土木工程概论

土木工程：是建造各类工程设施的科学、技术和工程的总称。土木工程需要解决的问题：首先，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；其次，能抵御自然或人为的作用力；再次，充分发挥所采用材料的作用；最后，好、快、省地组织人力、财力和物力把所需要的工程设施建造成功，付诸使用。土木工程的四个基本属性：1.社会性；2.综合性；.实践性；4.技术、经济和艺术统一性。现代土木工程一般表现为以下几个方面：1.土木工程功能化；2.城市建设立体化；3.交通运输高速化。土木工程材料下列性质最重要：1.物理性质；2、力学性质；3.耐久性质。土木工程所用材料按其自身组织的不同可分为金属材料和非金属材料两大类。按材料在工程设施中所起的作用和功能分：1.承重材料；2.围护材料；3.装饰材料，4.胶结材料。钢材的优点：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、维护费用较高。混凝土的优点：可模型、耐久性、耐火性、整体性都较好，易于就地取材，价格较低，强度比砖、木材高，能和钢筋粘结做成各种强度高的钢筋混凝土结构；但其自重较大，施工比较复杂，工序多，工期长，易于产生裂缝。木材的优点：结构自重轻，制作容易，架设简便，工期长，造价便宜等优点，但也有易燃、易腐朽和结构变形大等缺点。砌体的优点:易于就地取材，价格低廉，施工简便，隔热保温性以及耐火耐久性好；但其强度很低导致结构笨重，而且粘土砖与农田争地，应限制使用。力是一种物体间有方向的相互作用，这种相互作用有使物体改变原有形状或改变运动方向，或者二者具有的效应。土木工程中的五中力：拉力、压力、弯矩、剪力、扭矩。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。（承重结构的恒载约占总荷载的50%—70%）可变荷载:指在使用期间施加在结构上得值随时间变化的荷载，也称活载。约束作用（以温差作用为典型）；外加变形作用（以地基的沉陷为典型）；惯性作用（以地震作用为典型）。承受由荷载和作用在结构中产生的内力的是结构构件。受结构传来荷载影响的土层或岩层称地基。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。结构的失效有以下几种现象：破坏、失稳、发生影响正常使用的变形、倾覆或滑移、结构所用材料丧失耐久性。土木工程设施中的结构是一个在空间和通道中用各种基本构件组合建成的有功能特征的机体，为土木工程设施的持久使用和美观需求服务，对生命财产提供安全保障。优秀的土木工程结构要求具有以下特色：1.在使用上，要充分满足空间和通道的多项实用要求；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。按建筑物使用类型分：住宅建筑、公共建筑、商业建筑、文教卫生建筑、工业建筑、农业建筑。按房屋结构所采用的材料分：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、薄膜充气结构。按筒体结构组成房屋主体结构的型式和受力系统，即结构体系分：承重墙结构、框架结构、错列桁架结构、拱结构、薄壳结构、折板结构、网架结构、悬挂式结构。索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，属于张力结构。索，一般采用高强度钢丝组成的钢绞线。钢丝束，也可采用圆钢筋。薄膜材料之间可用熔接、粘接和缝合连接。特种结构是指房屋、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。建筑在岩石中、土中或水底以下的工程设施统称地下工程。地下工程设施的特色:一方面是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；另一方面岩层和土层又都具有较好的抗爆、抗震能力和良好的热稳定性和密闭性。