土木工程概论(第四版)罗福午刘伟庆(武汉理工大学出版社)讲义

土木工程（专业）概论学习笔记一、土木工程专业培养目标和人才素质要求1、土木工程是建造各类土建工程设施的科学技术的统称。它既指与人类生活、生产活动有关的各类工程设施，也指应用材料、设备为这些工程设施所进行的勘察、设计、施工、检测、维修等工程技术活动。2、土木工程要解决的问题：（1）形成人类活动所需要的、功能良好和舒适美观的空间和通道，这是土木工程的根本目的和出发点；（2）能够抵御自然或人为的作用力，这是土木工程之所以存在的原因；（3）充分发挥所采用的材料的作用；（4）通过有效的技术途径和组织管理手段，利用社会所能提供的物资设备条件，“好、快、省”地组织人力、物力、财力，把工程设施建造成功，付诸安全耐久的使用，这是土木工程的最终归宿。3、土木工程一般包括两个方面：（1）技术方面：勘察、测量、设计、施工、监理、开发；（2）管理方面：制定政策和法规、企业经营、项目管理、施工组织、物业管理。4、土木工程的基本属性：（1）社会性，表现为土木工程随社会不同历史时期的需求和科学技术水平的提高而发展，同时也受社会政治、经济、资源、能源和环境等条件的约束；（2）综合性，表现为土木工程是运用多种生态资源和各类科学技术，进行开发、勘测、设计、施工、维护、管理的综合成果；（3）实践性，表现为土木工程是在实践中形成和发展的，实践使土木工程不断得到创新，是土木工程学科理论不断得到发展；（4）实用经济美观统一性，表现为土木工程必须符合人民的物质和精神需求，力求土木工程的建设成果既实用经济，又美观悦目；（5）建造过程单项性，表现为土木工程一般按建设单位的设计任务书和招投标要求单项进行设计、单项进行施工。5、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，掌握土木工程相关学科的基本原理、知识和方法，获得土木工程师基本训练的，具有创新精神的高等工程技术专门人才；毕业后能从事土木工程的设计、施工和管理工作，具有初步的规划和研究开发能力。6、科学是关于自然、社会和思维的知识体系。 技术是根据生产实践经验和自然科学原理发展成的各种生产工艺、作业方法和操作技能的总称。 工程是开发应用科学的知识和技术的手段，在物质、经济、人力、政治、法律和文化限制内满足社会需求的一种有创造力的建设实践。有创造力的实践是工程的本质。工程师是从事工程活动的技术家，工程师的核心职能是革新和创造。7、工程师有三种类型：技术实施型、研究开发型、工程管理型。工程师的职责是：（1）能够以科技知识和实际经验为公众的福利服务作为自身的专业职务；（2）应该以保障社会、资源和环境的可持续发展作为自身的社会责任；（3）以合理的人力、财力、物力和时空条件作为自身完成任务的价值约束；（4）以恪守许可的法律政策、本行业的行为标准作为自身的行动准则；（5）以忠诚的事业心、责任感、执着追求新发展作为自身的职业风范。8、人的素质是指人在先天生理基础上，受后天环境和教育的影响，通过自身的认识和实践，养成比较稳定的基本品质。它大体有以下4个方面：（1）认知和学识方面，既要博也要精，它们是素质的根本；（2）意识和才能方面，是对现实的思维反应，并有自觉行动的能力，它们是素质的核心；（3）情感和品德方面，表现为正确处理与社会、事业和他人的关系，是素质的灵魂；（4）体魄和心理方面，表现为身心健康、学风纯正，是素质的基础。9、培养素质的主要途径：（1）充分利用学校设备和学习条件，严谨、勤奋的学习；（2）努力参与多种教学、研究和工程实践，提高自己的实践意识和动手能力；（3）自觉培养自主性学习的能力，勤于思考，敢于探索，勇于创新；（4）积极参加集体活动，承担社会工作；（5）养成运动习惯，注意劳逸结合，加强心理修养；（6）关心国家大事，注视国际和国内科技发展的新动向；提高自身素质，适应时代和社会进步新潮流。二、土木工程的发展简史1、土木工程学是指运用数学、物理、化学等基础科学知识，力学、材料等技术科学知识以及土木工程方面的工程技术知识来研究、设计、修建各种建筑物和构筑物的一门学科。建筑物是指供人们进行生产、生活或其他活动的房屋或场所。构筑物是指人们一般不直接在内进行生产、生活活动的工程设施。2、古代土木工程有很长的时间跨度，大致从新石器时代（约公元前5000年起）开始至17世纪中叶。古代土木工程具有代表性的有：（1）中国黄河流域的仰韶文化遗址和西安半坡村遗址；（2）埃及帝王陵墓建筑群吉萨金字塔，建于公元前27世纪；（3）公元前7世纪至明朝修筑的万里长城；（4）约公元前256年公元前251年的战国时期修建的四川都江堰大型引水枢纽，它是世界历史上最长的无坝引水工程；（5）公元532-537年建造的土耳其伊斯坦布尔索菲亚大教堂；（6）公元590-608年建造的隋代敞肩式单孔圆弧弓形石拱桥赵州桥；（7）公元1056年建造的山西应县木塔，是保存至今的唯一木塔，也是我国现存的最高的木结构之一；（8）中国历代封建王朝建造的大量宫殿和庙宇建筑都是木构架结构；（9）西欧各国以意大利比萨大教堂和法国巴黎圣母院为代表的教堂建筑，都采用了砖石拱券结构。