职业结构工程师业务指南讲义第1章

职业结构工程师业务指南TextContContent

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工程结构发展简史2职业发展

5工程机构

6法规体系3专业知识与能力

4工程建设及运营个人项目机构1工程结构发展简史1工程结构发展简史工程结构是指工程建造物中由杆、板、壳等结构构件有机组合而成的能够承受和传递荷载作用并具有适当刚度的骨架系统。工程结构发展历程：古代工程结构近代工程结构现代工程结构1工程结构发展简史古代工程结构经历了很长的时间跨度，它大致从公元前5000年的新石器时代到17世纪中叶。工程材料最初都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；自公元前3千年，开始出现经过烧制加工的砖和瓦的工程材料。结构体系：木构架、石梁柱、券拱等。工程应用：宫室、陵墓、庙堂，较大型的道路、桥梁、水利等。建造技术大多依靠手工工具，主要是石斧、石刀、石锛、石凿等简单的工具，并发明了一些简单的施工机械，如打桩机、桅杆起重机等。1.1古代工程结构1.1古代工程结构1工程结构发展简史房屋建筑结构—中国古代中国房屋建筑主要是采用木结构体系:木结构发展：1.1古代工程结构1工程结构发展简史房屋建筑结构—中国木结构特点：

1使用木材作为主要建筑材料2保持构架制原则，以立柱和纵横梁枋组合成各种形式的梁架3创造斗拱结构形式，用纵横相叠的短木和斗形方木相叠而成的向外挑悬的斗拱4实行单体建筑标准化。中国古代的宫殿、寺庙、住宅等，往往是由若干单体建筑结合配置成组群。1.1古代工程结构1工程结构发展简史房屋建筑结构—中国我国现存最早木结构：中国五台山重建南禅寺大殿1.1古代工程结构1工程结构发展简史房屋建筑结构—中国有记载的最高木结构：中国洛阳建永宁寺9层木塔；1.1古代工程结构1工程结构发展简史房屋建筑结构—中国世界上现存最高大木结构：山西应县木塔；1.1古代工程结构1工程结构发展简史房屋建筑结构—中国世界上现存最大、最完整古代木结构建筑群：北京故宫1.1古代工程结构1工程结构发展简史房屋建筑结构—中国砖石结构：中国东汉时，砖石结构有所发展。汉墓中中梁式空心砖逐渐发展为券（xuàn）拱和穹窿顶；北魏中期，砖石结构已用于地面上的砖塔、石塔建筑以及石桥等工程结构。中国现存最早的密檐砖塔：河南登封县的嵩岳寺塔（右图）1.1古代工程结构1工程结构发展简史房屋建筑结构—西方国家古代西方国家主要结构形式为拱和穹顶结构，建筑主要采用石料。1.1古代工程结构1工程结构发展简史房屋建筑结构—西方国家公元前1世纪，在券拱技术基础上又发展了十字拱和穹顶。代表建筑：万神庙圆形正殿屋顶古代最大的圆顶庙卡拉卡拉浴室十字拱和拱券平衡体系1.1古代工程结构1工程结构发展简史房屋建筑结构—西方国家中世纪以后，拜占廷的建筑结构解决了在方形平面上使用穹顶的结构和建筑形式问题，把穹顶支承在独立的柱上，取得开敞的内部空间。代表建筑：圣索菲亚教堂砖砌穹顶科尔多瓦大礼拜寺两层叠起的马蹄券佛罗伦萨教堂穹顶世界最大的穹顶1.1古代工程结构1工程结构发展简史桥梁及水利工程结构—中国桥梁：公元前3纪渭河桥秦汉史籍记载中最大的一座木桥公元605年赵州桥 在结构受力、造型和经济上都达到极高就水利工程：公元前3世纪都江堰世界上最早的综合性大型水利工程结构公元7世纪初大运河世界历史上最长的大运河，共长2500km1.1古代工程结构1工程结构发展简史桥梁及水利工程结构—西方国家公元前3～公元2世纪之间，古罗马采用券拱技术筑成隧道、石砌渡槽等城市输水道11条，总长530公里。其中尼姆城的加尔河谷输水道桥有268.8m长的一段是架在3层叠合的连续券上。1.1古代工程结构1工程结构发展简史其他工程结构春秋战国时期秦代在魏、燕、赵三国夯土长城基础上筑成万里长城公元前3千年

