第二章土木工程的对象和范畴建筑、公路、桥梁

1、第二章 土木工程的对象和范畴土木工程概论土木工程土木工程的系统性土木工程的系统性、综合性建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段，需要运用工程地质勘察、水文地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑设备、工程机械、建筑经济等学科和施工技术、施工组织等领域的知识以及电子计算机和力学测试等技术。因而土木工程是一门范围广阔的综合性学科。建设项目勘察设计施工建筑工程建筑工程是土木工程的重要组成部分服务于城乡建设，建造各类房屋建筑的总称对象：城乡各类房屋建筑主要任务：解决结构问题，注重建筑结构的安全性、适用性、耐久性需要技能：了解、掌握土木工程材料的性质与使用范围，掌握结构

2、分析与设计知识，具备绘制施工图技能，能按照施工图进行施工组织010203建筑工程的对象和主要内容政府监管总体规划、法律、法规、规范一个建设项目从计划建设到建成投产，一般要经过建设决策、建设实施和交付使用三个阶段。共有三方进行建设活动。建筑工程的甲方建设项目的业主：明确项目的建设用途与目的向政府报批建设项目在政府监管下获得土地资源筹集建设资金负责项目招投标：规划、勘察、设计、施工、监理乙方第三方建筑工程的乙方测量（测设、测绘）规划勘察建筑设计结构设计建筑设备施工建筑工程的第三方监理检测安全监察建筑工程的主要内容规划工程建设从规划开始城镇规划、区域规划、小区规划等规划主要规定整体或区域的功能、定位

3、、特点、建筑布局单体建筑的设计必须符合整体规划要求，在建筑风格、体量、尺度、位置等方面与规划相协调只有通过规划审批的建设方案才能正式开始建筑设计建筑工程的主要内容建筑设计根据建筑的用途和使用要求，对建设空间进行合理组合与分隔根据美学、区域规划的原则，确定建筑的风格、体量、尺度综合考虑气候、地理地貌、地质、资源、环境等因素建筑工程的主要内容结构设计建筑结构：由建筑材料按一定的方式构成，并能承受载荷作用而起骨架作用的部分，称为建筑工程结构，简称结构为建筑选择、采用合理的结构体系，保证营建的建筑在使用期间能经受各种载荷和偶然作用，使其完成预定各种功能。利用数学、力学等进行分析结构设计前，地质勘查工作

4、必须先行，了解场地的地质结构、岩土分布、地下水分布、岩土承载力等技术资料材料科学与技术：以满足结构设计、建筑功能需求为前提建筑设备设计：满足建筑使用功能砌体、框架、网架、薄壳、拱、筒体、悬挂、桁架砌体、混凝土、钢、组合、膜、生土、木住宅、文卫、工业、农业、商业、公共建筑分类结构材料建筑工程应用的材料很多，但广泛应用的结构材料主要有：混凝土、钢、砌体三种主要的结构形式：混凝土结构、钢结构、砌体结构、（组合结构）单层厂房、多层建筑、大跨建筑单层建筑、多层建筑单层建筑、多层建筑，填充其他结构墙体钢-混凝土结构超高层建筑0102竖向结构受力体系：重力载荷，抵抗水平力作用（刚度）组成：框架、剪力墙、筒体

5、、矩形框架水平结构受力体系：保证结构跨度和建筑空间组成：板、梁、拱结构体系建筑空间竖向结构受力体系竖向结构受力体系中，除了要考虑结构的承载力和刚度因素外，还要考虑结构的整体空间作用和受到各种水平作用的安全性实际结构都是由横向、纵向的竖向受力构件组成空间结构水平结构受力体系空间很小时，一个平板即可作为水平受力构件随着空间的增大，跨度的增加，需要增加一些梁作为板的支撑，交叉梁跨度越大，水平构件的高度也随之增大，建筑净空就会减小，建筑的载荷增加为了增大跨度，减少载荷，桁架结构的应用桁架结构中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。由于