古代土木工程缺少理论上的依据和指导，只有一些经验总结和形象描述土木工程的著作：我国公元前5世纪的考工记，北宋李诫在公元1100年编写成书的营造法式，意大利文艺复兴时期阿尔贝蒂著的论建筑。3、近代土木工程的跨度为从17世纪中叶至20世纪中叶的300年间。4、近代土木工程的主要特征：（1）有力学和结构理论作为指导；（2）砖、瓦、木、石等建筑材料得到日益广泛的适用，混凝土、钢材、钢筋混凝土以及早期的预应力混凝土得到发展；（3）施工技术进步很大，建造规模日益扩大，建造速度大大加快。5、近代土木工程具有重大意义的事件：（1）1638年，意大利学者伽利略出版关于两门新科学的谈话和数学证明，论述了建筑材料的力学性质和梁的强度，首次用公式表达了梁的设计理论。（2）1687年，英国科学家牛顿总结的力学三大定律是土木工程设计理论的基础。（3）1744年，瑞士数学家欧拉出版的曲线的变分法建立了柱的压屈理论，得到计算柱的临界受压力的公式，为分析土木工程结构物的稳定问题奠定了基础。（4）1825年，纳维建立了土木工程中结构设计的“容许应力分析法”；19世纪末里特尔等人提出的“极限平衡”的概念。为土木工程的结构理论分析打下了基础。（5）1824年，英国的阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利权，1850年开始生产，使混凝土在土木工程中得到广泛应用。20世纪初，水灰比等学说初步奠定了混凝土强度的理论基础。（6）1859年发明了贝塞麦转炉炼钢法，使钢材得以大量生产。（7）1867年，法国的莫尼埃用铁丝加固混凝土制成花盆，这是钢筋混凝土的开端。（8）1883年，“摩天楼之父”詹莱建造的住宅保险大厦是世界上最先用铁框架承受全部大楼里的重力，外墙仅为自承重墙的高层建筑。（9）1886年，美国人杰克逊首先用预应力混凝土制作建筑配件，1930年法国工程师弗涅希内将高强度钢丝用于预应力混凝土，克服了因混凝土徐变造成所施加的预应力完全丧失的问题，使预应力混凝土得到广泛应用。（10）1906年美国旧金山大地震，1923年日本关东大地震推动了结构动力学和工程抗震技术的发展。6、现代土木工程的特点：首先是社会经济建设对土木工程提出日益复杂和高标准的要求；其次是土木工程的材料、施工和设计理论，以及工程教育的理论出现了新的发展趋势。7、现代社会经济建设的发展对土木工程的要求，表现为以下3个方面：（1）土木工程功能化，即土木工程日益同它的使用功能或生产工艺紧密结合。（2）城市建设立体化，20世纪以来城市建设有3个趋向，即高层建筑大量兴起，地下工程高速发展，城市高架公路、立交桥大量涌现。（3）交通运输高速化，其标志是：高速公路的大规模修建，据不完全统计，21世纪初全世界有60多个国家拥有总长约170000公里的高速公路；铁路电气化的形成和大量发展，1964年10月，世界铁路营运史上的第一条高速铁路日本东京至大阪的新干线建成，行车时速达到210千米每小时；长距离海底隧道的出现。8、材料、施工和设计理论以及工程教育理论新的发展趋势是：（1）建筑材料的轻质高强化，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，钢材向低合金、高强度方向发展。（2）施工过程的工业化、装配化，土木工程的施工出现工厂生产构配件、组合体，现场拼装的方式。（3）设计理论的精确化、科学化，理论分析由线性分析到非线性分析，由人工到计算机辅助，土木工程学的学科理论迅速发展。（4）工程教育理念的工程化，工程教育从侧重“工程技术教育”进步到侧重“工程学科教育”。三、土木工程中的材料1、土木工程材料的重要性质（1）物理性质：容积密度材料在自然状态下单位体积的质量；密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量；与水有关的性质含水率、吸水性、透水性、抗冻性；材料的热工性质导热性、耐火性、收缩膨胀。（2）力学性质：强度在外力作用下抵抗破坏的能力；变形承受形状改变的能力；弹性外力去除后仍能回复原装的性质；塑性外力去除后不能恢复原装保持变形后的性质；韧性材料受冲击能够承受很大变形不致破坏的能力。（3）耐久性质2、土木工程材料按其自身组织的不同分为金属材料和非金属材料，金属材料分为黑色金属和有色金属，非金属材料分为无机材料和有机材料。按材料在土木工程设施中所起的作用和功能分，可分为：承重材料、围护材料、装饰材料、胶结材料。3、在所有土木工程材料中，最为主要和大宗的是钢材、混凝土、木材和砌体。4、钢材有低碳钢和低合金钢。最常用的类型有型材、板材、管材和线材。钢材的容积密度为7850kg/m3，低碳钢在结构设计中的抗拉和抗压设计强度约为215N/m，低合金钢的抗拉和抗压设计强度为310-380N/m。钢材的优点是材质均匀、强度高、塑性好，便于加工安装；但耐火性差、易于锈蚀、维护费用高。5、混凝土有水泥混凝土、轻混凝土、沥青混凝土等。混凝土的容积密度为2400kg/m3，钢筋混凝土的容积密度为2500kg/m3，沥青混凝土的容积密度为2000kg/m3。结构用水泥混凝土的强度等级一般为C20-C40，甚至可达到C60-C80（C20为边长150mm立方体试块的极限压应力为20N/m，以此类推）。