地下设施主要有以下几类：住宅设施、城市设施、生产设施、交通设施、贮藏设施、防火、人防设施、军事设施。隧道：是修筑在岩体、土体或水底的，两端有出入口的，供车辆行人、水流及管线等通过，包括交通运输方面的铁路、道路、水（海）底隧道和各种水工隧洞等。隧道的特点：1.它是交通运输线路穿越天然障碍的有效方法；2.穿越的地质条件复杂多变，遇到意外情况比较多，工程定位、设计、施工方法都必须随时作相应调整；3.施工作业面窄，可能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。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。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。隧道内的纵坡不宜大于3.5%，也不应小于0.3%。地下铁道:是指在城市地下由电力机车牵引的铁路，是解决大城市交通拥挤的大量、快速、安全运送乘客的现代化交通工具，在战争时还可以起到防护作用。地铁分为：浅埋地铁、深埋地铁、地面地铁路线段、高架地铁路线段。桥梁工程在工程规模上约占公路总造价的10%20%o现代桥梁的主要组成部分：桥垮结构、桥墩、桥台和桥梁基础。桥的种类：梁式桥、拱桥、桁架桥、刚架桥、悬索桥、斜拉桥。桥墩的类型：实体重力式、构架式桩或柱式。桥台的类型：实体式和埋置式。桥梁基础类型有：刚性扩展基础和桩基础、管柱基础、沉井基础、沉箱基础。道路根据其所在位置，交通性质、使用特点可分为公路、城市道路和专用道路。公路:是指连接城市与乡村的主要供汽车行驶的道路。城市道路:是指在城市范围内供车辆及行人通行的道路。专用道路:是指由工矿农林部门投资修建供部门车辆使用。道路由于受到自然环境与地理地貌的限制，在平面上有转折，在纵面上有起伏，它的中线是一条三维空间曲线称路线。道路的线形就是指道路中线在空间的几何形状和尺寸。可以用平面线形、纵断面线形来表示。路基是道路行车路面下的基础，由土石构成的带状的土工构筑物。路基应满足的要求：1.具有足够的承载力和刚度，具有足够的整体稳定性，3.具有足够的水温稳定性。路基横断面的典型形式有路堤、路堑和半挖半填路基。路面应满足的要求：1.功能性好；2.结构性好，3.耐久性好；4.安全性好。路面的结构层次：面层、基层和垫层。路面按面层材料不同，可分为沥青路面、水泥混凝土路面、块料路面和粒料路面。桥涵：包括桥梁和涵洞，指道路在跨越河流、沟谷和其他障碍物时使用的构筑物。高速公路是全封闭的、全部控制出入、全部立体交叉、路中央有分隔带的现代化汽车公路。高速公路的社会效益与经济效益主要表现在以下几个方面：1.运输效益高；2.技术效益好；安全效益可观；4.加速城市发展；5.刺激工业发展；6.带动第三产业发展；7.协调经济联合与合作。高速公路的突出问题：1.投资大、造价高；2.对环境影响大。目前我国公路发展的特点：1.国道是我国公路的骨架，在公路运输中占着主导地位；2.高速公路发展迅速，近年来每年建成的高速公路达数千公里；3.路网整体水平和公路通行能力有明显提高；4.桥梁和隧道建设水平上了一个新台阶；5.筹资力度进一步加大；6.公路运输在综合运输体系中所占比重进一步提高。铁路由线路、路基和线路上部建筑组成。铁路路线:是铁路横断面中心线在铁路平面中的位置，以及沿铁路横断面中心线所作的纵断面状况。路基是铁路线路承受轨道和列车荷载的地面结构物。路肩宽度对于一、二级铁路的路提不得小于0.6M，路堑不得小于0.4M；对于三级铁路均不得小于0.4m。铁路线路上部建筑包括与列车直接接触的钢轨、轨枕、道床和道岔。高速铁路:是指客运列车以超过200km每小时高速运彳丁的铁路。高速铁路的优点：1.节省能源；2.保护环境；3.安全；4.舒适；5.省时。高速铁路几个关键技术问题：1.