土木工程與土木工程專業第一章概述主要內容土木工程在國民經濟中的地位與作用土木工程土木工程專業土木工程發展簡史古代建筑近代土木工程現代土木工程發展1、土木工程在國民經濟中的地位與作用衣食住行與土木工程土木工程與工農業生產土木工程與政治、軍事、文化土木工程的概念土木工程（CivilEngineering）是建造各類工程設施的科學技術的統稱。它既指所應用的材料、設備和所進行的勘測、設計、施工、保養維修等技術活動；也指工程建設的對象，即建造在地上或地下、陸上或水中，直接或間接為人類生活、生產、軍事、科研服務的各種工程設施，例如房屋、道路、鐵路、運輸管道、隧道、橋梁、運河、堤壩、港口、電站、飛機場、海洋平臺、給水和排水以及防護工程等。土木工程涉及的領域房屋工程、鐵路工程、道路工程、機場工程、橋梁工程、隧道及地下工程、特種工程、給排水工程、城市供熱供燃氣工程、交通工程、環境工程、港口工程、水利工程等特種工程：特種工程，是指有著特殊用途的工程結構，同時一些需要采用特殊施工工藝的工程也可以列入特種工程的范疇。地基處理工程、結構加固改造、防水堵漏工程等土木工程專業土木工程專業是為了培養土木工程專門技術人才而設定的。世界上最早的土木工程專業建于1747年的巴黎路橋學校我國最早的土木工程專業建于1895年的天津大學“建筑老八校”，是業內乃至學界對較早開設建筑學、城市規劃相關專業，且在行業內擁有重大影響力的八所高校的概稱，包括清華大學、東南大學、同濟大學、天津大學、華南理工大學、重慶建筑大學（已并入重慶大學）、哈爾濱建筑大學（已并入哈爾濱工業大學）和西安建筑科技大學。目前我國有近500所高校開展土木工程教育從土木工程人才的培養層次上，分為專科、本科、碩士、博士按照大土木的人才培養定位與方案，土木工程下設建筑工程、道路工程、橋梁工程等專業方向，同屬于土木工程一級學科碩士、博士階段按照二級學科專業進行培養，分為巖土工程、結構工程、防災減災與防護工程、橋隧工程等土木工程發展簡史世界上最早的土木工程是古代社會的穴居、獨木橋、獨石橋、藤索道、長期活動形成的道路新石器時代出現了土木和草泥修建的房屋。夯土技術在我國有幾千年的發展歷史（始建于17世紀的福建土樓是典范，2008年列為世界文化遺產）世界遺產評定準則世界遺產是指被聯合國教科文組織和世界遺產委員會確認的人類罕見的、目前無法替代的財富，是全人類公認的具有突出意義和普遍價值的文物古跡及自然景觀。狹義的世界遺產包括“世界文化遺產”、“世界自然遺產”、“世界文化與自然遺產”和“文化景觀”四類。《保護世界文化和自然遺產公約》規定，屬于下列各類內容之一者，可列為文化遺產（CulturalHeritage）：1.文物：從歷史、藝術或科學角度看，具有突出、普遍價值的建筑物、雕刻和繪畫，具有考古意義的成分或結構，銘文、洞穴、住區及各類文物的綜合體；2.建筑群：從歷史、藝術或科學角度看，因其建筑的形式、同一性及其在景觀中的地位，具有突出、普遍價值的單獨或相互聯系的建筑群；3.遺址：從歷史、美學、人種學或人類學角度看，具有突出、普遍價值的人造工程或人與自然的共同杰作以及考古遺址地帶。克里姆林宮俄羅斯1156年，木結構1367年，石城15世紀后期，磚結構東正教風格建筑1990年列入世界遺產名錄克里姆林宮鐘王與炮王杰內古城——“尼日爾河谷的寶石”“尼日爾河谷的寶石”——杰內古城位于馬里公元765年土木結構蘇丹建筑風格1907-1909年重建1988年《世界遺產名錄》“尼日爾河谷的寶石”——杰內古城位于馬里公元765年土木結構蘇丹建筑風格1907-1909年重建1988年《世界遺產名錄》馬里民居拉利貝拉巖石教堂拉利貝拉巖石教堂埃塞俄比亞亞的斯亞貝巴以北350千米第七代國王拉利貝拉(1176～1207)拉利貝拉-“蜜蜂認可他的君主權力”巖石結構，整體雕琢1978年，世界自然遺產貝寧阿波美王宮貝寧-西非中南部在歷史上與“象牙海岸”、“黃金海岸”相并列被稱為“奴隸海岸”土木結構：土坯外墻、茅草屋頂、木竹門窗1645年達荷美王國建造了第一座王宮。1985年被列入《世界遺產目錄》《世界瀕危遺產目錄》貝寧阿波美王宮貝寧-西非中南部在歷史上與“象牙海岸”、“黃金海岸”相并列被稱為“奴隸海岸”土木結構：土坯外墻、茅草屋頂、木竹門窗1645年達荷美王國建造了第一座王宮。