C20-C40混凝土在实际受压构件中抗压设计强度为10-20N/m，抗拉设计强度为1.1-1.7N/m。混凝土抗拉强度低，混凝土结构一般为混凝土和钢筋组成的钢筋混凝土结构。6、木材常用的有原木、方木、条木、板材，还有木质人造板和胶合木。杉（松）木的容积密度为400-500kg/m3（500-700kg/m3）松木顺纹抗拉设计强度为8-10N/m，顺纹抗压设计强度为10-16N/m，在承重结构中不允许木材横纹受拉。7、砌体有石砌体、实（空）心砖砌体、中小混凝土块砌体、硅酸盐块砌体等，砌体的强度都很低。常用砖砌体的抗压强度只有1.5-3.5N/m,抗拉强度仅有0.1-0.2N/m。石砌体的容积密度为2400-2600kg/m3，实心砖砌体的容积密度为1900kg/m3。8、就我国国情来看，在土木工程中应用最广泛的是钢筋混凝土。钢材多用于高层、大跨、重型建筑物，大跨度桥梁，铁路工程和大直径管道工程，是土木工程用材的发展方向。木材主要用于木屋盖、木模板、枕木、门窗、家具和建筑装修。砌体用于中小型房屋和桥梁，以及涵洞、挡土墙等构筑物。近年来，组合结构得到很大发展。四、土木工程中的力学和结构概念1、转动效应称为力矩（土木工程中习称弯矩），可以量化为重力值和悬挂点到重力作用线的垂直距离的乘积Fidi表示。当顺时针和逆时针两个方向转动效应之和为零时，处于转动平衡；装置上向下的重力和悬挂点处的反作用力相等，装置处于不移动的静止状态，称之为移动平衡。2、对任何一个土木工程而言，力有外力、内力、反力之分。所有土木工程结构都处于外力、反力和内力作用下的平衡状态，承受的内力有以下5种和他们之间的组合：（1）产生拉伸变形的是拉力，一般用+N表示；（2）产生压缩变形的是压力，一般用-N表示；（3）产生弯曲变形的是弯矩，一般以M表示；（4）产生剪切变形的是剪力，一般以V表示；（5）产生扭曲变形的是扭矩，一般以Mt表示。3、直接施加在土木工程结构上的外力是由荷载引起的。土木工程中的荷载大体有以下三类（一般以KN、KN/m或KN/计）：（1）永久荷载，指在使用期间永久施加在结构上，其值不随时间变化的荷载，也称恒载。承重结构的自重、围护结构的重力以及固定装置的重力就是恒载。恒载一般以构件的体积乘以所用材料的容积密度确定。此外，埋置在地下的、挡土的和隧道的工程设施所承受的土压力和围岩压力也是恒载。在建筑物中，承重结构的恒载占总荷载的50%-70%。（2）可变荷载，指在使用期间施加在结构上的值随时间变化的荷载，也称活载。活载有：使用活载包括楼面活载、屋面活载；车辆活载；风载；雪载等（3）偶然荷载，指在使用期间不一定出现，一旦出现其值很大且持续时间很短的荷载，如撞击荷载、爆炸荷载。4、因间接施加影响引起结构受力的作用，以以下三种类型出现：（1）约束变形作用，以温差作用为典型。（2）外加变形作用，以地基的沉陷作用为典型。（3）惯性作用，以地震作用为典型。地震作用的大小除了和工程设施质量有关外，还和地面运动的强烈程度（地震烈度）以及结构的动力特性（结构的刚性程度）有关。地震作用以水平方向为主，总水平地震作用为其总重的5%-8%。5、承受由荷载和作用在结构中产生的内力的是结构的构件。一般说来结构的基本构件有以下几种：（1）板，有较大的平面尺寸但厚度较小的平面构件，通常水平方向设置，承受垂直于板面的荷载，以受弯矩为主；（2）梁，承受垂直于其纵轴方向荷载的线形构件，以受弯矩和剪力为主；（3）柱，承受平行于其纵轴方向荷载的直线形构件，以受压力和弯矩为主；（4）墙，受平行或垂直于墙面方向的竖向平面构件，前者以受压力为主，后者以后弯矩和剪力为主；（5）杆，承受轴向力的直线形构件，多用于组成桁架结构或网架；（6）拱，承受沿其纵轴平面内荷载的曲线形构件，以受压力、弯矩和剪力为主；（7）壳，一种曲面形具有很好空间传力性能的构件，以受压力为主；（8）索（9）膜，只能承受拉力。以墙为主体的称为墙体或筒体结构；以梁、柱组成构架为主体的称为框架结构；将杆组成桁架或网架为主体的称为桁架结构或网架结构；以拱、壳或索分别为主体的，称为拱结构、壳体结构或钢索结构；以多块平板折叠或空间折板为主体的，称为空间折板结构。在桥梁工程中常见的是梁式桥、拱式桥、刚构桥、悬索桥和斜拉桥。6、结构受力后，结构所采用材料的每个单位面积上的受力，称为“应力”，以表示；每个单元发生的相应变形称为“应变”，以表示。以均匀承受压力F，截面面积为A，长度为l的轴向受压构件为例，其压应力=F/A，同时该构件有l的压缩变形，其压缩率称为压应变=l/l。7、常见的土可以分为：岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土。各类土的承载力大体为100-400KN/（0.1-0.4N/m）。8、基础既是结构和地基的连接件，又是结构的一部分，也称下部结构。它的设置要考虑上部结构的形式、规模、用途、荷载大小与性质，也要考虑下部地质条件、土层分布、土的性质和地下水情况。因搁置深度不同，基础可分为浅基础和深基础。浅基础有独立基础、条形基础、筏形基础和箱形基础，深基础有桩基础和沉井基础、沉箱基础。9、地基的土是由固体矿物颗粒、水和空气组成，称为土的三相，即固相、液相和气相。