土木工程第一章

1、土木工程概论土木工程概论第一章第一章综述综述本章内容1.1 历史简述历史简述1.2 土木工程的重要性土木工程的重要性1.3 土木工程的建设和使用土木工程的建设和使用1.4 土木工程中的抗灾土木工程中的抗灾1.5 城市建设城市建设1.6 土木工程现状和我国现阶段达到的水平土木工程现状和我国现阶段达到的水平1.7 土木工程与可持续发展土木工程与可持续发展1.8 关于城市地下空间的开发和利用关于城市地下空间的开发和利用 1.9 保护生态环境保护生态环境 1.10 伟大的战略部署伟大的战略部署1.11 展望展望1.1 1.1 历史简述历史简述（一）土木工程的定义（一）土木工程的定义 中国国务院学位委员

2、会在学科简介中定义： 土木工程是建造各类工程设施的科学技术的总称，它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、设备所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等技术。 41. 地上：房屋建筑工程，道路工程，铁路工程，桥梁工程，给排水工程，机场工程2. 地下：隧道工程 ，矿山工程，陵墓3. 水中：水利工程（运河、大坝、水库等），港口工程，海洋工程。 房屋建筑房屋建筑水利工程水利工程隧道工程隧道工程5（二）土木工程发展历史（二）土木工程发展历史1.1. 古代土木工程古代土木工程2.2. 近代土木工程近代土木工程3.3. 现代土木工程现代土木工程61.时间跨度-旧石器时代（

3、公元前5000年起）-17世纪中叶，没有设计理论，靠经验，材料自然，工具简单2.古代土木工程几种典型的结构形式-砖、石、木。3.中西古建筑之特点：中国多以木构架加砖墙为主，而西方大多是砖石结构。 原因是什么？4.代表性工程介绍 (建筑) 应县木塔，佛光寺祖师塔 (水利) 都江堰水利工程古代土木工程7古代土木工程古代土木工程- -山西应县木塔山西应县木塔 应县木塔位于山西省应县 西 街 北 侧 ， 建 于 公 元1056年，因塔身全部用木质构成，俗称木塔。塔为楼阁式，用优质松木建成，高66米，底层直径30米，平面呈八角形。塔刹高10米，结构设计精巧，具有抗震、防灾、防火和防雷能力，保存至今已近千

4、年，国内外现存最古老最高大的木结构塔式建筑 。8古代土木工程古代土木工程- -山西佛光寺祖师塔山西佛光寺祖师塔 在山西省五台县五台山的佛光寺内。祖师塔建于北魏孝文帝时期（公元471-499年），是创建佛光寺的初祖禅师的墓塔，塔身用青砖砌成,高约八米,呈六角平面，砖结构。 9古代土木工程古代土木工程- -万里长城万里长城 始建于2000多年前的春秋战国时期，最初用粘土和乱石建造，秦朝统一中国之后联成万里长城。汉、明两代又曾大规模修筑，世界奇迹。 长城是为了防备北方游牧民族的工事。两道平行的城墙，中间用土填满、夯实。主要用砖石砌筑10古代土木工程古代土木工程- -埃及金字塔埃及金字塔 金字塔是古埃

5、及的国王法老的陵墓。其中，胡夫的金字塔规模最大，建筑技巧高超。塔身的石块之间，没有任何水泥之类的粘着物，而是一块石头叠在另一块石头上。每块石头都磨得很平，至今已历时数千年，人们也很难用一把锋利的刀刃插入石块之间的缝隙，所以能历数千年而不倒，这不能不说是建筑史上的奇迹。11古代土木工程古代土木工程- -赵州桥赵州桥 河北省赵县，是世界桥梁史上第一座单孔弧形石拱桥，距今已有1400年的历史。赵州桥全长64米。通体为巨大花岗岩石块组成，28道独立石拱纵向并列砌筑组成单孔孤形。桥大拱两端之肩上又各设两个小拱，这些敞开的小拱减轻桥身重量的同时，又起到了减少流水冲力、加速畅洪的作用，设计可谓非常科学合理。

