土木工程概论 第1章 绪论1（章节课程）

1、同学们好我们又见面了！可再生能源水利水电教研室王俊奇 欢迎大家 1智囊经验本课程的主要内容第一章 绪论第二章 土木工程材料第三章 基础工程第四章 建筑工程第五章 交通土建工程第六章 桥梁工程 第七章 港口工程第八章 地下工程第九章 水利水电工程第十章 给排水工程第十一章 土木工程施工第十二章 建设项目管理第十三章 工程防灾与减灾第十四章 数字化技术在土木工程中的应用第十五章 土木工程设计方法2智囊经验土 木 工 程的 现况和展望3智囊经验 绿树阴中矗立的别墅， 现代化池泳碧波荡漾献给未来的土木建设工程师4智囊经验 伴着蓝天白云、 直插云霄摩天大厦献给未来的土木建设工程师5智囊经验 斜拉大桥映照

2、落日的余辉， 满载金碧辉煌 欢迎未来的土木建设工程师6智囊经验 大型立交桥为交通路网 打上美妙的蝴蝶结献给未来的土木建设工程师7智囊经验土木工程概论 第一章 绪 论 土木工程的现况和展望 1、“土木工程”包括哪些内容? 2、“土木工程”的发展简史、现状与未来展望 3、“土木工程”专业学生 要学习哪些知识？ 掌握哪些基本技能？ 具备哪些能力? 怎样才能学好等? 8智囊经验1.1“土木工程”内涵及其重要性 包括哪些内容? 9智囊经验建造各类工程设施的科学技术的总称土 木 工 程 (国务院学位委员会学科简介定义)内容广泛，与日常生活密切相关，在国民经济中起着重要的作用工程建设的对象地上、地下、水中的

3、各种工程设施所用材料、设备勘测设计、施工，保养、维修等技术10智囊经验西方（英语）Civil Engineering (民用工程) 除服务于战争的工程设施外，所有服务生活和生产需要的民用设施 现军用战壕、掩体、碉堡、浮桥、防空洞等防护工程也归入Civil Engineering范畴 Military Engineering （军事工程）东西方两种语言的不同发展过程东方（中国汉语） 五行学说：万物由五类物质组成（金、本、水、火、土） 几千年来工程建设材料： “土”(石、砂、泥、灰及土烧成的砖、瓦、陶瓷等) + “木”(木材、茅草、藤条、竹子等) 大兴土木 = 大搞工程建设Civil Engine

4、ering 翻译成 土 木 工 程 11智囊经验 房屋建筑工程 公路与城市道路工程 铁路工程 桥梁工程 隧道工程 机场与其他场站工程 地下工程 给水排水工程 港口码头工程 矿井工程 发射塔架工程 电站与输变电工程 海洋平台工程 市政管道与输送线路工程 防灾减灾与防护防御工程等土 木 工 程 范 围 非常广泛按国际惯例也包括运河、水渠、水库、堤坝、灌渠等水利工程12智囊经验 基本建设（Caipisal Construction)： 二十世纪五十年代我国第一个五年计划期间、对重点建设的一汽、一拖等数百重点基础性建设项目给出土 木 工 程 范 围 非常广泛 统指：工厂、矿井、铁道、公路、桥梁、农田水

5、利、商店、住宅、医院、学校、体育场馆、展览厅、机场码头、堤坝灌渠、给水排水、供电供热供气和通讯线路等土木工程的建设活动 大型项目由国家统一规划建设、 中小型项目归口到省市地各级政府有关部门管理13智囊经验 “住”在房屋建筑中，与土木工程直接有关“行”则需要建造铁道、公路、机场、码头等交通土木建筑工程，直接有关“食”需打井取水，筑渠灌溉，建水库蓄水，建粮食加工厂，粮食储仓等，间接有关 “衣”的纺纱、 织布、制衣要在工厂内进行，间接有关各种工业生产要建厂房航天要建发射塔架和航天基地土木工程对人类生存、国民经济、社会文明举足轻重生活离不开衣、食、住、行、关乎人类生存的基础性产业14智囊经验 工程资金

6、投入大、涉及行业多 （钢铁、材料、制造、运输等） 挖掘和吸纳劳力资源的重要平台 城市化进程的加速是生产力腾飞的重要标志 我国城市和社会主义新村镇蓬勃建设 行业贡献25% 30%，拉动国民经济增长 我国固定资产投资约GDP总量之半土木工程对人类生存、国民经济、社会文明举足轻重、国民经济发展的带动性行业15智囊经验 时代进步，科学技术的发展使： 新理念、新要求、新方式应运提出 新工具、新工艺、新技术、新结构的不断发明 现代工程材料的变革 现代力学分析理论的进步 计算机应用的推广土木工程对人类生存、国民经济、社会文明举足轻重、内涵深邃的综合性学科16智囊经验 土木工程专业学习和未来工作的核心内容 各

