海大橋與上海交通運輸網絡連接港口前沿水深17.5。結構形式為高樁碼頭。資料應反映新的發展理念 深水港位于杭州灣口，長江口外的浙江洋山深水港一期工程洋山深水港一期工程土

4、木工程-概論-課件新的發展理念 新型結構 新興問題 前沿研究向深海發展 軟土很厚，填海造路 高回填土超長樁-豎向及水平力、負摩阻力高回填土下的非剛性擋土墻 深水航道、海口（河口）建水工結構嵌入式的薄殼結構使學生在初年級學習階段就了解本學科的一些前沿研究新的發展理念 新型結構 新興問題 前沿研究向深海二、如何組織教學有不同的講法可以這樣講，也可以那樣講按章節順序傳統、知識全面、平淡 （ 如講稿 建筑工程）案例引領法直觀、感性（詳見六、案例） 不論如何講，教學思想不變二、如何組織教學有不同的講法可以這樣講，也可以那樣講三、如何把握課程內容1、常規的課程內容建筑工程-基本構件、單層與多層建筑、高層與

5、超高層建筑、 結構設計的基本理論與方法港口工程-港口分類、港口規劃與布置、碼頭建筑、防波堤、護岸建筑水利水電工程-農田水利工程、水電工程、防洪工程、水利（綜合）樞紐橋梁工程-橋梁的分類、橋梁工程的總體規劃和設計要點、橋梁的結構形式、橋墩與橋臺、橋梁技術的發展方向基礎工程-工程地質勘查、淺基礎、深基礎、不均勻沉降問題、地基處理三、如何把握課程內容1、常規的課程內容建筑工程-基本構件2、在常規內容基礎上，有側重面，有主有次（）視各學校土木專業的設置情況如上海大學為建筑工程為主2、在常規內容基礎上，有側重面，有主有次（）視各學校土木專（）畢業后在哪些部門工作（工作性質）， 以后的職業生涯、定向 如成

6、為工程師、科研工作者、教師等（）畢業后在哪些部門工作（工作性質），、注意廣度和深度的關系注意講基本概念、宏觀的、擴展知識。比如：只講構件的形式與特點，而不能講構件的詳細計算；只講建筑的結構類型應用范圍與特性，而不能講結構的詳細受力分析易犯的錯誤深、注意廣度和深度的關系比如：只講構件的形式與特點，而不能講四、如何講授、注意學生的特點（剛進校）（）對專業的未知與茫然 介紹專業，注意講一些經典的、現代的標志性工程，引入專業興趣 三峽大壩位于湖北省宜昌市三斗坪中堡島，是當今世界上最大的水利樞紐工程。 阿聯酋迪拜塔預計完工時間為2009年12月20日，2009年1月達到其最終設計高度818m四、如何講授

7、、注意學生的特點（剛進校） 三峽 都江堰水利工程由魚嘴分水堤、飛沙堰溢洪道、寶瓶口引水口三大主體工程和百丈堤、人字堤等附屬工程構成。科學地解決了江水自動分流、自動排沙、控制進水流量等問題。魚嘴是修建在江心的分水堤壩，把洶涌的岷江分隔成外江和內江，外江排洪，內江引水灌溉。飛沙堰起瀉洪、排沙和調節水量的作用。 都江堰水利工程由魚嘴分水堤、飛沙堰溢洪道、寶瓶口引水口上海環球金融中心高492米，101層都江堰上海環球金融中心都江堰2、利用土木專業的優勢建筑物無處不在逐漸引入專業如建筑工程進入基本構件2、利用土木專業的優勢建筑物無處不在3、注意本課程的教學目的以及與后續課程的聯系 盡量把本學科四年要學的