6、单孔弧形石拱桥121.近代土木工程的时间跨度： 17世纪中叶第二次世界大战前后。2.这一时期土木工程的特点： 有力学和结构理论作为土木工程的设计指导；砖、瓦、石、木等建筑材料得到广泛应用；混凝土和钢筋混凝土、钢材、预应力混凝土得到发展；施工技术、施工机械、施工规模进步很快，施工速度加快。3.推动土木工程的发展具有重大意义的几件大事：近代土木工程近代土木工程131关于两门新科学的对话的发表（公元1638年） 意大利物理学家和天文学家伽利略在公元1638年发表了关于两门新科学的对话，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 力学三大定律（公元1687年）英国科学家牛顿在

7、公元1687年总结出了力学三大定律，为土木工程的力学分析奠定了基础。3曲线的变分法（公元1744年）瑞士数学家欧拉于公元1744年出版了曲线的变分法，建立了柱的压屈理论，得到柱的临界应力公式，为分析土木工程结构物的稳定问题奠定了基础。4 波兰特水泥的出现（公元1824年）英国人阿斯普丁取得了“波兰特”水泥的专利权，1850年开始生产。145许用应力分析法（公元1825年） 法国科学家纳维建立了土木工程结构设计的许用应力分析法，19世纪末，里特尔等人又提出了极限平衡分析的概念，他们都为土木工程结构理论打下了基础。6 转炉炼钢法（公元1859年）贝塞麦转炉炼钢法出现，使得钢材大量应用于土木工程之中

8、，促进了土木工程的发展。7 钢筋混凝土（公元1867年）法国人莫尼埃发明了钢筋混凝土，钢筋混凝土开始应用于土木工程中。8 钢筋混凝土楼板和预应力混凝土楼板的出现公元1886年，美国人杰克逊应用钢筋砼制作楼板并应用预应力混凝土制作配件。苏伊士运河 法国艾菲尔铁塔芝加哥家庭保险公司大厦近代土木工程案例近代土木工程案例16现代土木工程现代土木工程1.现代土木工程的时间跨度 第二次世界大战后至今的五十余年时间。2.现代土木工程特点 （1）功能要求多样化 （2）城市建设立体化 （3）交通工程快速化 （4）工程设施大型化17现代土木工程案例现代土木工程案例世界第一悬索桥：主桥全长3911米，主跨1991米

9、，跨越日本神户市和淡路岛之间的明石海峡。這座大橋可以抗8.5級地震，而且在每秒風速為80米的暴風下仍然可以確保安全。18长大隧道工程长大隧道工程国外：1、瑞士圣哥达新铁路隧道-57km，世界最长，2016年建成2、英吉利海峡隧道-50.3km，三条长50km的平行隧洞组成，总长度153km 中国：1、大瑶山隧道-最长双线电气化铁路隧道全长14295米 2、二郎山隧道-隧道主洞长4176m，开工时是国内长度最长，埋藏最深，地应力最大，地质极为复杂的山岭公路隧道。19201.2-3土木工程的重要性以及建设与使用土木工程的重要性以及建设与使用一 土木工程的重要性 1 与人们的衣、食、住、行息息相关；

10、 2 与国家的工业建设密不可分；二 土木工程建设1 工程建设程序：可行性论证-初步设计-（技术设计）-施工图设计-施工建设21三. 土木工程使用 很多发达国家中，建筑工业总投资的40%以上用于修复和维护。所以工程建设以后的关键是注意维护，主要有以下几个原因： （1）材料性能的降低：木材，钢筋，水泥; （2）结构的耐久性变化：使用寿命缩短，存在缺陷，外力作用。工程结构的加固维护有许多新的课题值得研究.221.41.4土木工程中的抗灾土木工程中的抗灾一.土木工程中的灾害分类： 中国是一个灾害深重的国家，而以下灾害也是世界性的灾害。（1）地震； （2）水灾； （3）火灾；（4）地质灾害；（5）风灾；