7、类土木工程设施的规划、勘测、设计、施工、管理和维修. 管理维修设计勘测规划施工建造17智囊经验 可行性研究 总体布局规划与方案构思 初步设计（扩大初步设计） 力学分析、结构方案、构造设计 施工图设计（绘图） （柱网布置等、尺寸估计、受力分析、 构造处理、绘施工图）土 木 建 筑 工 程 设 计 的 过程：18智囊经验1.2 “土木工程”的发展历史与现状 19智囊经验土木工程发展历史一、古代土木工程 （历时6、7000年） 旧石器时代(约公元前5000年起) 17世纪中叶、无设计理论，主要依靠经验、建造材料主要取之于自然： （石块、草筋、土坯等） 公元前1000年左右开始有砖、瓦、陶瓷制品、工具

8、简单、尚无施工机械： 只有斧；锤、刀、铲和石夯等手工工具三个阶段古代近代现代20智囊经验西方古代有历史价值的宏伟建筑或遗址 1、埃及 金字塔 2、墨西哥 奇琴伊扎城 3、法国 加尔桥 4、希腊 帕特农神庙 5、古罗马 斗兽场 6、土耳其伊斯坦布尔 索菲亚大教堂 7、埃塞俄比亚拉里贝拉 独石教堂 8、罗马帝国 道路网多是砖石结构21智囊经验胡夫金字塔最大，边长230.5m的正方形塔基，高140m ,230余万块巨石砌成人面狮身象（司克芬斯）人面用独石雕刻唯一未塌的世界古七大奇迹世界上朝向最精确的建筑 （最大偏差0.015%) 施工方法至今为迷埃及金字塔（公元前2700至前2600年间)22智囊经

9、验 古玛雅帝国中心城、占地600万平米 9000亩、有金字塔、文字厅、鹿厅、红厅、神庙、球场等数百座建筑墨西哥奇琴伊扎城（始建于公元前600年)库儿坎金字塔（神庙兼天文台，可观测太阳、月亮、金星的运行与角度）23智囊经验 古罗马人为尼姆城修的引山泉水渠三层拱桥、拱门错落优雅、简洁实用法国加尔桥（公元前500年左右)24智囊经验 雅典守护女神雅典娜的供奉祭殿 欧洲古典建筑的典范 、雅典的王冠希腊帕特农神庙（公元前447至前448年)世界文化与自然遗产25智囊经验古罗马斗兽场（科洛西莫斗兽场）（建于公元7585年) 世界文化与自然遗产有50000个坐席和站席使用了雏形混凝土26智囊经验 砖砌直径3

10、1米、高55米圆形穹顶 整体支承在四个用巨石砌成的拱门 大柱(截面7米l0米)上土耳其伊斯坦布尔索菲亚大教堂(公元532年一537年间)世界文化与自然遗产27智囊经验埃塞俄比亚拉里贝拉独石教堂(公元1200年）由山体直接凿建28智囊经验欧洲罗马帝国的以罗马为中心的道路网：29条主干道和322条联系支线、总长度达8000km 欧 洲 古 代 优 秀 土 木 建 筑 杰 作 交通设施29智囊经验中国古代优秀建筑杰作 木结构1、中国古代伟大的砖石结构 - 万里长城2、四川灌县的都江堰水利工程3、陕西秦皇陵兵马俑4、京杭(北京杭州)大运河5、河北赵县交河赵州桥（安济桥）6、山西应县木塔(佛宫寺释伽塔)

11、7、北京故宫、天坛8、秦朝全国郡县间驰道网（咸阳中心）多为木结构加砖墙30智囊经验中国古代伟大的砖石结构 - 万里长城（公元前4、500年前后战国时期的齐国楚国已有零星构建，公认从公元前220年秦代起开始大规模建设，、汉唐明均重建） 世界中古七大奇迹和新七大奇迹、世界文化与自然遗产 东起山海关，西至，跨越 9 省市自治区， 翻山越岭、蜿蜒逶迤，全长6500(6700)余公里嘉峪关31智囊经验中国古代优秀建筑杰作 水利工程 秦昭王时蜀太守李冰父子建, 创意科学、设计巧妙、盖世无双, 使成都平原成“沃野千里”的天府之乡, 至今仍造福四川人民四川灌县都江堰 (公元前306年一前251年) 世界文化与