6、大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。 土木工程 交通工程交通工程是土木工程的重要组成部分，主要包括道路工程、铁道工程等。道路：供各种车辆和行人通行的工程设施道路工程：以道路为对象进行的规划、设计、施工、养护、管理工作的全过程及其工程实体的总称。道路按照其使用的特点分为：公路、城市道路、厂矿道路、林区道路、乡村道路等。公路：联络城镇、乡村和工矿基地之间，主要供汽车行驶并具备一定技术标准和设施的道路。城市道路：通达城市的各地区，供城市内交通运输及行人使用，便于居民生活、工作及文化娱乐活动，并与市外道路连接负担着对外交通的道路。厂矿道路：是为工厂、矿山、油田、港口、仓库等企业服务的道路林区

7、道路：建在林区，主要供各种林业运输工具通行的道路。乡村道路：建在乡村、农场，为了方便农业生产和生活，主要供行人及各种农业运输工具通行的道路。道路公路的分类道路按功能和适应的交通量，可分为：a、高速公路：专门为汽车分向、分车道行驶，并应全部控制出入的多车道公路。多为四车道（日均2500055000辆）、六车道（日均4500080000辆）、八车道（日均60000100000辆）。b、一级公路：为汽车分向分车道行驶并根据需要控制出入的多车道公路。多为四车道（日均1500030000辆）、六车道（日均2500055000辆）c、二级公路：为供汽车行驶的双车道公路（日均500015000辆）。d、三级

8、公路：为主要供汽车行驶的双车道公路（日均20006000辆）。e、四级公路：为主要供汽车行驶的双车道或单车道公路。双车道（日均2000辆以下）、单车道（日均400辆以下）公路的分类根据行政等级分国家干线公路：具有全国性政治、经济意义的主要干线公路。包括国际公路、国防公路、联结首都和各省。自治区首府和直辖市的公路，联结各大经济中心、港站枢纽、商品生产基地和战略要地的公路。省干线公路：联结省内中心城市和重要经济区的公路，以及不属于国道的省内重要公路。县公路：联结全县主要乡镇和重要经济区的公路，以及不属于国道、省道的县际公路。乡公路：主要为乡镇内部经济、文化、行政服务的公路，以及不属于县道以上公路的

9、乡与乡之间或乡与外部联络的公路。等外级公路：等外公路是指1979年公路普查时，已确定的未达到或未能全部达到国家公路技术标准的公路。从1980年以后，新增加的不符合公路工程技术的公路里程，不再统计上报。（专用公路）：专用公路是由工矿、农林等部门投资修建，主要为该部门使用的公路，分别称为厂矿公路、林区公路等。道路的基本组成公路主要由线路、路基、路面、附属设施组成。线路：道路的位置、形状和尺寸路基：路基是公路的基本结构，是支撑路面结构的基础，与路面共同承受行车荷载的作用，同时承受气候变化和各种自然灾害的侵蚀和影响。路基结构形式可以分为：填方路基（路堤）、挖方路基（路堑）和半填半挖路基三种形式。路面：

10、路面是铺筑在公路路基上与车轮直接接触的结构层，承受和传递车轮荷载，承受磨耗，经受自然气候和各种自然灾害的侵蚀和影响。对路面的基本要求是具有足够的强度、稳定性、平整度、抗滑性能等。路面结构一般由面层、基层、底基层与垫层组成。路面的分类依据道路承受荷载时工作特性的不同将其分为柔性路面、刚性路面和半刚性路面三种。柔性路面：荷载作用下产生的弯沉变形较大、抗弯强度小，在反复荷载作用下产生累积变形。柔性路面主要包括各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎(砾)石面层或块石面层组成的路面结构。刚性路面：指的是刚度较大、抗弯拉强度较高的水泥混凝土路面。半刚性路面：用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎(砾)石及

11、含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层，在前期具有柔性路面的力学性质，后期的强度和刚度均有较大幅度的增长，但是最终的强度和刚度仍远小于水泥混凝土。由于这种材料的刚性处于柔性路面与刚性路面之间，因此，把这种基层和铺筑在它上面的沥青面层统称为半刚性路面。高速公路高速公路属于高等级公路。中国交通部公路工程技术标准规定，高速公路指“能适应年平均昼夜小客车交通量为25000辆以上、专供汽车分道高速行驶、并全部控制出入的公路”。各国尽管对高速公路的命名不同，但都是专指有4车道以上、两向分隔行驶、完全控制出入口、全部采用立体交叉的公路。交通限制，汽车专用分隔行驶沿线封闭，控制出入高标准线型设施完善通行能力大行