11、 （6）海洋灾难;（7）核泄漏； （8）战争等等。23二.灾害原因 自然原因：自然灾害 社会原因：污染，噪声，交通事故，工矿生产活动等三. 地震及地震预报（1）地震的危害:百年来全世界发生的7级以上地震中，我国占35。1986年来大陆进入了第五个地震高潮期。 建筑物倒塌,道路塌陷，水电通讯的中断等; 次生灾害-煤气泄漏、水，火，海啸等;（2）地震预防措施： 地震预报；抗震设计241976年7月28日3时42分，在河北省唐山、丰南一带，发生了7.8级强烈地震，这次地震造成24万多人丧生。 被震毁的唐山市胜利桥被震毁的唐山市胜利桥 25汶川5.12地震 8级强震。这是新中国成立以来破坏性最强、波及

12、范围最大的一次地震。 截至2008年9月25日12时，四川汶川地震已确认有69227人遇难，374643人受伤，失踪人数为17923人。直接经济损失8452亿元人民币。 26 阪神地震：1995年1月17日，7.2级阪神地震，共造成6000多人死亡，3万多人受伤，数十万人无家可归，经济损失近1000亿美元。关东地震： 1923年9月1日，日本关东地区发生里氏7.9级大地震，造成14万人死亡，近30万座建筑化为瓦砾和灰烬。日本是一个地震多发国家，每天约有300次地震发生。27孟家拉国：孟家拉国：1987年7月，孟加拉国经历了有史以来最大的一次水灾。造成2000多人死亡，2万公里道路及772座桥梁

13、和涵洞被冲毁，千万间房屋倒塌，受灾人数达2000万人。28 9.119.11恐怖袭击恐怖袭击国际上一种观点认为，虽然飞机冲撞对大楼确实造成了一定的破坏，但随后燃起的大火才是造成楼房倒塌的直接原因。 2001年9月11日，100多层、400多米高的世贸中心大厦变成了一堆六层楼高的废墟。29 地质灾害地质灾害：链子崖危岩体位于长江南岸，距三峡大坝仅25公里，被58条宽大裂缝所切割，形成了总体积达300多万立方米的危岩体。如滑坡体的八分之一滑入江中，将占据长江过水断面的45%到85%，严重阻碍或阻断航道。30 塔科马大桥：1940年11月7日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁。这一严重的桥梁事故，开始

14、促使人们对悬索桥结构的空气动力稳定问题进行研究。该桥主跨长853.4m，全长1810.56m，桥宽11.9m，而梁高仅1.3m。通过两年时间的施工，于1940年7月1日建成通车。但由于当时人们对柔性结构在风作用下的动力响应的认识还不深入，该桥的加劲梁型式极不合理（板式钢梁），导致在中等风速(19m/s)下结构就发生破坏。3132 历史上最大的海啸1960年，智利南部地震(9.5级) 引起的海啸波以700公里的时速，横扫了西太平洋岛屿。22小时后，袭击了1.7万公里外的日本本州和北海道，浪高4米，冲毁了码头和沿岸建筑。33切尔诺贝利核电站事故 于1986年4月26日发生在乌克兰境内的普里皮亚季市

15、，该电站第4发电机组爆炸，核反应堆全部炸毁，大量放射性物质泄漏，成为核电时代以来最大的事故。辐射危害严重，导致事故后前3个月内有31人死亡，之后15年内有6-8万人死亡，13.4万人遭受各种程度的辐射疾病折磨，方圆30公里地区的11.5万多民众被迫疏散。34土木工程抗灾中的优势土木工程抗灾中的优势 几乎所有灾害都与土木工程有关，而土木工程几乎对所有灾害都具有极强的积极主动性和不可替代性。（1）地震-建设上提高地震烈度，采取隔震减震措施；（2）洪水-溢洪、拦洪、泄洪和蓄洪工程；（3）滑坡泥石流-锚索加固和挡土结构；（4）火灾爆炸-防火隔墙；35（5）沙漠化-引水改造沙漠；（6）海啸飓风-修建防波