地基承载力是指在保证地基稳定的条件下，地基压缩变形控制在房屋容许范围内时，地基单位面积上所能承受的最大荷载。单位是KN/或Kpa。为了弄清地基的实际承载力和预计房屋沉陷的状态，应掌握各土层的基本物理力学性能，如土的天然松散密度、天然含水量以及反映土松密程度的压缩性能指标孔隙比、密实度、塑性性能等。10、土木工程的任何结构都应该具有以下四项预定功能：（1）能承受正常施工和使用时可能出现的各种内力；（2）在正常使用时具有良好的工作性能；（3）在正常维护下具有足够的耐久性能；（4）在偶然事件发生时能保持必须的稳定性。“安全、适用、耐久”三者缺一不可，安全第一。11、结构的失效有以下几种现象：（1）破坏，指结构或构件截面抵抗作用的能力不足以承受作用效应的现象；（2）失稳，指结构或构件因长细比过大而在不大的作用力下突然发生的作用力平面外的极大变形的现象；（3）发生影响正常使用的变形；（4）倾覆或滑移；（5）结构所用材料丧失耐久性。12、优质的土木工程具有以下特色：（1）在应用上，要充分满足空间和通道的多项使用要求；（2）在安全上，要完全符合承载、变形、稳定的持久需要；（3）在造型上，要能够与环境、规划和建筑艺术融为一体；（4）在技术上，要力争体现科学、技术和工程的新发展；（5）在建造上，要合理用材、节约能源、与施工实际紧密结合。13、为了安全可靠的目的，在结构设计中必须做到：（1）结构承受荷载后的内力结构的承载力；（2）结构承受荷载后的变形（扰度、侧移、沉陷）变形的允许值。五、建筑工程概述1、对房屋的基本要求是：实用、美观、经济。2、房屋的建设过程：（1）初步设计阶段：建设部门提出使用要求，勘察部门提供勘察资料，由设计人员进行。包括：初步设计构思；明确各种功能要求；形成总体设计方案。（2）施工图阶段，包括：处理协调各设计工种的技术问题；进行各设计工种的细部设计；绘制施工图，撰写设计说明书，完成总体设计。（3）施工阶段，包括：将施工图和设计说明书交付施工部门，设计人员向施工人员交底；实施施工，并由工程监理人员进行工程质量和工程进度的监督；竣工，房屋落成，交付使用。3、在建设过程中，各部门和人员需解决的问题：建设部门需解决的问题：（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，选择设计和施工部门。勘察部门需解决的问题：（1）勘察测量房屋所在地区的地质和地形、地貌；（2）提供地质和水文资料，以及该地区的地形地貌图；（3）提出不良地基的处理方案；（4）提出房屋基础设计的建议。施工部门需解决的问题：（1）施工组织设计和落实现场布置；（2）确定施工技术方案，选用主要施工设备；（3）工程材料的购置、检验和使用，熟练技工和劳动力的组织；（4）确保安全、工程质量和工程进度。建筑师需解决的问题：（1）与地区的规划协调，进行房屋体型和周围环境设计；（2）合理布置和组织房屋的室内空间和人流路线；（3）解决采光、隔音、隔热、防冻、防震等技术问题；（4）艺术处理和室内外装饰。结构工程师需解决的问题：（1）确定房屋结构的荷载，选用结构的材料；（2）选用结构体系和结构型式；（3）解决结构承载力、变形、稳定、地基沉降等技术问题；（4）解决各种结构构件间的连接构造，对施工提出建议。设备工程师需解决的问题：（1）确定水源和给排水系统；（2）确定热源和供热、制冷和空调系统；（3）确定电源和照明、弱电、动力用电系统；（4）使给排水、供热、供电系统和建筑、结构的设计布置协调一致。4、土木工程专业人员在勘察、设计和建造房屋的过程中，首先遇到的基本问题：（1）要弄清房屋所在的位置土地的表面现状，即地形；（2）要了解房屋所在位置地面以下的土质情况，即地基；（3）要掌握房屋所经受的自然界和人为的荷载和作用；（4）要熟悉建造房屋所采用的材料；（5）要懂得房屋结构的组成，即结构的构件、受力和失效；（6）要清楚属于房屋工程的建筑物和构筑物有哪些结构型式和建筑物有哪些类别。5、按建筑物的使用性质分，有居住建筑、公共建筑、商业建筑、文教卫生建筑、工业建筑、农业建筑。按建筑物结构所采用的材料分，有生土结构、木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土组合结构、钢结构、张拉整体结构、膜结构。按组成房屋主体结构的型式和受力系统即结构体系分，有承重墙结构、板-柱结构、框架结构、筒体结构、错列桁架结构、拱结构、壳体结构、折板结构、网架结构、悬挂式结构（钢索结构）、巨型桁架和巨型框架结构。6、明代以前的生土古迹有：古烽火台、古城墙及秦汉古长城残段、大型古墓及古窟寺。生土建筑从材料结构和构造方面分，有黄土窑洞、土坯拱窑洞、砖石掩土窑洞、夯土墙、土坯墙即草泥垛墙；从房屋营建和使用功能上分，有窑洞民居、生土建筑民居、以生土材料建造的各类公用建筑物和构筑物。现代夯土建筑已成为实现绿色建筑、可持续建筑最为有效的途径之一。对传统夯土建筑结构的技术改造主要集中在以下几个方面：（1）夯土材料的改良及其优化，提高夯土墙体和强度指标和耐久性能；（2）采用现代气动、电动夯土工具，以提高夯制工具的夯击力；（3）采用现代夯筑模板体系，提高夯筑效率；（4）通过在夯土墙体中加入竖向和水平约束构件或加强夯土墙体与房屋楼盖的构造连接，提高夯土建筑结构的防灾安全性能。