土木工程概论1 绪论

土木工程概论主讲人：马艳梅2015年9木工程概论课程的任务土木工程的内涵中国古代哲学五行学说：世界万物由“金、木、水、火、土”组成工程建设材料主要是土和木；“土”包括：岩石、砂子、泥土、石灰、砖、瓦、陶瓷；“木”包含：木材、茅草、藤条、竹子等，“土木”组成了工程建设所用的材料。历史发展：分久必合、合久必分；改朝换代，必大兴土木，修建宫廷庙宇、皇家园林。故成语“大兴土木”成为工程建设的代名词。土木工程是一种与人们的衣、食、住、行关系密切。“住”建造各种类型的建筑物；“行”建造铁路、道路、桥梁工程；“食”必须打井取水、兴修水利、进行农田灌溉、城市排水供水等。国家基础设施建设与发展需求：道路铁路交通、水利电力、能源与资源、城市建设等。（三峡工程、西藏铁路、南水北调、西电东送、地铁工程、隧道工程等）

土木工程需要解决的问题为人类活动需要（既有物质方面的也有精神方面的）提供功能良好、舒适美观的空间和通道，同时还表现为防水患、兴水利以及环境治理等方面。这是土木工程的根本目的和出发点；抵御自然灾害或人为作用力。前者如地震、风灾、水灾等作用，后者如工程振动、人为破坏等；充分发挥材料的作用。因为材料问题是建造土木工程的根本条件；通过有效的技术途径和组织手段，利用各个时期社会能够提供的物质设备条件，“好、快、省”地组织人力、财力、物力，把社会所需要的工程设施建造成功，付诸使用。为解决以上四个方面的问题需要进行的土木工程活动包括两个方面：技术方面：勘察、测量、设计、施工、监理等；管理方面：制订政策和法规、企业管理、项目管理、施工组织、物业管理等。国务院学位委员会学科定义是建造各类工程设施的科学技术的总称，既指工程建设的对象，即建在地上、地下、水中的各种工程设施，也指所应用的材料、设备和所进行的相应的工程技术。土木工程是指建造各类工程设施的科学、技术和工程的总称。土木工程的含义可从两方面去理解：一层含义是指与人类生活、生产活动有关的各类工程设施；建筑工程道路工程铁路工程桥梁工程隧道工程土木工程另一层含义是指为了建造工程设施应用材料、工程设备在土地上所进行的勘察、设计、施工等工程技术活动。土木工程涉及行业范围

土木工程的范围非常广泛：包括房屋建筑、公路铁路交通工程、隧道与桥梁工程、岩土与地下工程、水利水电工程、能源资源工程、市政工程等行业。建筑环境与工程减灾防灾：如台风、地震、爆炸等。因此，各类土木工程都必须具备抵御上述各种灾害作用的能力。土木工程概论课程任务围绕土木工程专业学习的核心：各种类型的土木工程设施的规划、勘测、设计、施工、管理和维修；作为土木工程专业学习的入门，对以上核心内容作一简要介绍。课程结业方式课程结业方式采用闭卷考试。结业成绩评定采用考试成绩和平时成绩（均为百分制）加权确定，考试成绩和平时成绩分别占70%和30%。土木工程发展历史简述土木工程的未来土木工程的学习建议第一章绪论⑴古代土木工程古代土木工程的时间跨度，大致从旧石器时代(约公元前5000年起)到17世纪中叶。（1）所用的材料，最早为当地的天然材料；（2）所用的工具，最早只是石斧、石刀等简单工具，后来发展了斧、凿、锤、钻、铲等青铜和铁制工具以及打桩机、桅杆起重机等简单施工机械；（3）建造主要依靠工程经验，缺乏设计理论的指导。土木工程发展历史简述土木工程发展经历了古代、近代和现代三个阶段。