1985年被列入《世界遺產目錄》《世界瀕危遺產目錄》圣米歇爾山及其海灣法國小島，距海岸兩公里海拔88米，經常被大片沙岸包圍，僅漲潮時才成為島11世紀起擴建羅馬式、哥德式、文藝復興式1979年列入世界遺產名錄圣米歇爾山及其海灣法國小島，距海岸兩公里海拔88米，經常被大片沙岸包圍，僅漲潮時才成為島11世紀起擴建羅馬式、哥德式、文藝復興式1979年列入世界遺產名錄布達城堡匈牙利13世紀后期建造石砌建筑1987年認定為世界遺產布達城堡匈牙利13世紀后期建造石砌建筑1987年認定為世界遺產希巴姆老城也門10世紀—100年前土坯結構最高30米1982年被認定為世界遺產拉薩布達拉宮中國西藏宮堡式建筑群始建于公元7世紀藏王松贊干布時期1994年被認定為世界遺產巖石砌筑埃及金字塔埃及始建于4500年前據說是古埃及法老（即國王）和王后的陵墓石塊修砌1979年列入世界遺產萬里長城始建于春秋戰國時期，始修于燕王公元前七八世紀開始，修筑了2000多年，秦長城、明長城磚砌結構1987年列為世界遺產故宮明代永樂十八年（1420年）明、清兩代的皇宮世界現存最大、最完整的木質結構的古建筑群。1987年,被列入世界文化遺產名錄羅馬斗獸場意大利羅馬斗獸場，亦譯作羅馬大角斗場、羅馬競技場、羅馬圓形競技場、科洛西姆、哥羅塞姆，原名弗萊文圓形劇場建于公元72至82年間，是古羅馬文明的象征。石砌+混凝土1980年列入《世界遺產名錄》科隆大教堂德國它始建于1248年，工程時斷時續，至1880年才由德皇威廉一世宣告完工，耗時超過600年，至今仍修繕工程不斷。石砌建筑1996年被列入《世界遺產目錄》。雅典衛城希臘始建于公元前580年。衛城中最早的建筑是雅典娜神廟和其他宗教建筑。白色石灰石砌筑1987年列入世界遺產名錄泰姬陵印度1631年開始動工，歷時22年，是莫臥兒王朝第5代皇帝沙賈汗為了紀念他已故皇后阿姬曼·芭奴，即泰姬·瑪哈爾而建立的陵墓，被譽為“完美建筑”。它由殿堂、鐘樓、尖塔、水池等構成，全部用純白色大理石建筑，用玻璃、瑪瑙鑲嵌，極高的藝術價值。是伊斯蘭教建筑中的代表作。1983年被列入世界遺產名錄。古代土木工程的特點和成就在建筑材料方面：從利用天然的土、木發展到夯土技術、磚瓦燒制技術、石材與木材加工技術，到利用火山灰混凝土建造拱頂等在建造技術方面：從簡單的穴居到單層多層房屋，最后發展到建造大跨度、大空間建筑在發展結構形式方面：從利用天然洞穴到搭設簡單的木架，到木結構桁架、斗拱、磚石混凝土拱頂近代土木工程1824年波特蘭水泥的發明和1856年轉爐煉鋼技術的發展，標志著近代土木工程的開始建造技術從依靠經驗，發展到了以力學為基礎的科學建造時代力學、混凝土結構學、鋼結構學飛速發展，逐漸形成了系統的知識與理論體系，土木工程設計建造理論也逐步發展成為一門完整的學科——結構工程力學1774年歐拉建立了柱的軸心受壓屈曲理論，使結構和構件的穩定性分析成為現實1773年庫倫提出了材料強度概念和擋土墻壓力理論，為材料力學與土力學的發展奠定了基礎1825年維納建立了結構設計的容許應力分析方法，為結構設計提出了通用方法20世紀上半頁克勞斯提出了力矩分配法，促進了鋼架結構的應用土力學與地基基礎工程1773年、1776年庫倫發表了土壓力滑動楔體理論和土的抗剪強度準則1856年達西發表了水在沙土中的線性滲透定律，達西定律1885年博西內克斯發表了半無限彈性體中應力分布的計算公式1900年莫爾提出了土的強度理論19世紀末20世紀初阿特貝里提出了黏性土的塑性界限及分類1925年太沙基出版了第一步《土力學》鋼結構工程鋼結構工程是以鋼材制作為主的結構19世紀中葉，由于設計理論的成熟和鋼材材料的發展，鋼結構才開始廣泛應用世界著名的橋梁之一，是近代橋梁工程的一項奇跡。大橋雄峙于美國加利福尼亞州長1900多米的金門海峽之上，歷時4年和10萬多噸鋼材，耗資達3550萬美元建成，由橋梁工程師約瑟夫·施特勞斯（1870—1938年）設計。埃菲爾鐵塔矗立在法國巴黎的戰神廣場，巴黎城市地標之一，也是巴黎最高建筑物，高300米，天線高24米，是巴黎最高的建筑物，于1889年建成，得名于設計它的著名建筑師、結構工程師古斯塔夫·埃菲爾。11500噸，259萬個鉚釘鋼結構的特點與不足：鋼結構構件較小，質量較輕，便于運輸和安裝，便于裝拆、擴建。適用于跨度大、高度高，承載重的結構。1.鋼材的材質均勻，質量穩定，可靠度高；2.鋼材的強度高，塑性和韌性好，抗沖擊和抗振動能力強；3.鋼結構工業化程度高，工廠制造，工地安裝，加工精度高，制造周期短，生產效率高，建造速度快；4.鋼結構抗震性能好；5.耐腐蝕和耐火性差。鋼結構的應用范圍