7、木结构是将原有木材经过齿形连接、螺栓连接、钉连接、键连接或胶连接，形成各种形式的结构，如木桁架、木网架、木拱等。最常用于房屋工程的是木桁架。木梁的跨度为8-10m，木屋架、木刚架的跨度可达18-30m，木网架状筒拱或壳体结构的跨度可达80-150m。目前中国最高的木结构建筑师是山西应县木塔。1981年，美国华盛顿州建成的塔科马体育馆的主体结构为胶合木穹顶结构，是当时世界上最大的木结构穹顶。现代木结构建筑大多采用工程木。工程木主要分为：胶合层积木和结构复合木材。结构复合木材分为：单板层积材、平行木片胶合木、层叠木片胶合木、定向刨花板和木质工字梁。8、砌体可分为无筋砌体和配筋砌体。常见的无筋砌体有：烧结普通砖和烧结多孔砖砌体、蒸压粉煤灰和蒸压灰砂砖砌体、混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体、石砌体；配筋砌体分为：配筋砖砌体和配筋砌块砌体。古代砌体结构建筑物有：埃及胡夫金字塔、土耳其伊斯坦布尔的索菲亚大教堂、古希腊的巴台农神殿、巴黎圣母院。巴黎圣母院是著名的哥特式教堂建筑，采用以柱墩骨架、券拱和飞扶壁等组成的砖石框架结构。中国古代砌体建筑结构有明代的南京灵谷寺无梁殿，是以砖拱券为主体结构；陕西泾阳的崇文宝塔是目前国内第一砌体结构高塔。近代20世纪以前，世界上最高的现代砌体结构办公用楼房是1891年在美国芝加哥建成的莫纳德洛克大楼。当前，高强砖砌体、配筋砖砌体或空心砖砌体、配筋混凝土块材以及混凝土和砖组合砌体已成为常用的砌体结构材料。20世纪50年代以来，我国的砌体建筑结构经历了又砖砌体配筋砖砌体大型振动砖壁板配筋混凝土砌块砌体的发展过程。9、混凝土结构包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构。混凝土结构是土木工程建筑的主要结构类型。1903年在美国辛辛那提建成的英格尔大楼时世界第一幢混凝土结构高层建筑。1908年建成的上海电话公司大楼时我国最早的钢筋混凝土框架结构。目前，世界上最高的钢筋混凝土结构建筑是马来西亚的石油双塔大厦，第二的是美国芝加哥的特朗普国际酒店大厦。法国巴黎国家工业与技术展览中心大厅的钢筋混凝土薄壳结构是当前世界上混凝土结构中跨度最大的公共建筑。10、钢结构建筑物是以钢材作为主要承重材料的建筑物，钢结构常用于跨度大、高度大、荷载大、动力作用大的各种建筑和土木工程结构中。初始应用铁类金属做成的建筑结构构件时铸铁柱和熟铁梁。1772年建成的英国利物浦圣安妮教堂是最早成功采用铸铁结构构件的范例。我国是最早用铁建造结构的国家之一，如建于南汉朝的广州光孝塔东铁塔，建于宋朝的玉泉寺塔。目前世界上最高的全钢结构建筑是美国芝加哥的威利斯大厦（原名西尔斯大厦），1931年建成的纽约帝国州大厦是世界全钢结构建筑物第二高。芝加哥的约翰汉考克大厦为最早的巨型桁架结构。1993年建成的日本福冈体育馆，其直径222米的屋盖是世界上最大的球面网壳。国家体育场（鸟巢）是巨型空间马鞍形钢桁架编织式鸟巢结构。南京奥林匹克体育中心主体育场的钢桁架主拱是世界上跨度最大的拱。11、钢-混凝土组合结构建筑物是采用钢构件和钢筋混凝土构件（或钢-混凝土组合构件）共同组成结构体系所形成的建筑物。目前，世界上最高的的建筑物是钢-混凝土组合结构体系的哈利法（迪拜）塔，除高度外，还有办公楼层最多、混凝土泵送高度最大、电梯速度最快，该塔采用核心筒+剪力墙+端部柱的结构体系。中国台北金融大厦在钢-混凝土组合结构建筑物中是高度排全球第三、中国第一的。上海环球金融中心是我国内地最高、世界第四的组合结构建筑物，采用了外筒为巨型桁架筒体、内部为钢筋混凝土筒体的筒中筒结构。南京紫峰大厦是内地第二高的钢-混凝土组合结构建筑物，是带加强层的框架核心筒混合结构体系，采用型钢混凝土柱、钢梁和钢筋混凝土核心筒。香港中国银行大厦是“大型立体支撑体系”组合结构，该建筑在受力上的独到之处有：（1）采用几何不变的轴力杆代替几何可变的弯曲杆来抵抗水平荷载，经济有效；（2）多片平面支撑体系组成立体支撑，可承受水平荷载和竖向重力荷载，抗倾覆能力强；（3）最大柱布置在四角，抗倾覆力臂最大；（4）多个钢构件连接节点复杂，用型钢混凝土组合柱，简化节点构造；（5）混凝土参与受压，降低造价，有利于抗倾覆和侧移。12、张拉结构是由一系列受拉的直线形或曲线形索及相应构件所组成的承重结构，属于承受张拉力的结构。膜结构是用多种高强薄膜材料和加强构件通过一定方式使其内部产生一定的预拉应力，形成一种作为屋盖结构的空间形状并能承受一定的外荷载的空间结构型式。膜结构可分为气承式膜结构和张拉式膜结构。薄膜材料主要有玻璃纤维布、塑料薄膜、金属编织物等，使用最多的是玻璃纤维布。薄膜材料之间可用熔接、粘接或缝合3种方法连接。北京工人体育馆建成于1961年，是我国早期张拉结构的代表。目前世界上张拉结构和悬索结构中跨度最大的是美国亚特兰大乔治亚穹顶。我国国家游泳中心水立方是世界上面积最大、功能要求最复杂的膜结构体系。