12、自然遗产传说中的大禹治水32智囊经验 阵势宏伟、规模庞大，7000多军俑、车马阵列有序、军容威严，被称为世界第八大奇迹秦皇陵兵马俑（ 公元前 200年左右 )中国古代优秀建筑杰作 陵墓建筑33智囊经验中国古代优秀建筑杰作 水利工程全长2500 公里世界历史上最长的运河至今仍是江浙段重要的水运通道 京杭(北京杭州)大运河 (公元600年隋朝时开凿修建)34智囊经验中国古代优秀建筑杰作- 砖石结构世界第一座敞肩式单孔圆弧弓形石拱桥（ 28条并列石条拱砌成），桥长50.82m、桥面宽 10m，单孔跨度 37.02m（保持世界纪录800年）矢高 7.23 m（矢高跨比1：5、领先世界1000年）河北赵

13、县交河赵州桥（安济桥） （公元605年隋朝） 拱肩上4个小拱, 既减轻桥重、便于泄洪，又显构造科学、美观颖脱，经千余年后仍能正常使用，引领风格数百年35智囊经验天下第一塔（最古最高的木塔） 建于公元1056年塔高67.3m九层八角形横截面底层直径30.27m 经历多次大地震历时千年仍完好耸立山西应县木塔 (佛宫寺释伽塔)36智囊经验中国古代优秀建筑杰作- 砖石结构北京故宫（建于公元1406年、明永乐 4 年）占地 72万m2 近 1100余亩、房 9000余间、红墙黄瓦、金碧辉煌四周宫墙长3400米，墙外护城河宽52米世界文化与自然遗产37智囊经验中国古代优秀建筑杰作- 砖石结构北京天坛 （建

14、于公元1420年、明永乐18年）皇帝祭天场所，总占地270万m2、近000余亩，现存最大坛庙建筑，浑穆庄严、天圆地方世界文化与自然遗产38智囊经验 以咸阳为中心通往全国各郡县的驰道主要干道宽59步（295尺）中 国 古 代 优 秀土 木 建 筑 杰 作 交通设施秦朝（公元前220年前后） 形成全国交通网：39智囊经验 经验总结和描述外形设计考工记 （公元前5世纪）营造法式（北宋李诫著、公元11世纪）论建筑 （意大利文艺复兴时期贝蒂著 公元16世纪）古 代 著 名 土 木 工 程 著 作40智囊经验历时：300余年特点：、土木工程 逐步形成一门独立学科“关于两门新科学的对话” （1683年意大利

15、伽利略） 首次用公式 表达了梁的设计理论二、近代土木工程(17世纪中叶1945年二战结束)41智囊经验牛顿力学三大定律 （1687年英国牛顿 ） 惯性、F = m a、作用反作用 土木工程的力学分析基础工程结构设计的容许应力法（1825年法国纳维） 结构反应（受到的应力） 结构抗力（容许应力）极限平衡理论 （19世纪末，末利特尔等人） 以理论力学、材料力学、结构力学、 弹性力学和材料强度理论为基础 结构设计的较为系统理论指导 近代土木工程（17世纪中叶 二战前后）42智囊经验 、人工土木工程材料被发明 波特兰水泥发明（1824年英国阿斯普丁的专利） 钢筋混凝土应用（1867年法国莫尼埃加固花盆

16、） 转炉炼钢法发明（1859年） 混凝土发明和钢材大量生产和应用，可建造复杂 房屋、桥梁工程设施 大多数高耸、大跨、巨型、复杂的近代及现代工程结构都应用钢结构或钢筋混凝土结构建造近代土木工程 水泥材料发明和钢材大量生产43智囊经验近代土木工程 新施工机械和施工方法被提供 、新施工机械和施工方法被提供 打桩机，压路机，挖土机，掘进机，起重机，吊装机等应运而生，提供了快速高效建设土木工程的手段 新施工技术不断发展、 施工规模日益扩大、 施工速度大大加快44智囊经验近代土木工程 社会需求日益广泛和深入 、基础设施的社会需求日益广泛和深入 产业革命促进了工业、交通运输业发展，提出了更广泛深入的土木工程

17、基础设施社会需求 日益增长的土木工程基础设施社会需求进一步推动了土木工程的快速发展45智囊经验具有历史意义的土木工程很多 第一座钢筋混凝土梁桥 （1875年法国莫尼埃主持、长16m） 第一幢钢铁框架承重大楼 （现代高层建筑开端 11层、1883年 美国芝加哥保险公司大楼） 优 秀 近 代 土 木 工 程 杰 作 46智囊经验优 秀 近 代 土 木 工 程 杰 作 巴黎、法国的标志性建筑， 至今规光者络绎不绝法国巴黎艾菲尔铁塔（1889年）高300m18000多钢构件250万个铆钉铁塔总重8500t47智囊经验优 秀 近 代 土 木 工 程 杰 作 钢筋混凝土楼板使用（1886年美国）预应力混凝