16、堤和拦水坝；（7）战争、核泄漏-防护结构、安全壳等等。 此外，还有灾后重建1.51.5城市建设城市建设一.城市化 世界人口增长较快，人口愈来愈向城市集中。1、日本东京：人口3670万；2、印度德里：人口2220万3、巴西圣保罗：人口2030万；4、印度孟买 ：人口2000万5、墨西哥首都墨西哥城人口1950万；6、美国纽约：人口1940万 7、中国上海：人口1660万；8、印度加尔各答：人口1560万9、孟加拉国达卡人口1460万；10、巴基斯坦卡拉奇：人口1310万二.城市建设与环境 四条线红线、绿线、蓝线和紫线；红线：道路红线，城市建设最基本的一条规划控制线；绿线：城市规划中的绿地控制线蓝

17、线：城市规划区内的水边缘紫线：城市规划区的历史文化遗迹所占地域线。三.水工业 全世界10亿人缺少符合标准的饮用水，30亿人缺少卫生的排水设施。1.6土木工程现状和我国现阶段达的水平土木工程现状和我国现阶段达的水平一.世界现状土木工程快速发展，出现了许多世界之最 1. 建筑高度被刷新 迪拜塔是世界第一高楼高度为828米，楼层总数162层，造价达15亿美元。 于2004年9月21日开始动工， 在2007年初开始已有玻璃帷幕安装，金属外墙于同年6月开始施装。2、世界最高电视塔东京天空树，是位于日本东京都墨田区的电波塔。由东武铁道株式会社和其子公司东武塔天空树共同筹建，于2008年7月14日动工，20

18、12年2月29日竣工，同年5月22日正式对外开放。其高度为634.0米，于2011年11月17日获得吉尼斯世界纪录认证为“世界第一高塔”。日本明石海峡大桥(主跨1 991 m)，全长3911米，主桥墩跨度1991米。两座主桥墩海拔297米，基础直径80米，水中部分高60米。两条主钢缆每条约4000米，直径1.12米，由290根细钢缆组成，重约5万吨。大桥于1988年5月动工。1998年3月竣工。3.世界最大跨度悬索桥：二.我国的土木工程达到的水平 我国的土木工程得到了飞速的发展，取得了许多举世瞩目的辉煌成就 1.铁路 中国铁路的营业里程截止到2012年底已达97625公里，其中青藏铁路建设客服

19、很多困难。 2.路桥：中国公路建设2000年末达到140万公里，高速公里104468公里，世界最大跨度钢拱桥:上海卢浦大桥（跨度550 m） 杭州湾跨海大桥 于2003年11月14日开工，2007年6月26日贯通，2008年5月1日启用。杭州湾跨海大桥是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥，北起浙江嘉兴海盐郑家埭，南至宁波慈溪水路湾，全长36公里。三峡大坝：三峡大坝工程包括主体建筑物及导流工程两部分，全长约2309m，坝高185m，工程总投资为4954.6亿元人民币，于1994年12月14日正式动工修建，2006年5月20日全线建成。建筑1.上海中心大厦，建筑主体为118层，地下五层。总高为632

20、米，世界第二高楼结构高度为580米，总工期2008-2014年，总投资148亿。2.台北101大厦：建筑总高度：509.2m.结构高度439.2m.世界第三高楼地上101层，地下5层。共106层。总工期19992003年。结构形式：钢筋混凝土结构总造价：580亿元新台币。471.7土木工程与可持续发展土木工程与可持续发展一. 什么是可持续发展可持续发展可在不牺牲后代满足其需要能力的条件下，满足当前的需要。英联邦政府的国家生态可持续发展战略将“可持续发展定义为“既可改善当前和未来的总体生活质量，又能维持人类生活赖以生存的生态进程的发展”。二. 可持续发展的世界性（1）可持续发展工程联盟组织（19

