土木工程概论第3版 陈学军第1章 绪论

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1、第一章 绪论,土木工程概论第三版 陈学军 主编 肖桂元 副主编,21世纪高等教育土木工程系列规划教材,1,2,3,4,5,6,绪论,土木工程材料,基础工程,建筑工程,道路工程,铁路工程,CONTENTS,目录,7,桥梁工程,8,9,10,11,12,13,机场工程,港口工程,隧道工程及地下工程,建设项目管理,给水排水工程,土木工程施工,14,土木工程防灾、减灾,15,计算机在土木工程中的应用,第一章 绪论,1.1 土木工程专业培养目标和人才素质要求,“土木” 在中国是一个古老的名词，意指建筑房屋等工事，如把大量建造房屋称作大兴土木。古代建房主要依靠泥土和木料，所以称为土木工程。,1.1.1 土

2、木工程和土木工程专业,第一章 绪论,1.1 土木工程专业培养目标和人才素质要求,1.1.1 土木工程和土木工程专业,土木工程具有以下四个基本属性: ()社会性 土木工程随社会不同历史时期的科学技术和管理水平而发展； ()综合性 土木工程是运用多种工程技术进行勘测、设计、施工工作的成果； ()实践性 由于影响土木工程的因素众多且错综复杂，使得土木工程对实践的依赖性很强； ()技术、经济和艺术统一性 土木工程是为人类需要服务的，它必然是每个历史时期技术、经济、艺术统一的见证。,1.1.2 土木工程专业的培养目标,综合分析 能力,自学能力,学生必须应用所掌握的建筑知识，对不同类型的建筑单元和环境规划

3、进行正确的解释、分析与综合，最终设计出既能解决工程实际问题，又充满新意的空间环境。,仅仅学习课本知识是远远不够的，还应培养自学能力，主动通过网络和其他途径掌握建筑理论的最新动向，这样才能开拓知识领域，才能将所学领域的知识融会贯通。,第一章 绪论,1.1.2 土木工程专业的培养目标,创造性 思维,创新能力,创造性思维是指空间想象丰富，风格新颖独特，能冲破传统模式、独辟蹊径的思维模式；创造性实践是指为了达到预期创造性目标，勤奋探索、刻苦钻研、科学严谨、百折不挠的实践活动。,土木工程创新意识是指具有敏锐、强烈的空间设计动机。只有将以上四者有机地结合在一起，才有利于土木工程专业学生创新能力的培养。,第

4、一章 绪论,1,2,3,4,会不会去做，即能否在科学技术上解决工程中的难题；,可不可以做，即能否在政策法规下遵照法律把 事办成；,值不值得做，即能否在人、财、物和时空约束条件下经济合理地完成任务；,应不应该做，即能否自觉地考虑生态可行性和工程持续性。,1.1.2 土木工程专业的培养目标,有人认为，21世纪的工程师至少要做好回答以下四个问题的准备：,第一章 绪论,QUESTIONS,1.技术素质,2.人文素质,3.拓宽专业，加强 基础和应变能力,高新技术不断被采用，要求生产者既要有一定的科学文化知识，又要有较高的劳动技能，否则不能进入生产过程，不能构成现实生产力。现代生产的特点表明高科技与人的文

5、化技术素质对现代生产的重要作用。,自然科学与人文科学一体化的发展趋势给高等学校的人才培养提出了新的要求。 土木工程专业学科的特殊性也对人文素质的培养提出了较高的要求。土木工程学科并不是单纯的工科，而是一门具有多元特性的知识学科体系。,高校建筑教育要面向世界，要进行国际间的教育合作与科技交流，要更广泛地使用科技信息资源这一无形的宝库，尽可能地使土木工程学科专业设置及人才的培养具有国际性。 加强基础是指加强土木工程专业基础课程和技术基础课程的教学及教学改革。,1.1.3 对所培养人才的素质要求,第一章 绪论,1.1.3 对所培养人才的素质要求,1.2 土木工程概论课程的任务,本书的编写主要是实现两