8、基礎、專業基礎及專業課程乃至畢業設計等知識全部融入，使學生對本專業從認識清楚到熱愛，并知道后續課程在本專業中的相關作用、意義。（詳見六案例教學）3、注意本課程的教學目的以及與后續課程的聯系 盡量把本4、注意大土木各專業之間的交叉大土木各個專業方向之間的相同點、連貫關系與不同點特別是不同的難點、特點相同均基于力學基礎不同工程背景、目的、功能不同-導致工程問題及思考方向不同-解決的方法手段不同各有特點將水工結構的手段用到建筑上交叉思維-新方法由此引出一些培養創新思維的學習要點4、注意大土木各專業之間的交叉大土木各個專業方向之間的相同點水利工程與建筑工程的不同不像建筑工程中的桿件（規則結構），而一般

9、為大體積、大跨度及厚板式的不規則結構）如水電站、水閘有閘門、要擋水、進水等長期在水中工作承受循環（變化水位，底板易開裂、變形，影響閘門的工作止水等等（如案例2-出海閘）首先是總平面布置問題難河道中的水沙平衡問題建壩后的沖淤問題其次才是結構問題水利工程與建筑工程的不同不像建筑工程中的桿件（規則結構），而一、樞紐建筑物擋水-水位差-勢能-動能-發電 1. 擋水建筑物-壩、水閘 2.電站 上游進水建筑-取水口-將水引入，引水道進口。上游 引水 -把水引入水輪機，以及下游的尾水建筑。 平水建筑 -電站負荷變化時，平衡引水建筑物中的壓力以及流速的變 化 ，如有壓引水道中的調壓室。 廠房-發電、變電、配電

10、建筑。 3.泄水建筑-泄水閘、溢洪道、溢流隧洞、泄水孔。 4.排沙建筑-沖沙閘、導沙壩。 5.過水建筑-船閘、船塢。 水利（綜合）樞紐以發電為主，水庫可蓄水、調洪、灌溉、兼顧通航水利（綜合）樞紐以發電為主，水庫可蓄水、調洪、灌溉、兼顧通航 二、設計思路： 第一步，選址（擋水線所在地） 滿足設計水位，流量，額定電站發電量。 主流鮮明，不易變更，貯變規律明確。 兩岸較高、土質堅硬（便于兩岸與壩的聯接）。 河床下面地質條件（承載力，滲水性）。 兩岸的拆遷。 第二步，水文計算 第三步，在擋水線布局各類建筑物（總平面布置）。 1.主體壩或當水閘-根據泄洪能力定。 泄洪寬足夠-既建水閘又建壩，電站不過水

11、泄洪寬度不夠，全建水閘，可考慮電站溢流或泄水 2.考慮各壩、水閘電站在平面上的布置-根據河勢規律 3.根據河勢及平面布置要求，考慮是否設排沙建筑 4.船閘的布置，進出船的水流條件及吃水深度等 第四步，輸水、消能計算及結構計算 第五步，結構計算設計水利（綜合）樞紐 二、設計思路：水利（綜合）樞紐 實例-長江三峽水利樞紐 壩址所在為微彎型，左岸為凹岸 泄水閘位于主流（深弘區）-保證洪水期水的流暢。 二江電站位于泄水閘左側，大江電站位于泄水閘的右側。 電站應布置于深水區（取水好）但不能位于主流區（廠房阻水）。 在二江電站旁有一淺壩，利用它做開關站，并利用此壩堤做2 號船閘的上下游引航道。 由于三江是

12、小支流， 建4號壩（洪水期溢流可保持水量）。 2號船閘及3號船閘分別建于壩的兩側，及均一側靠岸- -船閘必須一側靠岸建，進出船的水流平穩。沖沙閘設在壩 保證三江建壩后的不淤積。(12) 1號船閘布于右岸，為主要的、通行量大的船閘。 沖沙閘設于1號船閘右岸 枯水期不通航，沖沙。 避免凸 岸（從整河勢看）可能的淤積，保證船閘通航水深。另：按原河勢微彎規律，設有 防淤堤：縮小過水面，提高流速并把水流導向凹岸主流區， -按原河勢設置長堤（彎） 對三江形成了小的主流區，又兼 船閘的上游引航道。 實例-長江三峽水利樞紐 壩址所在為微彎型，長江三峽水利樞紐工程混凝土重力大壩，壩后式水電站長江三峽水利樞紐工程