1997年建成的上海八万人体育场是当时国内跨度最大、悬挑长度最长和覆盖面积最大的体育场，也是我国首次在大型永久性建筑上采用膜结构。13、特种构筑物也称特种结构，指房屋、地下建筑、桥梁、隧道、水工结构以外的具有特殊用途的工程结构。包括：贮液池、烟囱、筒仓、水塔、挡土墙、深基坑支撑结构、电视塔和纪念性构筑物等。目前世界上容量最大的水塔是瑞典马尔默水塔，容量10000立方米，最高的水塔是科威特水塔。电视塔为筒体悬臂结构或空间框架结构，由塔基、塔座、塔身、塔楼和桅杆等组成。目前世界上最高的电视塔是日本东京的天空树，高度为634米。中国最高的电视塔是广州的新电视塔，又称海心塔，高610米。六、地下工程概述1、建筑在岩石中、土中或水底以下的工程设施统称地下工程，包括：工业建筑工程、民用建筑工程、交通工程、矿山工程、水利工程、军事工程和各种公用服务性设施。地下工程设施可以构筑成隧道形式，也可以采用棋盘式和房间式布置。地下工程设施的特点：（1）它必然承受着四周岩层和土层传来的压力，称围岩压力或岩体压力；（2）岩层和土层具有良好的抗爆、抗震能力和良好的热稳定性和密闭性。地下工程设施与岩土层接触处必须有衬砌结构，衬砌结构的材料一般为钢筋混凝土或砖、石，最适宜的衬砌外形介于圆形和蛋形之间。人类在原始时期就利用天然洞穴作为群居、活动场所和墓室，但更多的局限于帝王贵人的陵墓和人类居住的窑洞。2、根据使用目的，地下工程设施分为：居住设施、公共设施、功能设施、生产设施、交通设施、贮藏设施、防灾人防设施、军事设施。根据周围环境材料不同，分为岩石地层中的地下工程、土质地层中的地下工程。按规模大小，分为小型地下工程和大型地下工程。3、地下居住建筑规模最大、分布最广的地区是我国西北部黄土高原，主要形式是传统的窑洞，一类是崖窑，也称靠山式窑洞；一类是下沉式窑洞。覆土住宅是指在平地上或开挖的地基上，用常规方法建造住宅，在结构工程完工后，屋顶和外墙面积的50%以上用一定厚度的土覆盖，其余部分仍然外露的一种半地下式住宅。4、隧道是修筑在岩体、土体或水体的，两端有出入口的，供车辆、行人、水流及管线等通过的通道，包括交通运输方面的铁路、道路、水（海）底隧道和各种水工隧道。隧道有以下特点：（1）它是交通运输线路穿越天然屏障的有效方法；（2）穿越的地质条件复杂多变，遇到的意外情况多，工程定位、设计、施工方法都必须随时作相应的调整；（3）施工作业面窄，可容纳的劳动力和机械设备都受到限制，对工业化、机械化施工要求高；（4）造价昂贵。隧道分为铁路隧道、道路隧道和水底隧道。5、铁路隧道由洞口路堑、洞门、洞身衬砌结构和隧道内外附属构筑物组成。世界上最长的铁路隧道是瑞士于2010年10月建成的，全长57KM6、按道路隧道所处的位置，道路隧道分为山岭道路隧道、水底道路隧道和城市道路隧道。道路隧道要尽量设计成直线，隧道内的纵坡不宜大于3.5%，也不应小于0.3%。目前世界上最长的公路隧道是位于挪威西部地区的洛达尔隧道，全长24.51千米。第二长的公路隧道是陕西秦岭终南山隧道，全长18.02千米。7、世界上最长的海底隧道是日本的青函隧道，全长53.85千米；第二长的是英吉利海峡隧道，全长50.5千米；第三长的是中国胶州湾海底隧道，全长7.8千米。我国第一条水下公路隧道是上海黄浦江打浦路隧道，全长2761米。水底隧道较典型的横断面是矩形和圆形。七、桥梁工程概述1、桥梁工程是指桥梁勘测、设计、施工、养护和检定等的工作过程，以及研究这一过程的科学和工程技术。在工程投资规模上，桥梁工程占工程总造价的10-20&。2、桥梁由四个基本部分组成，即上部结构、下部结构、支座和附属设施。上部结构是在线路中断时跨越障碍的主要承重结构，是桥梁支座以上跨越桥孔的总称。下部结构包括桥墩、桥台和基础。桥墩和桥台是支承上部结构并将其传来的恒载和车辆等活载再传至基础的结构物。基础是桥墩和桥台的奠基部分。支座是设在墩（台）顶，用于支承上部结构的传力装置。附属设施包括桥面系、伸缩缝、桥台搭板、锥形护坡、交通与机电工程设施。3、按照受力体系划分，桥梁由梁、拱、索三大基本体系，其中梁式桥以受弯为主，拱式桥以受压为主，悬索桥以受拉为主。在受力上具组合特征的桥型有刚架桥和斜拉桥等。4、梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，与同样跨径的其他结构体系相比，梁桥内产生的弯矩最大，需用抗弯、抗拉能力强的材料建造，如钢、钢筋混凝土、钢-混凝土组合结构。对中小跨径桥梁，在公路上应用最广的是标准跨径的钢筋混凝土简支梁桥，其常用跨径在25m以下，在跨径较大时，需采用预应力混凝土简支梁桥，但跨度一般不超过50m。5、拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。拱结构在竖向荷载作用力下，桥墩和桥台将承受水平推力。在地基条件不适合修建具有很大推力的拱桥的情况下，也可建造水平推力由受拉系杆来承受的系杆拱桥。按照行车道处于主拱圈的不同位置，拱桥分为上承式拱桥、中承式拱桥和下承式拱桥。6、刚构桥的主要承重结构是梁（板）与立柱（或竖墙）整体结合在一起的刚架结构。刚架桥有门式刚构桥、T型刚构桥、连续刚构桥、斜腿式刚构桥。