高速铁路线路应能保证列车按规定的最高车速，安全平稳和不间断的运行；2.轨道的平顺性是解决列车提速的至关重要的问题；3.高速列车的牵引动力是实现高速行车的重要关键技术之一；4.高速铁路的信号与控制系统是高速列车安全、高密度运行的基本保证。高速铁路从160km/h起步的原因：1.技术上的原因：160km/h是准高速的起点，是通向200km/h及其以上高速的桥梁，也是传统技术延伸和新技术发展的过渡点；2.经济上的条件：在既有线路上进行适当的技术改造，即可达到速度160km/h的要求；比一开始实现速度200km/h以上高速的投资要少得多。城市轻轨:是城市客运有轨交通系统的又一种形式，它与原有的有轨电车交通系统不同。城市轻轨和地铁一般具有以下特点：1.线路多经过居民区，对噪声和振动的控制较严，除了对车辆结构采取减震措施及修筑声障屏以外，对轨道结构也要求采取相应的措施；2.行车密度大，运营时间长，留给轨道的作业时间短，因而需采用高质量的轨道部件，一般用混凝土道床等维修量小的轨道结构；3.一般采用直流电机牵引，以轨道作为供电回路。为了减少泄漏电流的电解腐蚀，要求钢轨与基础件有较高的绝缘性能；4.曲线段占得比列大，曲线半径比常规铁路小得多，一般为100m左右，因而要解决好曲线轨道的构造问题。港口：是具有水陆联运设备和条件的，有一定面积的水域和陆域，是供船舶出入和停泊、旅客及货物集散并变换运输方式的场地。港口工程:是兴建港口所需要的各项工程设施和工程技术的名称。港口按所处位置分：河口港、海岸港、河港。优良港址应满足的要求：1.有广阔的经济腹地，以保证有足够的货源，且港址位置适合于经济运输，与其腹地进出口货物重心靠近，使货物总运输费最省;2.与腹地又方便的交通运输联系；3.与城市的发展相协调；4.有发展余地；5.满足船舶航行与停泊要求；6.有足够的岸线长度和陆域面积；7.应注意能满足船舰调动的迅速性；8.对附近水域生态环境和水、陆域自然景观尽可能不产生不利影响；9.尽量利用荒地劣性，少占或不占良田，避免大量拆迁。港口陆域由码头、港口仓库及货物、铁路及道路、装卸及运输机械、港口辅助生产设备等组成。港口水工建筑物是港口的重要组成部分，包括码头、防波堤、护岸、船台、滑道、船坞等。防波堤的类型:斜坡式防波堤、直立式防波堤、混合式防波堤、透空式防波堤、浮式防波堤、喷气消波设备、塑料帘幕和浮毯。拍岸浪特点：拍岸浪又称击岸浪，进行到岸边受阻时，可产生强大压力，最大可达每平方米数十吨以上，因此它对海岸和水工建筑物有极大的破坏。海洋工程具有的特征：1.环境条件复杂且随机性大；2.结构尺寸大且设计安全度要求高；3.结构设计时考虑作用力的多样性；4.施工方法的特殊性。飞机场是航空运输的基础设施，通常机场的定义是指在陆地或水面上一块划定的区域，其全部或部分用来供航空器着陆、起飞和地面活动之用。机场工程的主要内容：机场规划设计、场道工程、导航工程、通讯工程、空中交通控制系统、气象工程、旅客航站及指挥楼工程、地面道路工程及其他辅助工程。机场分为：国际机场、干线机场、支线机场。决定机场跑道长度的因素有：机型、最大起飞全重、气温、飞机场海拔高程、风速、跑道坡度等。跑道分为主要跑道、辅助跑道、起飞跑道。我国民用机场的建设特点：1.全国机场规划布局足部趋于合理；2.机场设施逐步完善，安全运行保障水平不断提高；3.机场建设水平不断提高；机场建设的发展前进美好。给排水工程的科学特征：1.用水文学和水文地质学的原理解决从水体内取水和排水有关的问题；2.用水力学原理解决水的运输问题；3.用物理、化学和微生物学的原理进行水质处理和检验。土木工程的建设程序：立项、报建，可行性研究，选择建设地点，编制勘察设计任务书、测量地形、勘察地质水文、编制设计文件、组织施工，竣工验收，交付使用等。可行性研究即对以下问题进行分析和论证：1.项目提出的背景，建设的必要性；2.建设规模、产品方案、生产工艺、人员配备和组织机构、主要设备、相应的技术经济指标；3.