埃及人修建了大规模的水利工程以及神庙和金字塔1.2近代工程结构1工程结构发展简史工程结构在从17世纪中叶到20世纪中叶的300年间经历了迅猛的发展。这个时期工程结构的主要特征是：工程材料木材、石料、砖瓦→铸铁、钢材、混凝土、钢筋混凝土→早期的预应力混凝土设计理论材料力学、理论力学、结构力学、土力学、结构设计理论等学科逐步形成，设计理论的发展保证了工程结构的安全和人力物力的节约施工技术建造技术从手工工具为主发展为大规模使用施工机械．一些性能优异的大型机械不断出现，并创造出各种极有成效的施工方法1.2近代工程结构1工程结构发展简史工程材料材料科学的发展是工程结构发展的重要推动力，打开了工程结构发展的开端。水泥的发明和应用，钢材冶炼技术的进步，迈向了以钢筋混凝土结构和钢结构为主的新时代1.2近代工程结构1工程结构发展简史工程材料1886年，美国芝加哥9层高的家庭保险公司大厦，初次按独立框架设计，并采用钢梁，成为现代高层建筑的开端1.2近代工程结构1工程结构发展简史工程材料1889年，法国巴黎建成高300m的埃菲尔铁塔1930年，高强钢丝与预应力混凝土研制成功——钢筋混凝土结构向大跨方向发展成为可能1.2近代工程结构1工程结构发展简史科学理论近代工程结构的设计与建造理论从主要以总结长期建造经验向重视科学理论兼顾经验转变。许多研究者从不同领域提出开创性的新理论。1638年1660年1687年1744年1773年1730年1.2近代工程结构1工程结构发展简史科学理论在上述开创性研究的带领下，工程结构的建造理论逐步发展成为一门完整的学科——结构工程。1818年，英国不列颠土木工程师学会的成立——工程师结社的创举，引领其他各国和国际性的学术团体相继成立由于社会经济的进步与发展，人们对于建筑的要求也越来越高，在结构上要求安全和经济，在建筑上要求美观和适用——建筑和结构在19世纪中叶，分为各有侧重的两个单独学科分支1.2近代工程结构1工程结构发展简史科学理论1906年美国旧金山发生大地震1923年日本关东发生大地震1940年美国塔科马悬索桥毁于风振——推动了结构动力学和工程防灾技术的发展1.2近代工程结构1工程结构发展简史建造技术蒸汽机、电动机在抽水、打桩、挖土、压路和起重等施工作业中的应用，开创了工程结构施工机械化和电气化的进程，为快速高效地建造工程结构提供了有力手段。1.2近代工程结构1工程结构发展简史建造技术蒸汽机为动力的汽车、火车与轮船的产生，使航运事业面目一新，要求修筑港口工程以及桥梁工程1890年主跨521m1937年跨度1280m全长2825m1932年跨度503m双铰钢拱结构1.2近代工程结构1工程结构发展简史建造技术1937年，茅以升先生主持建成了公路铁路两用钢桁架的钱塘江桥，长1453m。1.2近代工程结构1工程结构发展简史建造技术工业的发达，城市人口的集中，使工业厂房向大跨度发展，民用建筑向高层发展。日益增多的电影院、摄影场、体育馆、飞机库等都要求采用大跨度结构。例如：1925～1933年，在法国、苏联和美国分别建成了跨度达60m的圆壳、扁壳和圆形悬索屋盖；1931年，美国纽约的帝国大厦落成，共102层，高378m。1.3现代工程结构1工程结构发展简史第二次世界大战结束后，社会生产力出现了新的飞跃。现代科学技术突飞猛进，工程结构进入一个新时代。中国自20世纪以来，特别是1949年以后，随着社会主义建设的需要，在工程结构的建筑材料、工程设计、科学理论研究和设备四个领域里进行了急剧的变革，使工程结构的面貌一新。民用工业、国防、港口、水利、电力、公路、铁路等工程进入到现代化的工程结构领域。西尔斯大厦1.3现代工程结构1工程结构发展简史高层建筑结构随着经济的发展，人口的增长，土地集约化利用的要求逐步提高，促进了现代工程结构向更高的方向发展。高层建筑成了现代化城市的象征。年代地址建筑名称高度（m）1931美国纽约帝国大厦3811974美国芝加哥西尔斯大厦4331993马来西亚吉隆坡国家石油公司双塔452西尔斯大厦帝国大厦1.3现代工程结构1工程结构发展简史高层建筑结构20世纪80年代以后，是中国现代超高层建筑的发展和繁荣阶段。1980年-1999年，珠三角区域在超高层建筑领域率先突破。全国共建成100m以上的超高层建筑124座。建筑理念：探索单栋多功能和建筑综合体形式；结构体系：出现了包括巨型框架-伸臂桁架组合，巨型支撑框架-伸臂桁架组合等钢－混凝土混合结构。