山西应县木塔（佛宫寺释迦塔），建于公元1056年，塔高67.3m，八角形，底层直径30.27m。该塔共9层，是我国保存至今的唯一木塔，也是现存的最高的木结构之一。它虽经多次大地震仍完整无损，足以证明我国历史上木结构的辉煌成就。北京故宫太和殿。建于明永乐18年，（1420年）是故宫最壮观的建筑，也是我国现存最大的木构殿堂。长城我国历史上伟大工程之一。始建于公元前7~5世纪间的春秋、战国时代。最早修筑长城的是楚国，称为“方城”。公元前214年，由秦始皇扩建完成。随后，各朝代都进行过修筑、扩建。其中以明代修筑规模最大，工程技术水平也最高。通常称的明长城为东起山海关，西止嘉峪关。赵州桥隋代赵州安济桥，又称赵州桥。桥为敞肩圆弧石拱，拱券并列２８道，净跨３７.０２米，矢高７.２３米，上狭下宽总宽９米。主拱券等厚１.０３米，主拱券上有护拱石。在主拱券上两侧，各开两个净跨分别为３.８米和２.８５米的小拱，以泻泄洪水，减轻自重。桥面呈弧形，。桥始建于隋·开皇十五年(公元５９５年），完工于隋·大业元年(公元６０５年），距今已有１406年。四川都江堰大型引水枢纽，建于公元前256-251年，是世界历史上最长的无坝引水工程。以灌溉为主，兼有防洪、水运、供水等多种效益，一直沿用至今。建于公元前2700~2600年，其中以古王国第四王朝法老胡夫的金字塔最大。塔基呈方形，边长约230.5m,高约146m，用230余万块巨石砌成。公元532~537年间建造在君士坦丁堡（今土耳其伊斯坦布尔）的索菲亚大教堂。该教堂为砖砌穹顶（圆形球壳），直径30余米，穹顶高50余米，穹顶支承在大跨砖拱和用巨石砌筑的巨型柱（截面约7×10m）上。巴黎圣母院建于1163-1250年，是法国早期哥特建筑的典型。平面宽约47m，长约125m，可容近万人。圣坛上部的尖塔高达90m。正面是一对高60余米的塔楼，下部有三个尖卷门洞。⑵近代土木工程近代土木工程的时间跨度为从17世纪中叶至20世纪中叶的300年间。主要特征是：力学和结构理论作指导砖、瓦、木、石等建筑材料广泛使用；混凝土、钢材、钢筋砼以及早期的预应力砼得到发展。施工技术进步很大建筑工程芝加哥保险公司大楼1883-85年，10层，高55m，铁框架

巴黎艾菲尔铁塔1887-89年，320.7m纽约帝国大厦

1929-31年，102层，高381m，钢框架

美国旧金山金门大桥1933-37年，悬索桥，桥跨1280m，桥头塔架高227m，主缆直径1.125m，由27572根钢丝组成，索重11000t左右。悉尼港桥1924-1932年，中承式钢桁架拱桥，长1149.1m，宽48.6m，主跨502.9m，矢高106.75m。全桥用钢量为52000吨，为世界最大跨度铁路钢拱桥。钱塘江大桥1934-37年，茅以升主持建造，下层铁路桥长1322.1m，上层公路桥长1453m桥梁工程该历史时期，土木工程在理论、材料、施工领域出现的具有重大意义大事有：意大利科学家伽利略在1638年出版的著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》中论述了建筑材料的力学性质和梁的强度，首先用公式表达了梁的设计理论。英国科学家牛顿在1687年总结了力学三大定律，它们是土木工程设计理论的基础。瑞士数学家欧拉在1744年出版的《曲线的变分法》建立了柱的压屈理论，为分析土木工程结构物的稳定问题奠定了基础。1825年纳维建立了土木工程中结构设计的容许应力法；19世纪末里特尔等人提出了极限平衡的概念。这为土木工程的结构理论分析打下了基础。1824年英国人阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利权，1850年开始生产。20世纪初，有人发表了水灰比等学说，才初步奠定了混凝土强度的理论基础。1859年发明了贝塞麦转炉炼钢法，使钢材得以大量生产，并广泛应用于土木工程。1867年法国人莫尼埃用铁丝加固混凝土制成花盆，并推广到工程中，建造了一座蓄水池，这是应用钢筋砼的开端。1875年，他主持建造了第一座长16m的钢筋砼桥。土木工程在铁路、公路、桥梁建设中得到了大规模发展；

1825年在英国人斯蒂芬森在英格兰北部斯托克顿和达灵顿之间修筑了世界第一条长21km的铁路，1863年在伦敦又建造了世界第一条地下铁道。（3）现代土木工程从第二次世界大战结束到目前。

功能要求多样化公共建筑和住宅建筑要求；工业建筑要求核工业、海洋工程、航空航天等高新技术的要求城市建设立体化向高空发展；向地下发展交通工程快速化高速公路大规模兴建；高速铁路迅速发展；机场建设的规模和速度前所未有一些典型的工程实例建筑工程高层建筑台北101大厦2004年，101层，高508m