13、土木工程-概論-課件船閘船閘 規模確定-水文學（高低水位），水能源利用、電的需求 壩址設計、總平面設計-流體力學、河流動力學、模型實 驗、工程地質學、水文氣象水工建筑物-化為力學模型-專業課 各類荷載計算-專業課（工作機理、擔負的 荷載）結構可度 各種力學（理力、結力、彈力） 高等數學、編程序（語言軟件學習） 截面設計（承載力、抗裂）-混泥土結構學 鋼閘門，結構計算-水力學、鋼結構 金屬運轉件-鋼結構 -運行軌道的精確-水和結構的振動-動力學 機械振動與水工結構的交叉水利工程所涉及的基礎及專業知識總結 規模確定-水文學（高低水位），水能源利用、碼頭按結構形式可分為重力式、板樁式、高樁式和混合式

14、 。重力式：靠自重穩定因此要求地基較好。T:何謂穩定、T:地基較好、港口工程與建筑工程的不同波浪力、動水、有水的沖刷、淘基礎的問題、側土壓力、水下施工、穩定問題碼頭按結構形式可分為重力式、港口工程與建筑工程的不同板樁式板樁式：為了減少地基應力，靠打入土中的板樁來擋土，為了抵抗土壓，上部用拉桿拉住，拉桿力傳給后面的錨碇結構。適用于墻高不大（10m以下） 拉力太大錨碇不夠板樁式板樁式：為了減少地基應力，靠打入土中的板樁來擋土，為了高樁式碼頭主要由上部結構和樁基兩部分組成。上部結構把樁基連成整體，承受水平和垂直力，并把它們傳給樁基，樁基將上部力傳給地基。適用于前沿水深較大的（大型）軟土地基碼頭，其結

15、構豎向高度大。對重力式，不僅重量大而且土壓力大，則要求斷面很大，工程量很大，地基承載力不夠。高樁（透空）式不擋土，而且對地基要求不高。高樁式碼頭主要由上部結構和樁基兩部分組成。混合式 1高樁、板樁混合結構高樁碼頭上部設帽梁，前段護坡， 后段用板樁加拉桿、錨碇。混合式 1高樁、板樁混合結構高樁碼頭上部設帽梁，前段護坡混合式 2下部為懸臂式的擋土墻，上部為拉桿、錨碇的混合式。幫助抵抗水平土壓力混合式 2下部為懸臂式的擋土墻，上部為拉桿、錨碇的混合式。幫斜坡式防波堤直立式防波堤 防波堤的斷面型式斜坡式防波堤直立式防波堤 防波堤的斷面型式 直接護岸建筑波浪拍擊護岸墻波浪在墻面回卷入海護岸墻斷面圖護坡和

16、護岸墻的混合結構 直接護岸建筑波浪拍擊護岸墻波浪在墻面回卷入海護岸墻斷面圖護 間接護岸建筑潛堤促淤丁堤的結構形式 間接護岸建筑潛堤促淤丁堤的結構形式五、如何激發學生的學習積極性、創新思維能力1、注意與前沿動態相聯系五、如何激發學生的學習積極性、創新思維能力1、注意與前沿動態土木工程的發展大跨度、高聳建筑物 大型、大跨度的橋梁 大河、大海上的大跨度、高水頭的水工建筑 大型的地下工程 高科技的計算理論、研究分析、設計方法的出現促進材料的發展土木工程的發展大跨度、高聳建筑物 大型、大跨度的橋梁 大河、使結構的內力、變形計算更準確、 內力分布更均勻、合理結構尺寸、外形更小、輕巧結構的自重減小 ，外形美