代表建筑：金茂大厦金茂大厦1.3现代工程结构1工程结构发展简史高层建筑结构2000-2010年，超高层建筑得到迅猛发展。到2010年全国200m以上的超高层建筑接近250座。建筑设计理念和建筑技术也日益进步，超高层建筑进入了繁荣期。伸臂结构体系和巨型结构体系更为成熟，钢－混凝土混合结构成为主流。代表建筑：环球金融中心——当时中国大陆地区第一高楼（492m）天津津塔——全世界最高的纯钢板剪力墙结构（336m）环球金融中心天津津塔1.3现代工程结构1工程结构发展简史高层建筑结构2010年以后，超高层结构的数量和高度进一步被刷新。最近几年的超高层发展速度呈现一种爆炸式的发展。世界都市高层建筑协会（CTBUH）：至2012年，全世界已经建成的最高的100栋建筑中，中国占据了30栋；全世界已经建成的最高的10栋建筑中，中国占据了4栋；在建的最高100栋中中国占据了56栋。全国在建的600m以上的超高层项目：1.3现代工程结构1工程结构发展简史空间结构空间结构是指结构的几何构成呈三维状态、不能拆分为平面子结构、且在荷载作用下具有三维受力特性并呈空间工作的结构，如平面网架、网壳以及悬索结构。20世纪80年代空间结构开始在一些电影院得到应用。这一阶段的特点是跨度小、以局部大空间为主。20世纪90年代以来，我国空间结构主要以体育建筑为主。代表建筑：上海国际网球中心、八万人体育场、虹口体育中心和浦东游泳中心。1.3现代工程结构1工程结构发展简史空间结构2000以后的十年，中国成功举办了2008年北京奥运会和2010年上海世博会。这个时期我国空间结构的发展达到了新的顶峰。代表作品：奥运田径运动主场馆（鸟巢）、水立方、上海世博轴、世博主题馆、国家大剧院、中国航海博物馆、哈尔滨国际会展体育中心、上海铁路南站、济南奥林匹克中心和北京机场T3航站楼等。1.3现代工程结构1工程结构发展简史空间结构十一五至十二五期间，随着二三线城市的逐步崛起，掀起了机场、高铁站房建设的风潮。2010年后建成及在建的空间结构：昆明长水机场、南京禄口机场二期、兰州西站、宁波南站等。1.3现代工程结构1工程结构发展简史空间结构回顾过去的三十年，空间结构在技术上的发展趋势表现如下：尺度越来越大体型越来越复杂跨度由最初的30-50m到现在的200m甚至更大；建筑平面尺度达到了1000ｍ；由最初的钢结构，甚至混凝土结构发展到铝合金结构、索结构、膜结构；由最初的球面、柱面，发展到自由曲面等不规则外形；材料越来越轻最初只是抵抗地震、风、雪荷载，发展到抗爆、抗连续倒塌等要求越来越高1.3现代工程结构1工程结构发展简史桥梁结构桥梁是为了跨域山谷、道路、水体或其他障碍物而建造的一种结构，提供跨越这些障碍的通路，是工程结构的重要组成部分之一。在建国初期，我国新建了许多现代桥梁，如武汉长江大桥、河南五陵卫河、广西柳州桥和福州乌龙江桥等。武汉长江大桥：使中国的南北铁路网连接起来河南五陵卫河桥：六十年代第一座预应力混凝土T型钢构桥1.3现代工程结构1工程结构发展简史桥梁结