土木工程概论

土木工程概论Introductiontocivilengineering主编：刘永庆王右军天津科学技术出版社目录绪论项目一土木工程材料项目二土木工程的基木结构形式项目三房屋建筑与特种结构项目四桥梁工程项目五道路工程项目六铁路工程目录项目七地下工程项目八水利与港口工程项目九给水排水工程项目十土木工程荷载项目十一基础工程与地基处理项目十二建筑节能与设备项目十三土木工程灾害及防治绪论一、土木工程专业培养目标和人才素质要求二、土木工程概论课程的任务三、土木工程发展历史与展望四、土木工程建设程序与法规五、土木工程分类六、注册师制度一、土木工程专业培养目标和人才素质要求(一)土木工程和土木工程专业“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。在国外，土木工程一词是1750年设计建造艾德斯通灯塔的英国人J.斯米顿首先引用的，意即民用工程，以区别于当时的军事工程。至1828年，伦敦土木工程师学会为土木工程下的定义为“CivilEngineering”是利用伟大的自然资源为人类造福的艺术……”，与中国土木工程的含义相近，故译作土木工程。中国国务院学位委员会在学科简介中将土木工程定义为:土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。一、土木工程专业培养目标和人才素质要求土木工程具有以下四个基本属性(1)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。(2)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。(3)实践性。由于各种影响土木工程的因素既众多又错综复杂，使得土木工程对实践的依赖性很强。(4)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。一、土木工程专业培养目标和人才素质要求(二)土木工程专业的培养目标随着我国社会经济的发展和加入WTO，土木工程专业人才的需求已完全趋于市场化，并呈现出明显的多样化的特征。首先，是人才市场需求量的扩大，用人企业、单位的类型增多，除设计单位、教育部门、规划部门外，房产企业、一般企事业的基建部门等也都需要一定量的高层次专业人才;其次，职业综合素质能力的要求在强化，除拥有传统教育所注重培养的设计创新能力外，还应具备管理、公共关系、社会协调、自我推销、通力合作等能力素质，符合建筑商品化趋势，有较强的经济意识和效益观念及竞争意识;一、土木工程专业培养目标和人才素质要求再次，职业范畴及分工在细化，更加层次化、多样化，出现了对专门承接涉外工程项口的设计人员，以及专门从事施工图的设计人才、专门从事方案没计的人才、专门从事AutoCAD及效果图制作的人才等;最后，社会对专业人才的业务范畴要求多样，人才类型与职业不再一一对应，更加社会化、市场化，既要求具备一定相关学科背景知识，能够成为拥有宽口径的复合型人才模式，又具有可变性、适应性的潜能，在择业中具有更大的自主性，在社会竞争中有更多的机会。一、土木工程专业培养目标和人才素质要求土木工程专业人才的培养面临从教学内容、方法到组织形式与专业实践、工程环境的塑造、职业意识的培养等适合匹配，培养出一种新型的、复合型的、具有广泛社会适应性的应用型人才和创造性人才。培养的目标主要包括以下几个方面：1.综合分析能力的培养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进行正确的解释、分析，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。2.自学能力的培养21世纪，新理论、新技术日新月异，土木工程专业学生要适应社会发展，所学知识要能同步更新，因此，仅仅学习课本知识是远远不够的，还应培养自学能力。一、土木工程专业培养目标和人才素质要求3.创造性思维和创新能力的培养建筑科技的发展体现了以信息化和国际化为特征的、各国凭借知识资产在世界上进行激烈竞争这一鲜明的时代特征，土木工程专业的发展离不开创新思维和创新能力的培养。当今时代，各类土木工程专业理论层出不穷，多种设计思潮此起彼伏，新型建筑材料不断被发明，先进施工工艺纷纷涌现。建筑科技的发展必须与时俱进，土木工程专业理论必须推陈出新。一、土木工程专业培养目标和人才素质要求(三)对所培养人才的素质要求1.技术素质2.人文素质3.拓宽专业，加强基础和应变能力二、土木工程概论课程的任务面对充满挑战的新世纪，知识经济的端倪已在全世界范围显现。知识经济的发展对人才及人才培养的模式提出了更高的要求，土木工程学科同样面临着全面的改革。本书的编写主要是实现两个目标: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和有逻辑性的工程学科的基本概念和方法，帮助学生初步树立专业思想和方法。三、土木工程发展历史与展望(一)古代土木工程1.