17、觀、更經濟適用要求輕質高強度的材料聚合材料復合材料高科技的計算理論、分析方法材料的發展土木工程與力學的結合土木工程與材料學科的結合要求與結構受力相匹配的材料自密實、高強度混凝土等使結構的內力、變形計算更準確、 內力分布更均勻、合理結構尺寸特大跨懸索橋世界最長的：日本的明石海峽大橋主跨 1 990 m越來越向大跨度輕質結構發展特大跨懸索橋越來越向大跨度輕質結構發展 橋梁屬于具有不規則形狀的鈍體結構，不象飛機機翼那樣有著良好的氣劫特性斷面；其次橋梁是近地建筑，所經受的是近地紊流風，有復雜的地形地貌效應以及攻角和偏角效應；再者鈍體空氣動力學(研究氣體與鈍體結構的相互作用)本身還是一個有待深入研究的領

18、域。所以，橋梁的抗風設計是土木工程與流體力學的交叉新學科，是對應用空氣動力學的一個挑戰，有待于研究的領域。 新的大跨度結構體系帶來新問題 -橋梁的風振問題 橋梁屬于具有不規則形狀的鈍體結構，不象飛機機翼那樣有三峽大壩（巖基）大位于三峽西陵峽內的宜昌市夷陵區三斗坪，是世界最大的混凝土重力壩,壩頂總長3035米，壩頂高程185米 壩體擋止水 巖裂隙-滲流裂隙巖基中滲流場與變形場的耦合作用及其對結構工作性態的影響 裂隙巖體的滲流場分布是與裂隙導水通道滲透系數有關的；滲流場的分布是與隙寬有關的；裂隙的寬度與巖體的變形場有關，而變形場又與滲透壓力有關，這樣反反復復的影響就構成了裂隙巖體滲流場與變形場的非

19、線性耦合作用。耦合作用的效應十分顯著，并可能導致壩體，水閘工作性態的惡化。該問題仍是巖體工程和水利工程界研究的難點和熱點。 三峽大壩（巖基）裂隙巖基中滲流場與變形場的耦合 裂隙2、通過案例（特別是失敗的工程）反面教學，誘發思維美國塔科馬大橋倒塌視頻大橋為主跨853米的懸索橋，享有世界單跨橋之王的稱號。1940年11月7日上午10點，風速達到到每小時64公里，大橋發生顫振破壞，掉入海中。2、通過案例（特別是失敗的工程）美國塔科馬大橋倒塌視頻大橋為如：工程問題出在什么地方基本概念問題 宏觀分析問題能力知識的重要性。另一方面：科學有時在失敗中前進。學習中要不怕失敗在問題中尋找解決的方法反思-不斷地改

20、進發展如：工程問題出在什么地方基本概念問題 宏觀分析問題能比薩斜塔比薩斜塔之所以會傾斜，是由于比薩斜塔下由幾層不同材質的土層，各種軟質粉土的沉淀物和非常軟的粘土相間形成，而在深約一米的地方則是地下水層。比薩斜塔比薩斜塔之所以會傾斜，是由于比薩斜塔下由幾層不同材質3、引入學生對所處的環境的點滴，結合專業知識的體察、觀察事物，對其提為什么、思考。觀察生活的家庭、鄰里， 墻體為什么開裂？墻面為什么會剝落？其建筑為什么局部破壞？如家庭裝修哪些墻能敲掉？混凝土中的沙子為什么 要粗細搭配？飯堂中、門診部為什么會 經常人碰人？3、引入學生對所處的環境的點滴，結合專業知識的體察、觀察事物紐約世界貿易中心的倒塌

21、 （柱子的長細比 、穩定問題）4、用問題引發學生的思考 進行課內互動、討論紐約世界貿易中心的倒塌4、用問題引發學生的思考 進行課內洪水退后，潰堤問題草袋堤岸洪水退后，潰堤問題草袋堤岸洪水退后，潰堤問題 堤岸潰塌區 草袋重量變為不利載荷洪水退后，潰堤問題 堤岸潰塌區 草袋重量變為不利載荷若干力學問題、定性分析基礎F - 洪水形成的合力F F=F, 洪水決口堵住了九江大堤決口：如何應用專業知識解決實際工程問題若干力學問題、定性分析基礎F - 洪水形成的合力F F=Fa）利用網絡資源，發揮學生的主觀能動性b）課后看書：第XX章c）網上精品課程：有關內容和網絡課程的有關章節d) 完成： 周邊高架、道路