上海环球金融中心

2008年，101层，高492m

上海金茂大厦1999年，88层，高421m

香港国际金融中心Ⅱ2003年，88层，高415m

吉隆坡石油双塔1996年，95层，高452m

深圳信兴广场大厦1996年，69层，高384m

广州中信广场1996年，80层，高391m加拿大多伦多电视塔高549m，为世界之冠上海东方明珠电视塔1995年，高468m，居世界第三

莫斯科电视塔，1967年，高537m，居第二位；吉隆坡电视塔，高421m，居第四位；天津电视塔，高406m，居第五位；北京电视塔，高380m，居第六位。桥梁工程日本明石海峡大桥1998年，主跨1991m，世界第一中国润扬长江大桥

2005年，跨度1490m，世界第三丹麦的大贝尔特东桥，跨度1624m，世界第二英国的恒伯尔桥，主跨1410m，世界第四江阴长江大桥，主跨1385m，世界第五，1999年香港青马大桥，主跨1377m，世界第六，1997年四川万县长江混凝土拱桥,拱跨420m；1997年

上海卢浦大桥钢拱桥全长3900m拱跨达550m

2003年隧道工程

1）山区隧道目前世界上最长的是挪威的山岭隧道，全长25.8km；中国西康线秦岭隧道，长达18.457km；中国京广线大瑶山隧道，全长14.295km；青藏铁路风火山隧道，全长1338m，海拔4904m2）海峡隧道3）越江隧道

上海复兴东路隧道内景水利工程

瑞士大狄克桑斯坝目前世界上最高的重力坝，高285m中国三峡大坝由大坝、水电站、通航建筑三大部分组成，为世界最大的水利工程坝。长3035m，坝高185m，总装机容量为1820万kW。青藏铁路三岔河大桥青藏铁路最高的桥桥高50m，海拔3800m武汉的轻轨列车上海磁悬浮列车2003年我国的道路工程核电站及海洋工程秦山核电站我国的一座海洋采油平台土木工程的功能化、城市建设的立体化、交通运输的高速化必然使得构成土木工程的三个要素：材料、施工、理论出现了新的发展趋势：建筑材料的轻质高强化其中发展迅速的是普通混凝土向轻骨料混凝土、加气混凝土和高性能混凝土方向发展。抗压强度由20~40Mpa提高到60~100Mpa。一批轻质高强材料如铝合金、建筑塑料、玻璃钢也得到迅速发展；同时也要重视环保节能材料的研究和发展。施工过程中的工业化、装配化现代化砼搅拌站钢筋混凝土泵送的记录！世界上最高的摩天大楼，混凝土灌注量达160000立方米之巨。为确保连续泵送并达到385米这样一个高度，采用六台超高压混凝土泵及六根分离式布料杆灌注混凝土。设计理论的精确化、科学化主要表现在理论分析由线形到非线形分析；由平面分析到空间分析；由单个到系统的综合整体分析；由静态到动态分析；由经验定值分析到随机分析；由数值分析到模拟实验分析；由人工手算、人工做比较方案、人工制图到计算机辅助设计、计算机优化设计、计算机制图等。土木工程学的学科理论如可靠性理论、土力学和岩体力学理论、结构抗震理论、动态规划理论、网络理论将得到迅速发展。土木工程专业及学习建议土木工程专业的培养目标培养适应社会主义现代化建设需要、德智体全面发展、掌握土木工程学科的基本理论和基本知识、获得土木工程工程师基本训练、具有创新精神的高级工程科学技术人才，毕业后能从事土木工程设计、施工与管理工作，具有初步的工程规划与研究开发的能力。具体要求

（1）知识要求

基本理论

基础理论主要包括高等数学、物理和化学；

应用理论包括工程力学(理论力学，材料力学)、结构力学、流体力学(水力学)、土力学与工程地质学等。

土木工程的专业知识与技术包括土木工程结构(如钢结构、木结构、混凝土结构、砌体结构等)的设计理论和方法、土木工程施工技术与组织管理、房屋建筑学、工程经济、建设法规、土木工程材料、基础工程、结构检验、土木工程抗震设计等。具体要求

（1）知识要求

相关知识：给水排水、供暖通风、电工电子、工程机械等

技能或工具：工程制图、工程测量、材料试验与结构试验、外语及计算机在土木工程中的应用等。

（2）能力培养的要求自学能力综合解决问题的能力创新能力协调、管理能力土木工程专业的教学形式与学习建议课堂教学

实验教学

设计训练设计是综合运用所学知识，提出自己的设想和技术方案，并以工程图及说明书来表达自己的设计意图，在根本上培养学生自主学习、自主解决问题的能力。

施工实习就业范围建设单位(房地产公司)（1）提出使用要求，编制设计任务书；（2）确定土地使用范围；（3）保证落实建设资金；（4）通过招标发包，选择设计、施工单位。勘察单位（北京勘察设计院）（1）勘察测量房屋所在地段的地质和地形；