21、92）（2）地球宪章行动（1992）（3）21世纪议程（1992）48三.工程师在可持续发展中的作用 土木工程建造了维系我们生活方式的基础设施。土木工程师有重大影响的几个主要专业活动：公路、铁路、机场、海洋、水、能源、废弃物、建筑业。要了解可持续发展准则，要接受继续教育，以适应自己的工作；将长期的环境影响与代价包括在考虑到的可能的解决方案中。重新规定工程的责任，将可持续发展的原则统一到全世界工程组织的道德规范中；向公众解释可持续发展的原则，因为他们与工程师的工作息息相关。可持续发展的两个关键问题-资源利用与环境保护。工程师应在创新和规划与设计中起主导作用。1.8地下空间的开发和利用地下空间的开

22、发和利用地下铁路地下商场地下停车场地下体育馆地下影剧院地下厂房地下仓库人防工程1.9保护生存环境保护生存环境 一.地球上的10大环境祸患： (1)土壤破坏；(2)空气污染；(3)淡水受到威胁；(4)气候变化和能源浪费；(5)森林面积减少；(6)生物品种减少；(7)化学污染；(8)混乱的城市化；（9)海洋的过度开发和沿海地带的污染；(10)极地臭氧层空洞。归根结底主要为环境污染问题.51 二.土木工程在防治上述灾害中可以发挥积极作用： 例如废水污水的危害及处理-水质监测中心大楼，污水处理厂；城市垃圾的处理-城市垃圾填埋场等，抗灾害，绿化与碧水连天工程，抢救湖泊，抢救名胜，节约水资源，保护植被，防

23、止水土流失和保护湿地等等都与土木工程有着紧密的关系。52 三.中国的环境问题正在表现出新的特点： 污染程度加剧，已在较大范围内威胁到民众的基本生存。在河南省浚北县、江苏省盐城市、四川遂宁市、淮河流域的河南省沈丘县、重庆市合川县、广东韶关、天津市等，因为水污染严重而陆续出现多个癌症村；全国70%的河流水体受到严重污染；近700座城市中，三分之二被生活垃圾山所包围。1.10伟大战略部署伟大战略部署一.要求目标1.城镇建设有序发展新机制2.城镇建设与生态环境建设相协调、可持续发展3.基本建立城镇住房新体系4.形成基础建设投入产出良性循环机制5.基本建立公平竞争，健康有序的建筑市场6.健全法律法规，依

24、法进行建设活动二.南水北调东线工程：扬州 京杭大运河及与其平行的河道及洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖。出东平湖后分两路输水：一路向北，在位山附近经隧洞穿过黄河；另一路向东，通过胶东地区输水干线经济南输水到烟台、威海。 中线工程：丹江口水库陶岔渠首闸引水，沿唐白河流域西侧过长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口后，经黄淮海平原西部边缘，在郑州以西孤柏嘴处穿过黄河，继续沿京广铁路西侧北上，可基本自流到北京、天津。 西线工程：在长江上游通天河、支流雅砻江和大渡河上游筑坝建库，开凿穿过长江与黄河的分水岭巴颜喀拉山的输水隧洞，调长江水入黄河上游。561.11展望展望 土木工程是一门古老的学科，在历史上曾经取得过巨大的成就，人类社会的前进、科学技术的进步使土木工程面临新的挑战和发展机遇：1、生产生活方式的变化-信息技术的影响;2、航空、航天技术的发展-月球火星人类生存新空间拓展;3、资源问题-资源的合理配置与利用;4、环境保护问题-土木工程建设的环境意识.57一、重大项目将继续兴建向高、深方向发展-解决土