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土木工程概述


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土木工程概述 进入 21 世纪以来,随着经济的高速发展,土木工程建设的规模的也 越来越大, 人类对生存空间以及环境的要求也达到了一个前所未有的 高度。土木工程师建造各类工程设施的科学,技术和工程的总称。它 既指与人类胜过, 生产有关的各类工程设施, 如建筑工程, 道路工程, 铁路工程,桥梁工程,港口工程等,也指应用材料,设备在土地上所 进行的勘测,设计,施工等技术活动。包括人类的衣食住行,从古代 到近代到现代再到未来,无一不在积极探索,所以作为土木工程专业 的学生,我们更应该努力的与时俱进,奋斗向前,让土木工程的方向 向着更加完善的方向发展。 我国古代的土木工程具有很长的时间跨度,早在 50 万年前的旧石 器时代,中国原始人就已经知道利用天然的洞穴作为栖身之所,在我 国的北京、辽宁、贵州、广东、湖北、浙江等地均发现有原始人居住 过的崖洞。到了新石器时代,黄河中游的氏族部落利用黄土层作为墙 壁,用木构架、草泥建造半穴居住所,后来发展为地面上的建筑,并 形成部落。 仰韶、 龙山、 河姆渡等文化穿凿的木骨泥墙、 地面式建筑、 干阑式建筑等建筑技术和样式,为后来的建筑体系打下了基础。夏代 和商代时这个体系的萌芽期, 这两时代不仅出现了壁垒森严的城市和 建于夯土台上的大殿, 而且还出现了中国传统建筑基本空间的构成要 素—廊院。 到了周代和春秋战国时期, 中国古代建筑体系已初步形成。 此后历代的建筑群体的布局原则基本遵守周代建筑布局的对称严谨。 这一时期的建筑还追求高大,华丽,宏伟,因而瓦,砖,斗拱,高台

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建筑也相应出现。都说“秦砖汉瓦” ,秦代和汉代时中国建筑艺术发 展的第一个高峰。两袋建筑体制宏伟、博大雄浑,如阿房宫,秦始皇 陵,万里长城。万里长城是中国古代砖石结构最伟大的成就,东起山 海关,西至嘉峪关,全长 5000 余公里。其次是公元 590-608 年在河 北赵县建成的赵州桥,其为单孔圆弧弓形石拱桥,全长 50.82 米,桥 面宽 10 米,单孔跨度 37.02 米,矢高 7.23 米,用 28 条并列的石条 拱砌成。 拱肩上有 4 个小拱, 既可以减轻桥的自重, 有利于排水泄洪, 且显得美观,经千年后能正常使用,确为世界石拱桥的杰作。如此这 般的建筑,到了清末,中国传统建筑终究是因为不能适应现代工业生 产和生活的需要,不能满足国人求新求奇的精神需求,而逐步被西方 的舶来品所替代。 近代土木工程从 17 世纪中叶起到第二次世界大战前后,历时 300 余年。在这一时期中,土木工程开始逐步形成一门单独的学科,开始 有了比较系统的理论指导。1638 年伽利略论述了建筑材料的力学性 质和梁的宽度,首次用公式表达了梁的设计理论。而后, 分别在 1687 年牛顿总结了力学三大定律; 1744 年欧拉建立了柱的压屈理论; 1825 年纳维建立了土木工程结构设计的容许应力设计法, 都在为土木工程 奠定学术基础。在材料方面,1824 年波特兰水泥的发明及 1867 年钢 筋混凝土开始应用时土木工程发展史上的一个重要突破, 直接影响到 了土木工程以后的发展方向。1859 年转炉炼钢法的发明使得钢材开 始走量生产,在近现代高耸、大跨、巨型、复杂的工程结构,绝大数 都是应用了钢结构或者钢筋混凝土结构。 在这一时期内出现了一些比