7、悬索桥（也称吊桥）是用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构，其刚度最小，属柔性结构。8、斜拉桥由塔柱、主梁和斜拉索组成。它的基本受力特点是：受拉的斜拉索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其他荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。塔柱基本上以受压为主。苏通大桥号称最大主跨、最高桥塔、最深基础、最长拉索。9、按桥梁全长和跨径不同分为特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞。公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）按跨径分类标准如下：桥涵分类涵洞小桥中桥大桥特大桥多孔跨径总长（m）8L30单孔跨径（m）510、根据结构形式，桥墩分为实体（重力）式桥墩、空心式桥墩、构架式桥墩和桩（柱）式桥墩。桥台有实体式桥台和埋置式桥台；桥梁基础有：刚性扩展基础，是桥梁实体式墩台浅基础的基本形式，主要特点是基础外伸长度与基础高度的比值必须不大于1：（1.25-1.5），桩基础；沉井基础；沉箱基础。八、道路工程概述1、现代交通运输系统由铁路、道路、水运、航空及管道五种运输方式组成。按其所处位置、交通性质和使用特点，道路可分为：公路、城市道路和其他道路。2、公路是指连接城市、乡村和工矿基地等，主要供汽车行驶的具备一定技术条件和设施的道路。按其功能可分为干线公路、集散公路和地方公路；按其行政管理属性可分为国道、省道、县道和乡村公路四个行政等级；按其功能和适应的交通量可分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路五个技术等级。3、城市道路是指在城市规划区内的道路、广场和停车场（不包括街坊内部道路），是城市必需的交通设施，由各城市规划部门负责规划，市政建设部门负责建造、管理和养护。按其在城市路网中的地位、交通功能及城市规模、设计交通量等因素可分为快速路、主干路、次干路和支路。除公路和城市道路外，道路还包括厂矿道路、林区道路和风景区道路。4、道路工程是以道路为对象进行规划、设计、施工、养护与管理的全过程，以及其科学技术和工程实体的总称。它是土木工程的重要分支。我国于1912年修建第一条汽车公路湖南长沙至湘潭的公路。滇缅公路时我国最早采用沥青表面处理路面的公路，是我国公路机械化施工的开始。5、道路的组成可分为道路线形和道路结构两大部分。道路线形是指道路在空间的几何形状和尺寸，简称路线。常用路线平面线形、纵断面线形和道路横断面来表示。6、道路平面线形由直线、圆曲线和缓和曲线三种线形要素构成。缓和曲线的线形有回旋形、三次抛物线和双纽线等，常用的是回旋线形式。道路平面线形的组合形式有：简单形、基本形、卵形、S形、凸形、复合形等。道路平面线形设计的主要任务是根据汽车形式的横向稳定性、行车轨迹、驾驶员的视觉和心理、线形美观、工程经济性、环境保护与协调等方面的要求，合理确定道路平面线形三要素的几何参数，力求线形的连续和均衡，使线形与地形、地物、环境和景观等相协调。7、道路纵断面线形由直坡段、竖曲线组成，竖曲线分为凸形竖曲线和凹形竖曲线。道路纵断面线形设计包括纵坡设计和竖曲线设计两项。8、道路交叉口分为平面交叉口和立体交叉口两大类。平面交叉口的交通管理方式有：无交叉优先、主路交叉优先和信号控制交叉等，其类型有加铺转角式、分道转弯式、拓宽路口式和环形交叉等。立交可分为分离式和互通式两大类。9、道路由路基、路面、桥涵、隧道、其他交通工程及沿线设施构成。10、路基是道路行车部分路面的基础。路基工程包括路基本体工程、路基排水工程、路基防护和加固建筑以及修筑路基必需的改河、改沟工程等。一般公路路基修建投资占公路总投资的25-45%，个别山区公路可达65%。路基横断面的典型形式有路堤、路堑和半挖半填三种类型。路基的几何尺寸主要由路基宽度、路基高度和边坡坡度三者构成。路基宽度取决于公路技术等级；路基高度取决于地形和纵断面线形设计；边坡坡度取决于土质、地质、水文与水文地质条件、路基高度和横断面经济型等因素。路基结构应满足三个基本要素：（1）；路基必须平顺，具有足够的宽度和上方界限；（2）路基必须坚固、稳定；（3）路基的修筑，要求技术上合理、经济上合算、建筑周期尽可能短，并与有关工程相协调。11、路面是用筑路材料铺在路基顶面，供车辆直接在其表面行驶的一层或多层的道路结构层。路面结构在道路造价中所占比重约为30%。路面时一种层状结构，各类路面结构可分为面层、基层和垫层三个层次。面层应具有足够的结构强度和良好的温度稳定性，要求耐磨、抗滑、平整和不透水。基层主要起承重作用，应具有足够的强度。垫层起排水、隔水、防冻、防污或扩散荷载应力的作用。按面层材料的不同，路面可分为沥青路面、水泥混凝土路面、沥青贯入碎（砾）石、沥青碎（砾）石、沥青表面处治路面、砂砾石路面。按技术条件及面层类型不同，可分为高级路面、次高级路面、中级路面和低级路面。按路面结构的力学特性和设计方法的相似性，路面可分为柔性路面、刚性路面、半刚性路面。