18、土发明（1928年、法国弗雷西内） 预应力空心板在世界各国广泛使用 第一条铁路 （1825 年英国、长21 km ）北美大陆铁路（ 1869 年美国、横贯东西）48智囊经验建成第一条 地下铁道（1863年 英国伦敦） 美、法、德、俄、日等国大城市相继建设地铁网 优 秀 近 代 土 木 工 程 杰 作 地 下 建 筑49智囊经验优 秀 近 代 土 木 工 程 杰 作 苏伊士运河（1869年，连接地中海和印度洋，欧洲到亚洲不必再绕行南非） 水利建没两条大运河建成通航在全球运输中发挥了巨大作用巴拿马运河（1914年，联系太平洋和大西洋）50智囊经验优 秀 近 代 土 木 工 程 杰 作 一战后，大跨

19、、高耸和宏伟的土木工程相继建成悬索桥、跨旧金山海湾、1280m，首座单跨过千米桥，桥头塔高277m，主缆直径1.125m、主缆索27572根钢丝（每452根钢丝先成一股再61股组成）重1.1万吨，北岸混凝土巨块缆索锚锭13万t，南岸5万t金门大桥1936年 美国旧金山51智囊经验优秀近代土木工程杰 作 帝 国 大 厦（1931年、美国纽约） 102层，高378m (雄居世界最高40年)钢骨架重5万多吨67部电梯52智囊经验 詹天佑（1861-1919），勤奋好学， 12岁考取“出洋幼童”，中国近代第一官费留学生。留美九年专攻铁路，耶鲁大学土木系学士。京张铁路1909年，全长200km 闭关锁国

20、，进展缓慢。清末洋务运动引进西方技术建些有影响工程 我 国 近 代 土 木 工 程 杰 作 53智囊经验 钱塘江大桥（1933-1937年茅以升主持建设）我国第一座公铁两用双层钢结构桥我 国 近 代 土 木 工 程 杰 作 茅以升 （1896 1989）留美硕、博士采用 了“射水法”、“沉箱法”、“浮运法”等 哈尔滨松花江桥（俄 ),云南河口桥（法），沈阳浑河桥（日）54智囊经验 上海国际饭店1934年建成24层、高81米30年代号称远东第一楼1980年广州白云宾馆建成前(保持纪录46年)一直是中国最高的建筑我国近代土木工程杰作 55智囊经验 历时仅仅60余年 经济起飞、时代文明、现代科技迅速

21、发展，使新材料、新技术、新工艺、设计新理论不断涌现 机械、信息、通讯、计算机等技术高速发展， 使现代土木工程有了强大物资和需求基础、技术手段 形成特点： 、功能多样化 、建设立体化 、交通快速化 、设施大型化 现 代 土 木 工 程 (1945年二战结束至今) 56智囊经验 超越传统意义的挖土盖房，架梁为桥范围 土木工程设施与周边环境协调 建筑在景观、环保、生态形成美感与协调 房屋建筑要智能化： 不仅仅提供“徒有四壁”、“风雨不浸”的房屋骨架 结构布置要与水、电、气应，室内温、湿度调节控制等现代设备相结合 电子技术，生物基因工程等高技术工业建筑必须满足恒湿、恒温、防微振，防腐蚀，防辐射、防磁、

22、无微尘要求现代土木工程特点 功能多样化57智囊经验现代土木工程特点 建设立体化现代城建地面、空中、地下同时展开、立体发展 （城市现代化的一个重要标志） 美国高层建筑最多（高200m的 100余幢） 发展中国家经济起飞中也争相建设； 近十年，中国、马来西亚、新加坡等高层建筑迅猛发展58智囊经验世界最大最重的“风阻尼器”两台世界最高速电梯1楼到89楼仅39秒中国台北国际金融中心大厦101大楼101层、高508米世界第1现代土木工程特点 建设立体化马来西亚吉隆坡国家石油双子星座大厦（双塔）88层、高451.9m，世界第22004年1996年59智囊经验 美国芝加哥西尔斯大楼110层、高443m世界第3 中国上海金茂大厦88层、高421.5m，世界第4现代土木工程特点 建设立体化1998年1974年60智囊经验中国香港国际金融中心大厦2期现代土木工程特点 建设立体化88层、高420米2003年建成世界第561智囊经验地面交通已无力解决城市交通问题 1、建地下交通网 现代土木工程特点 建设立体化2、建高架路网或 高架轨道交通经济、能缓解交通且增添风采 62智囊经验 地铁