一、大跨度結構：體育場、館、會展中心、會堂、劇場、飛機庫、機車庫等。二、高層建筑：紐約的西爾斯大廈共110層，總高443m；深圳的地王商業大廈總高368m；上海金茂大廈共88層，總高420.5m。紐約世貿雙塔，共110層，總高411m；三、工業建筑大噸位吊車，煉鋼車間，船體車間，水壓機車間。四、高聳結構(塔桅結構)高壓輸電塔，微波站，雷達站，火箭發射塔，海洋石油平臺。隨著現代建筑技術發展，塔桅結構由單一功能向多功能方向發展，如加拿大多倫多的電視塔為全鋼結構，我國黑龍江省336m高的全鋼結構多功能電視塔。鋼結構的應用范圍六、活動式結構水工鋼閘門，升船機，三峽的升船機120×18×3.5m，最大提升高度113m，重11800T。七、可拆卸或移動的結構鋼棧橋、移動式平臺，發揮鋼結構重量輕，便于運輸和安裝的優點。加拿大已建成120多萬噸，可容納5000多人的海上采油平臺。八、高壓容器和大直徑管道三峽水利樞紐工程中的發電機組壓力鋼管內徑達12.4m，鋼管壁厚60mm。九、抗震要求高的結構十、特種結構鋼煙囪、鋼水塔，紀念性建筑、城市大型雕塑。混凝土結構工程波特蘭水泥因起源于英國‘Portland’而得名，在我國稱作硅酸鹽水泥。普通硅酸鹽水泥或普通波特蘭水泥指硅酸鹽水泥含有5~20%的活性混合材。更高混合材含量（大于20%）的硅酸鹽水泥，水泥名稱包含混合材名稱，例如礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥（含兩種以上混合材）。1886年德國Koenen發表了混凝土結構理論和設計鋼-混凝土組合結構組合結構是指兩種或多種不同材料組成一個結構或構件而共同工作的結構（CompositeStructure）。鋼—混凝土組合結構是繼木結構、砌體結構、鋼筋混凝土結構和鋼結構之后發展興起的第五大類結構。從廣義概念上看，鋼筋混凝土結構就是具有代表性的組合結構的一種。組合結構分類：組合結構通常是指鋼—混凝土組合結構，其中鋼又分為鋼筋和型鋼，混凝土可以是素混凝土也可以是鋼筋混凝土。國內外常用的鋼—混凝土組合結構主要包括以下五大類：（1）壓型鋼板混凝土組合板；（2）鋼—混凝土組合梁；（3）鋼骨混凝土結構（也稱為型鋼混凝土結構或勁性混凝土結構）；（4）鋼管混凝土結構；（5）外包鋼混凝土結構。壓型鋼板混凝土組合板鋼板暴露在外，耐火性差耐腐蝕性能差造價高，每平方米增加費用混凝土的模板提供平整頂棚重量輕方便吊裝參與受力肋部可安裝管線減輕樓板自重施工階段鋼板側向支撐鋼—混凝土組合梁1.節約鋼材。2.降低梁高。3.增加梁的剛度4.增加梁的承載力。5.降低沖擊系數。6.抗震性能好，抗疲勞強度高。7.局部受壓穩定性能良好。8.使用壽命長。鋼管混凝土結構鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成的構件。1.承載力大大提高2.具有良好的塑性和抗震性能。3.經濟效果顯著：和鋼柱相比，可節約鋼材50%，降低造價45%；和鋼筋混凝土柱相比，可節約混凝土約70%，減少自重約70%，節省模板100%，而用鋼量約略相等或略多。4.施工簡單，可大大縮短工期。鋼骨混凝土結構由混凝上包裹型鋼做成的結構被稱為型鋼混凝土結構。它的特征是在型鋼結構的外面有一層混凝土的外殼。我國過去也采用勁性鋼筋混凝土這個名稱。鋼骨混凝土結構1．型鋼混凝土的型鋼可不受含鋼率的限制，其承載能力可以高于同樣外形的鋼筋混凝土構件的承載能力一倍以上；可以減小構件的截面，對于高層建筑，可以增加使用面積和樓層靜高。2．型鋼混凝土結構的施工工期比鋼筋混凝土結構的工期大為縮短。3．型鋼混凝土結構的延性比鋼筋混凝土結構明顯提高，尤其是實腹式的構件。因此在大地震中此種結構呈現出優良的抗震性能。日本抗震規范規定高度超過45m的建筑物不得使用鋼筋混凝土結構。而型鋼混凝土結構則不受此限制。4．型鋼混凝土框架在耐久性、耐火度等方面均勝一籌。外包鋼混凝土結構外包鋼混凝土結構是外