12、路面应满足四个基本要求：（1）功能性好，指能提供快速、安全、舒适和经济的车辆行驶表面。它和路面的平整度、车辆悬挂系统的振动特性和人对振动的反应或接受能力三个因素有关，最主要的影响因素是路面的平整度。（2）结构性能好，指路面在使用过程中受到行车荷载和环境等因素的作用不出现断裂或裂缝类、永久变形类、耗损类损坏。（3）耐久性好，指路面能达到预定的损坏状况之前能承受行车荷载作用的次数或使用年限。（4）安全性好，指路面表面的抗滑能力。如车辙深度超过10-13mm，车辆高速行驶会出现飘滑现象。13、路面设计的主要内容：（1）路面结构层的选择和组合方案的提出；（2）各结构层混合料的组成设计；（3）各结构层的厚度设计；（4）方案的工程经济性分析和比选，确定实施方案。14、涵洞按结构形式可分为圆管涵、箱涵、盖板涵和拱涵；按涵顶填土情况可分为明涵和暗涵（涵顶填土大于50cm）。15、其他交通工程设施及沿线设施应按照“保障安全、提供服务、利于管理”的原则进行设计和修建，占总投资的5-10%。16、高速公路是指具有四个或四个以上车道，设置有中央分隔带，全部立体交叉并全部控制出入的专供汽车高速行驶的公路。我国公路工程技术标准（JTGB01-2003）将高速公路定义为：专供汽车分向分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。我国高速公路的设计时速一般采用80、100、120Km/h，在特殊的局部路段，经论证，该路段的设计时速可以采用60Km/h。1988年建成的沪嘉高速公路是我国大陆建成的第一条高速公路。17、高速公路具有以下特点：（1）分道分向行驶，行车速度高；（2）全部控制出入；（3）通行能力大；（4）交通事故率低、安全性较好；（5）运输效率高。18、我国高速公路建设存在以下问题：（1）投资大、造价高、建设周期长；（2）生态环境破坏严重，对环境影响大；（3）收费管理体制不完善；（4）路面病害严重；（5）部分高速交通量大，出现拥堵现象。19、城市道路与公路分界线为城市规划区的边界线。城市道路一般由下列内容组成：（1）车行道，包括机动车道和非机动车道；（2）路侧带，包括人行道、设施带、路侧绿化带；（3）分隔带；（4）交叉口和交通广场；（5）停车场和公交停靠站；（6）道路雨水排水系统；（7）其他设施，包括渠化交通岛、安全护栏、照明设备、交通信号等。20、城市道路具有以下特点：（1）功能多样，组成复杂；（2）行人、非机动车交通量大；（3）道路交叉口多；（4）沿路两侧建筑物密集，建筑物与道路相互协调的问题突出；（5）景观艺术要求高；（6）城市道路规划、设计影响因素多；（7）政策性强。九、铁路工程概述1、世界上第一条蒸汽机车牵引铁路是英国在1825年建造的斯托克顿至达灵顿铁路。我国最早的一条铁路是1865年英国商人在北京宣武门外修建的，仅0.5Km长，我国第一条自行设计、自行施工的是京张铁路。2006年7月，被誉为“离天最近的铁路”和“世界上最高的铁路”青藏铁路开通试运营。我国的高速铁路建设始于1999年所建的秦沈客运专线。2、铁路由线路、路基和线路上部建筑组成。铁路工程设施还有桥梁、涵洞、隧道、排水系统、车站设施、机务设备、电力供应等。铁路分为四个等级：I级铁路是指在路网中起骨干作用的，或近期年客货运量大于或等于20Mt的铁路；II级铁路是指在铁路网中起联络、辅助作用的，或近期年客货运量小于20Mt，且大于等于10Mt的铁路；III级铁路是指某一地区或企业服务的铁路，近期年客货运量小于10Mt，大于等于5Mt的铁路；IV级铁路是指某一地区或企业服务的铁路，近期年客货运量小于5Mt的铁路。铁路的设计年度分为近期和远期，近期为交付运营后第10年，远期为交付运营后第20年。1Mt=100万吨。3、铁道工程是指铁路上各种土木工程设施和修建铁路各个阶段所运用技术和管理的总称。4、铁路线路在平面上由直线和曲线组成，曲线采用圆曲线，并在圆曲线和直线之间插入缓和曲线。铁路线上在某区段上限制货物列车重量的坡度，称作限制坡度。5、铁路的路基是铁路线路承受轨道和列车荷载的地面结构物，可分为路堤、路堑和半路堤半路堑3种基本形式。6、铁路线路上部建筑包括钢轨、轨枕、道床和道岔。线路上部建筑的强度和稳定性取决于钢轨类型、轨枕类型和密度、道传类型和厚度等因素。根据主要运营条件，将轨道分为特重、重、中和轻型5个等级。我国生产的标准钢轨有： 70Kg/m、60Kg/m、50Kg/m、43Kg/m、38Kg/m等5种，两条钢轨间的标准轨距为1435mm，误差不超过+6mm和-2mm。轨枕应具有足够的强度、弹性和耐久性。轨枕主要有木枕和预应力混凝土轨枕两种。每千米线路上铺设轨枕的数量应根据运量及行车速度等运营条件确定，一般在1520-1840根之间。轨枕越多表明轨道的强度越高。道床是铺设在路基顶面上的道渣层，主要线路应采用碎石道砟道床。路基为非渗水性时，宜采用双层道床。道岔是铁路线路、线路间连接和交叉设备的总称，最常用、最简单的线路连接设备室普通单式道岔，它由转辙器、转辙机械、辙叉、连接部分和岔枕所组成。7、铁路工程设计的主要内容有：（1）在经济上论证所设计线路在