12、车安全运输成本低铁道工程铁路上的各种土木工程设施，同时也指修建铁路各阶段(勘测设计、施工、养护、改建)所运用的技术。铁路由钢轨、轨枕、道床、道岔、连接零件等组成钢轨 钢轨是铁路轨道的主要组成部件。它的功用在于引导机车车辆的车轮前进，承受车轮的巨大压力，并传递到轨枕上。钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面。在电气化铁道或自动闭塞区段，钢轨还可兼做轨道电路之用。 钢轨的重量分类：75kg/m、60、50、43、38. 钢轨的长度分类：12.5、25、50、75、100m四种，六种用于弯道的缩短轨道轨枕轨枕又称枕木，也是铁路配件的一种。只不过现在所用材料不仅仅是木材，因此叫轨枕更加科学。

13、 轨枕既要支承钢轨，又要保持钢轨的位置（轨距和方向），还要把钢轨传递来的巨大压力再传递给道床。它必须具备一定的柔韧性和弹性，硬了不行，软了也不行。列车经过时，它可以适当变形以缓冲压力，但列车过后还得尽可能恢复原状。 无砟轨道，是指采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构统称为无砟轨道。其轨枕本身是混凝土浇灌而成，而路基也不用碎石，钢轨、轨枕直接铺在混凝土路基上。无砟轨道是当今世界先进的轨道技术，可以减少维护、降低粉尘、美化环境、而且列车时速可以达到200公里以上。 道床道床是轨道的重要组成部分，是轨道框架的基础。道床通常指的是铁路轨枕下面，路基面上铺设的石碴（道碴）垫层。主要

14、作用是支撑轨枕，把轨枕上部的巨大压力均匀地传递给路基面，并固定轨枕的位置，阻止轨枕纵向或横向移动，大大减少路基变形的同时还缓和了机车车辆轮对对钢轨的冲击，便于排水。 桥梁工程架设在江河湖海或其他障碍上，使车辆行人等能顺利通行的建筑物，称为桥。桥梁工程指桥梁勘测、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，它是土木工程的一个分支。桥梁一般由上部结构、下部结构和附属构造物组成，上部结构主要指桥跨结构和支座系统；下部结构包括桥台、桥墩和基础；附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等。 桥梁的分类按跨径大小：特大桥、大桥、中桥、小桥总跨径是指多孔桥梁中各孔净跨径的总

15、和，也称桥梁孔径，它反映了桥下宣泄洪水的能力。桥梁的分类按桥面系和上部结构的相对位置：上承式、中承式、下承式根据容许建筑高度的大小和实际需要，桥面可以布置在桥跨结构的不同位置。桥面系设置在桥跨主要承重结构（桁架、拱肋、主梁等）上面的桥梁，称为上承式桥。 桥面系设置在桥跨主要承重结构（桁架、拱肋、主梁等）中部的桥梁，称为中承式桥。桥面系设置在桥跨主要承重结构（桁架、拱肋、主梁等）下部的桥梁，称为下承式桥。中、下承式桥较多用于大跨径的肋拱桥，一般在桥梁建筑高度受到严格控制时考虑。桥梁的分类按桥梁的主要用途：公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、农桥、人行桥、军用桥、运水桥桥梁的分类按结构体系分：梁式桥、

16、拱桥、缆索承重体系桥、组合体系桥梁梁式桥：用梁或桁架梁作主要承重结构的桥梁。拱桥：在竖直平面内以拱作为结构主要承重构件的桥梁缆索承重体系桥：悬索桥、斜拉桥。悬索桥：又名吊桥,指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥两端）的缆索（或钢链）作为上部结构主要承重构件的桥梁。在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小活载所引起的挠度变形。斜拉桥:斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。组合体系桥梁:由拱和梁、桁架或钢架等两种以上基本结构体系组合而成梁式桥拱桥悬索桥悬索桥事故1940年，美国华盛顿州的塔科玛峡谷上花费640万美元，建造了一座主跨度853.4米的悬索桥。建成4个月后，于同年11月7日碰到了一场风速为19米/秒的风。虽风不算大，但桥却发生了剧烈的扭曲振动，且振幅越来越大（接近9米），直到桥面倾斜到45