技术上的可行性和先进性；4.经济上的合理性和有效性；5.提出对建设地点、建设期限、建设环境等的要求。施工准备工作是指在施工前为了保证整个工程能够按计划顺利施工，在事先必须做好的各项准备工作。施工准备工作的基本任务:调查研究各种有关工程施工的原始资料，施工条件以及业主要求，全面合理地部署施工力量，从计划、技术、物资、资金、劳力、设备、组织、现场以及外部施工环境等方面为拟建工程的顺利施工建立一切必要的条件，并对施工中可能发生的各种变化做好应变准备。施工准备工作的内容：1.技术准备；2.现场准备；3.物资准备；4.人员准备；5.施工场外准备。施工组织设计分为施工组织总设计、单位工程施工组织设计和分部或分项工程作业设计。无论哪类施工组织设计都应该具有以下内容：1.工程概况；2.施工部署；3.施工方案;4.施工进度计划。施工总平面图；6.主要技术经济指标。流水作业施工时采用分段作业、搭接施工的施工组织方式。分部分项工程包括：土石方工程、深基坑支护工程、基础工程、砌筑工程、钢筋混凝土工程、吊装工程、防水工程、装饰工程。预制桩沉桩方法有：锤击打入法、静压法、振动法、水冲法。混凝土工程包括混凝土配料、运输、浇筑振捣成型、养护等过程。模板可用木材、钢材、塑料模壳、玻璃钢模壳制成。竣工验收：是工程项目建设程序的最后环节，也是全面考核工程项目建设成果，检验设计和施工质量的重要环节。竣工验收应以建设单位为主，组织使用单位、施工单位、设计和勘察单位、监理和质检单位共同进行。地下工程的施工方法：1.明挖法；2.钻孔爆破发；3.盾构法；4.TBM法；5.顶管法；6.沉管法。101.桥梁上部结构的施工方法：1.支架法施工；2.架梁法施工；3.顶推法施工；4.悬臂施工法；5.移动支架法施工；6.转体法施工；7.刚性骨架法施工。房地产开发从规划设计、征地拆迁、平整场地、组织施工、验收交付使用和使用中的管理和修缮全面负责。工程项目管理：指以工程项目为对象，以实现最终目标为目的，以项目经理负责制为基础，以承包合同为纽带，对工程项目进行高效率计划、组织、协调、控制的系统的循环过程。工程项目管理制包括以下六种管理：1.项目的组织管理；2.项目的合同管理；3.项目的计划管理；4.项目的协调管理；5.项目的控制管理；项目的信息管理。建设监理是指监理执行者对工程建设行为的监督和调理。106.监理的目的是促使各方密切协作，对建设的质量、进度和费用目标进行有效的控制，使得能顺利地按规定要求完成工程项目，实现合同的要求。物业管理是由专门的物业管理机构受物业所有者委托，运用先进的维修养护技术和科学的管理方法，以经济手段对已竣工验收投入使用的各类房屋建筑和附属配套设施、场地，以及物业区域周围的环境、清洁、卫生、安全保卫、公共绿化、道路养护等实施统一的专业化管理和维修养护，为居民生活提供高效、优质、便捷、经济的综合性服务。物业管理的优点：1.专业化管理体制，它有利于提高城市管理的社会化和专业化程度；2.有偿服务的多种经营机制，它有助于解决管理经费不足的矛盾，减轻政府负担；3.摆脱小生产者分散管理为一家集中管理，有利于向专业化、制度化、现代化管理方式转换。建设法规的作用：1.规范指导建设行为；2.保护合法建设行为；3.处罚违法建设行为。建设法规的几种类型：法律、条列、规定、标准、规范、规程。制定建筑法的目的：为了加强对建筑活动的监督管理，维护建筑市场秩序，保证建筑工程的质量和安全。促使建筑业健康发展，制定本法。112.建筑活动基本要求：建筑活动应当确保建筑质量和安全，符合国家的建筑工程安全标准。灾害：是指那些由于自然的、社会的或社会与自然组合的原因，对人类的生存和社会的发展造成损害的各种现象。烈度与震级、震源深度、震中距、地质条件、房屋类别有关。建筑材料分为传统材料、组合材料、化学合成材料。116.矩形钢管混凝土柱具有承载力高、刚度大、延性好和施工方便等优点。土木工程的基本任务是改造自然。建筑满足物质和精神生活的人工环境