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较具有代表性的建筑和工程,1899 年法国建成 300 米高的埃菲尔铁 塔;1825 年英国修建了第一条铁路;1863 年英国伦敦建成第一条地 下道;1931 年美国纽约建成帝国大厦。中国在这一时期由于闭关锁 国,土木工程进程缓慢,但是任有标志性的建筑呈现,1909 年建成 的京张铁路,全长约 200 公里,从北京北至张家口,现为京包线的京 张段,是中国人自行设计和建造的第一条干线路;1934 年建成的上 海国际大饭店,大楼 24 层,其中地下两层,地面以上高 83.8 米,钢 框架结构,钢筋混凝土楼板,当时是全国也是全亚洲最好的建筑物, 该建筑物用地局促,平面布置成工字型,立面采取竖线条划分,前部 15 层以上逐层四面收进阶梯状,造型高耸挺拔。 在第二次世界大战过后,世界经济开始了飞速发展,许多科技都得 以发明, 从而为土木工程的进一步发展提供了强大的物质基础和技术 手段,土木工程这一学科也开始了新的现代化土木工程。从世界范围 来看,现代土木工工程为了适应社会经济发展的需求,已经开始了工 程设施同它的使用功能或生产工艺更紧密地结合。 复杂的现代生产过 程和日益上升的生活水平,对土木工程提出了各种专门的要求。现代 土木工程为了适应不同工业的发展,有的工程规模极为宏大,如大型 水坝混凝土用量达数千万立方米,大型高炉的基础也达数千立方米; 有的则要求十分精密,如电子工业和精密仪器工业要求能放微振。现 代公用建筑和住宅建筑不再仅仅是传统意义上徒具四壁的房屋, 而要 求同采暖、通风、给水、排水、供电、供燃气、等种种现代技术设备 结成一体。建设出了一大批恒温、恒湿、防微震、防辐射、防磁、防

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腐蚀等一系列功能多样化的新型建筑。 当然随着经济的发展,人口的增长,城市用地更加紧张,交通更加 拥挤,这就迫使房屋建筑和道路交通向高空和地下发展。高层建筑成 了现代化城市的象征。 美国的建筑中 200 米以上的建筑就有 100 余栋, 居世界第一。另一方面为了解决城市交通问题,道路开始向着地下河 地上发展,随之出现了地下商业街、地下停车场等一系列附属设施。 随即而来的交通工程快速化,以往的运输速度已经跟不上人类的需 求,从而使运输系统向着高速、高效发展。1983 年世界高速公路已 达 11 万公里,很大程度上取代了铁路的职能。高速公路的里程数, 已成为一个衡量国家现代化程度的标志之一。 铁路也出现了电气化和 高速化的趋势。 从工程角度来看, 高速公路、 铁路在坡度、 曲线半径、 路基质量和精度方面都有严格的限制。交通高速化直接促进着桥梁、 隧道技术的发展。不仅穿山越江的隧道日益增多,而且出现了长距离 的海底隧。日本从青森至函馆越过津轻海峡的青函隧道于 1988 年 3 月 13 日正式通车,从而结束了日本本州与北海道之间只靠海上运输 的历史。 一面世界经济的高速发展,人们的物质生活水平得到了提高,为了 满足现代人类的需要,另一面全球经济格局的改变,许多国家在土木 工程这一领域开始了争锋, 促使了许多大型土木工程陆续建成并投入 使用。1959 年的巴黎建成多波双曲薄壳的跨度达 210 米;1976 年美 国新奥尔良建成的网壳穹顶直径为 207.3 米;1975 年美国密歇根庞 蒂亚克体育馆充气塑料膜覆盖面积达 35000 米,可容纳 8 万人。而中

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国也建成了许多大空间结构的标志性建筑物, 如上海体育馆圆形网架 直径 110 米;北京工人体育馆悬索屋面净跨 94 米。我国于 1999 年建 成的江阴长江大桥,主跨 1385 米;于 1997 年建成的香港青马大桥主 跨 1377 米,分别列举世界第四第五。其次还有高达 420.5 米的上海 金茂大厦;420 米的大连国际贸易大厦等等一些大型建筑,为现待土 木工程树立一个又一个的标志。 人类的科技依然在不断地发展,而土木工程也一直在不断地发展。 在未来更有可能投入太空、海洋、荒漠地带的开拓,随着新材料、新 结构、新工艺、新施工方法的出现,人类将有可能从事更大规模的土 木工程建设,取得新的突破。若是要向荒漠发展,全世界约有 1/3 陆 地为沙漠,每年约有 600 万公顷的耕地被侵蚀,这将影响到上亿人口 的生活。 世界未来学会对下世纪初世界十大工程设想之以是将西亚和 非洲的沙漠改为绿洲。在缺乏地下水的沙漠地区,国际上正在研究开 发使用沙漠地区太阳能淡化海水的可行方案,该方案一旦实施,将会 是一笔巨大工程项目。若要向太空发展,由于近代天文学宇航事业的 飞速发展和人类登月的成功实现,人们发现月球上拥有大量的钛铁 矿,在 800℃高温下,钛铁矿与氢化物便合成铁、钛、氧和水气,由 此可以制造出人类生存必需的氧和水。空间工业化、空间商业化、空 间旅游、外层空间人类化等可能会得到较大的发展,我们可以拭目以 待。 就着以上的观点, 我对土木工程的了解任然只是停留在表面, 但是, 我相信未来的我不仅仅会是一个工程技术人员, 也是社会的建设者之

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一,积极的投身与土木工程事业中,让我国的建设事业走在做前端。


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