6、个目标:,第一章 绪论,一是使学生较全面地了解土木工程所涉及领域的内容和发展情况，初步构建专业基础；,二是为学生提供一个清晰的、有逻辑性的工程学科的基本概念和方法，初步树立专业思想和方法。,GOAL 1,GOAL 2,1.3.1 古代土木工程,（1）原始社会阶段 主要的土木工程活动是解决人类的生存居住问题。从穴居、巢居到原始房屋是该历史时期建筑的发展历程，如我国长江流域多水地区的栏杆式建筑、黄河流域的木骨泥强房屋等。,（2）奴隶社会阶段 大量青铜生产工具的出现带动了土木工程技术的发展，出现了雄伟的都城、宫殿、庙宇、陵墓等建筑群，同时出现了桥梁、道路、水坝等工程设施。,（3）封建社会阶段 封建社

7、会由于生产力的提高促进了土木工程技术的发展，土木工程的规划、设计、施工技术有了很大进步。,1.3 土木工程发展历史与展望,第一章 绪论,1.3.1 古代土木工程,从选用的材料来看 古代土木工程材料主要是泥土、砾石、树木到稍后的土坯、砖瓦、铜铁等；,从土木工程设计理论和思想来看 古代土木工程缺乏理论依据和指导。,从土木工程工艺技术来分析 主要采用的建筑器为石斧、石刀到随后的铜铁工具到封建社会后期的煅烧加工、打桩机、桅杆起重机等施工机械；,从工程分工分析 古代土木工程已有很清楚的分工，如木工、瓦工、泥工、土工、窑工、雕工、石工等；,古代土木工程特征,第一章 绪论,1.3.1 古代土木工程,木结构建

8、筑是我国古代建筑史中的光辉一页，它全部由木材质建筑而成，木材也是当时社会历史时期的天然材料。 如山西应县木塔，该塔位于山西省应县西街北侧，建于辽清宁二年(公元1056年)，原名“佛宫寺释迦塔”，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67.13m，底层直径30m，平面呈八角。应县木塔结构设计精巧，保存至今已近千年，是我国现存木结构建筑之最。,1.木结构,第一章 绪论,1.3.1 古代土木工程,2.石结构,石结构顾名思义是以石头为原材料堆砌而成的，典型的建筑为埃及的金字塔，胡夫金字塔是用上百万块巨石垒起来的，每块石头平均质量达2，最大的超过160t。,第一章 绪论,1.

9、3.1 古代土木工程,3.砖结构,在我国古代，随着社会技术水平的发展，砖作为一种强度高的建筑材料而广泛采用。气势磅礴的万里长城就是个典范，八达岭长城在北京延庆县，是长城的一个隘口，其关城为东,第一章 绪论,窄西宽的梯形，建于明弘治十八年(1505年)，嘉靖、万历年间曾修缮，关城有东西二门，东门额题“居庸外镇”，刻于嘉靖十八年(1539年)，西门额题“北门锁钥”， 刻于万历十年(1582 年)。,1.3.2 近代土木工程,（1）有力学和结构理论作指导。 （2）砖瓦木石等材料应用广泛，钢材、钢筋混凝土、早期预应力混凝土得到发展。 （3）施工技术进步很大，建筑规模大、建造速度加快。,第一章 绪论,1

10、.3.2 近代土木工程,) 英国科学家牛顿在1687年总结了力学三大定律，它们是土木工程设计理论的基础。 ) 瑞士数学家欧拉1744年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。,第一章 绪论,) 意大利学者伽利略在1638年出版的著作关于两门新科学的谈话和数学证明中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。,1.3.3 现代土木工程,现代土木工程为20世纪中叶第二次世界大战结束后至今的土木工程。它的特点是首先社会经济建设对土木工程提出日益复杂和高标准的要求，更具体的一般表现为以下三个方面:,（1）土木

11、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世纪中叶以来，城市建设有三个趋向: 高层建筑的大量兴起；地下工程的高速发展；城市高架公路、立交桥大量涌现。,（3）交通运输高速化。它的标志是高速公路的大规模修建、铁路电气化的形成和大量发展、高速铁路及长距离海底隧道的出现和发展。,第一章 绪论,1.3.3 现代土木工程,由于社会发展出现了以上三方面的要求，使得构成土木工程的三个要素材料、施工和理论也出现了新的发展趋势。,第一章 绪论,1）建筑材料的轻质高强化。高强钢丝、钢绞线和粗钢筋的大量生产，使预应力混凝土结构在桥梁、房屋等工程中得以推广。,1.3.3 现

