土木工程概论 第一章 综述 本章内容 1.1 历史简述 1.2 土木工程的重要性 1.3 土木工程的建设和使用 1.4 土木工程中的抗灾 1.5 城市建设 1.6 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 1.8 关于城市地下空间的开发和利用 1.9 保护生态环境 1.10 伟大的战略部署 1.11 展望 1.1 历史简述 （一）土木工程的定义 中国国务院学位委员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 4 •1. 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 房屋建筑水利工程 隧道工程 5 （二）土木工程发展历史 1. 古代土木工程 2. 近代土木工程 3. 现代土木工程 6 1.时间跨度-旧石器时代（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-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-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-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-埃及金字塔 金字塔是古埃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-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 单孔弧形石拱桥 12 1.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 13 •1《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 14 •5《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，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 16 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 世界第一悬索桥：主桥全长3911米，主跨1991米，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 •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 19 20 1.2-3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； – 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. 22 1.4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； （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 24 1976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 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： 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座桥梁和涵 洞被冲毁，千万间房屋倒塌 ，受灾人数达2000万人 28 9.11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：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 31 32 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，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 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…… 1.5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 。