22、規劃之我見。學生宿舍的結構受力如何傳遞？就你所在的現代結構的橋梁或高層建筑、大跨度建筑進行結構及類型的分析。我國建造三峽大壩的意義何在？從科學發展觀的視角，談我國的防洪搶險工作的展開。水電、火電、核電的利弊分析與比較。水力發電在我國電力工業中的地位和發展前景。碼頭結構與建筑結構的不同？為什么說港口是一個國家對外經濟發展的核心搜集資料，撰寫“全球化中的中國港口業”小論文（字數：3000字）搜集資料，撰寫“全球化中的超高層建筑”小論文（字數：3000字）、通過課外的思考a）利用網絡資源，發揮學生的主觀能動性、通過課外的思考六、案例選擇一個好的案例 一定是要能派生出很多問題，聯系很多知識點1、從正面

23、入手把四年所學到的知識融合貫通例如：建筑工程中一幢框架結構的多層建筑從建筑方案設計開始講（房屋建筑學）建筑結構選型（建筑與結構的交叉點、建筑功能與結構受力的合理性）上部結構設計基礎結構設計六、案例選擇一個好的案例 一定是要能派生出很多問題，聯系多層廠房建筑圖多層廠房建筑圖 設計與結構計算的目的有兩個： 一個是滿足功能、使用要求，另一個是滿足經濟要求。 滿足功能、使用要求 功能要求-建筑設計使用要求-結構設計 可分為兩個方面考慮： 安全可靠，結構構件不會破壞，整個結構不會倒塌承載能力極限狀態 滿足適用性要求，如建筑物的梁變形過大，人的感覺 問題；廠房吊車梁變形過大的吊車卡軌問題。正常使用極限狀態

24、建筑、結構設計的目標及基本理論與方法 設計與結構計算的目的有兩個： 一般可分為：建筑設計（根據功能要求進行平立面布置）建筑結構類型選取、結構模型的建立、結構荷載的計算、構件內力計算和砼結構配筋設計、鋼結構截面設計施工圖紙繪制建筑工程的設計步驟結構計算設計 滿足結構的安全、經濟要求 一般可分為：建筑工程的設計步驟結構計算設計 混合結構 指用不同的材料建造的房屋，通常墻體采用磚砌體，屋面和樓板采用鋼筋混凝土結構，故亦稱磚混結構。 一般用于24米以下 ，高于此應該考慮用框架結構首先進行建筑結構選型 認識建筑結構的基本體系常用的結構形式為混合結構、框架結構。多層結構建筑布置要結合結構受力骨架-建筑設計

25、的同時應進行結構選型 混合結構首先進行建筑結構選型 認識建筑結構的基本體系框架結構框架結構指由梁和柱剛性連接而成骨架的結構。 主要構件為柱、主梁、次梁、連梁特點：利用梁柱剛性連接減小彎曲變形 ，增加跨度空間分隔靈活，適用于大空間、較高的建筑總高等。局限性：框架結構因其受力體系由梁和柱組成，柔性結構抗側移能力很差。因此僅在房屋高度不很大、層數不很多時采用。框架結構框架結構指由梁和柱剛性連接而成骨架的結構。 總平面布置、平面設計、立面設計、剖面設計、構造設計1、進行建筑設計 房屋建筑學課程 本案例總高度為21.5米，選框架結構體系由于空間（跨度）大、樓面荷載大總平面布置、平面設計、立面設計、剖面設計、構造設計1、進行建圖(13-5)剖面圖(13-4)IIII剖面展示房屋組成的基本構件圖(13-5)剖面圖(13-4)IIII剖面展示房屋2、上部結構