12、代土木工程,2）施工过程的工业化、装配化。力求推行机械化和工业化的生产方式，同时组织管理开始应用系统工程的理论和方法，日益走向科学化，有些工程设施的建设继续趋向结构和构件标准化和生产工业化。,) 设计理论的精确化、科学化。它表现为理论分析由线性分析到非线性分析，由平面分析到空间分析，由单个分析到系统的综合整体分析，由静态分析到动态分析，由经验定值分析到随机分析乃至随机过程分析，由数值分析到模拟试验分析，由人工手算、人工做方案比较、人工制图到计算机辅助设计、计算机优化设计、计算机制图。,第一章 绪论,1.3.4 未来土木工程,由于受到现有可利用土地等资源的限制，现代土木工程的可持续发展随之受到一

13、定制约。因此，未来土木工程更趋于向地球以外空间、水下、荒漠化地区、盐碱化地区等区域扩张，所运用的工程建筑材料具有经济、环保、高强度等特点，设计理念更趋于精准、智能，同时信息智能控制系统也将大规模引入土木工程领域。,1.太空城市,2. 智能城市,3.绿色建筑,第一章 绪论,1.3.4 未来土木工程,1.太空城市,国际太空站是太空中最大的建筑。该建筑于2004年竣工，它长为79.9m，翼展为108.6,m质量达456t。它将由44次发射来完成，是目前最大的国际太空工程，美国、俄罗斯、加拿大、日本、巴西及11个欧洲国家参与了此项工程。 到太空中去工作、旅游，甚至移民，需要一系列人工建筑物，于是将出现

14、一项崭新的产业太空建筑业。,第一章 绪论,宇宙空间建设工程技术同时也面临一系列从未遇到的挑战，有很多不确定性和难以精确虚拟的实验。而且，月球表面没有大气，昼夜温差极大(高温时为140，低温则至零下,170).太阳辐射很强，各种月球基地的设计、施工、维护与管理及基地建设安全保障、可持续发展等方面存在有很多重大的科学技术问题。,第一章 绪论,1.3.4 未来土木工程,1.太空城市,1.3.4 未来土木工程,2.智能城市,智能建筑指通过将建筑物的结构、设备、服务和管理根据用户的需求进行最优化组合，从而为用户提供一个高效、舒适、便利的人性化建筑环境。智能建筑是集现代科学技术之大成的产物，其技术基,智能

15、建筑由以下几个方面组成: () 通信自动化系统 () 办公自动化系统 () 楼宇自动化系统,第一章 绪论,础需要由现代建筑技术、现代计算机技术、现代通信技术和现代控制技术所组成。,1.3.4 未来土木工程,3.绿色建筑,绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)，保护环境和减少污染，为人们提供健康，适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。,绿色建筑实践中要解决的九个理念:,科学的城市发展观,复合的城市生态系统观,整体的生态建筑观,城市建设生态优先,生态策略被动优先,问题导向、因地制宜,人居环境积极化,学科交叉、多方共建,寻求新城市文化价值,第一章 绪论,

16、1.3.5 土木工程的发展趋势,混凝土的出现给建筑物带来了新的经济、美观的工程结构形式，使土木工程产生了新的施工技术和工程结构设计理论，这是土木工程的又一次飞跃发展。,钢材的大量应用是土木工程的第二次飞跃。从19世纪中叶开始，冶金业冶炼并轧制出抗拉和抗压强度都很高、延性好、质量均匀的建筑钢材，随后又生产出高强度钢丝、钢索。,人们在早期只能依靠泥土、木料及其他天然材料从事营造活动，后来出现了砖和瓦这种人工建筑材料，使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。,1.土木工程历史上的三次飞跃,第一章 绪论,2.土木工程的发展趋势,未来土木工程的发展将围绕以下几个方面: ) 建筑材料轻质高强化。 ) 施工技术工业化、装配化。 ) 设计理论精确化、科学化。 ) 计算分析方法更接近实际。,1.3.5 土木工程的发展趋势,第一章 绪论,1.4 土木工程建设程序,项目建设程序是指国家按照项目建设的客观规律制定的，从设想、选择、评估、决策