木结构木结构建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(见图0一1)，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“佛宫寺释迎塔”，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67.13米，底层直径30米，平面呈八角形。塔高10米，塔的第一层有高10米的释迎像。塔壁上有6幅如来佛像。像及壁画为辽代风格。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。三、土木工程发展历史与展望山西应县木塔三、土木工程发展历史与展望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，每块石头平均重达2吨，最大的超过160吨。这些巨石是从尼罗河东岸开采出来的，既无起重机装卸，也无轮车运送。在那时开采石头并不容易，因为当时人们并没有炸药，也无钢钎。埃及人当时是用铜或青铜的凿子在岩石上打眼，然后插进木楔，灌上水，当木楔子被水泡胀时，岩石便被胀裂。这样的方法在今天看来也许很笨拙，但在4000多年前，却是很了不起的技术。将石头从采石场运往金字塔工地也极为困难，古代埃及人是将石头装在雪橇上，用人和牲畜拉到口的地。三、土木工程发展历史与展望护肤金字塔三、土木工程发展历史与展望3.砖结构在我国古代，随着社会科学技术水平的发展，砖作为一种强度高的建筑材料而被广泛应用，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。其关城为东窄两宽的梯形，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，均为砖石结构，券洞上为平台，台之南北各有通道，连接关城城墙，台上四周砌垛口。京张公路从城门中通过，为通往北京的要道。从“北门锁钥”城楼左右两侧，延伸出高低起伏、曲折连绵的万里长城。长城全长6700千米，是世界上古老的伟大建筑之一。三、土木工程发展历史与展望长城三、土木工程发展历史与展望(二)近代土木工程近代土木工程的历史主要指的是从17世纪中叶至20世纪中叶300年间的历史，它有了以下鲜明的特征。(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。典型的建筑有埃菲尔铁塔，铁塔高320米，分三层，共1711级台阶，分别在离地面57米、115米和276米处建有平台。该塔共用钢铁7000吨，12000个金属部件用250万只铆钉联接起来。三、土木工程发展历史与展望埃菲尔铁塔三、土木工程发展历史与展望(三)现代土木工程现代土木工程(20世纪中叶至今)的特点。(1)土木工程功能化。(2)城市建设立体化，如高层建筑、地下工程、城市高架道路及立交桥。(3)交通运输高速化，如高速公路、电气化铁路、长距离海底隧道。(4)工程设施大型化。三、土木工程发展历史与展望苏通大桥位于江苏省东部的南通市和苏州(常熟)市之间，路线全长32.4千米，由跨江大桥和南、北岸接线三部分组成。跨江大桥由主跨1088米双塔斜拉桥及辅桥和引桥组成。主桥主孔通航净空高62米，宽891米，满足5万吨级集装箱货轮和4.8万吨级船队通航需要。工程始于2003年6月27日，于2008年6月30日建成通车。三、土木工程发展历史与展望中国苏通大桥三、土木工程发展历史与展望(四)未来土木工程未来土木工程的特点如下。(1)土木工程将向太空、海洋、荒漠地开拓。(2)工程材料向轻质、高强、多功能化发展。(3)设计方法精确化、设计工作自动化。(4)信息和智能化技术全面引入土木工程。(5)土木工程的可持续发展。三、土木工程发展历史与展望1.太空城市国际太空站三、土木工程发展历史与展望2.智能建筑美国太平洋设计中心三、土木工程发展历史与展望3.绿色建筑三、土木工程发展历史与展望(五)土木工程的发展趋势土木工程是一门综合性的学科，它跟其他学科的发展息息相关。特别是新材料、新技术等方面的发展，往往会给土木工程的发展带来契机。未来土木工程的发展将围绕以下几个方面。(1)建筑材料轻质高强化。(2)施工技术工业化、装配化。(3)设计理论精确化、科学化。三、土木工程发展历史与展望(4)计算分析方法上由线性分析转为成熟的更接近真实的非线性分析，由平面分析到空间分析，由单个分析到综合分析，由静态分析到动态分析;工程设计施工中由经验定值分析到随机分析最终到随机过程分析，由数值分析到模拟试验分析，同时各种辅助工具也相继应用到土木工程领域中，如计算机辅助设计、优化设计等。四、土木工程建设程序与法规(一)土木工程建设程序依照我国现行工程建设程序法规的规定，我国工程建设程序共分五个阶段，每个阶段又包含若干环节。(1)工程建设前期阶段(决策分析、投资意向)。主要内容包括投资机会分析、项口建议书、可行性研究(包括初步可行性研究)、审批立项。(2)工程建设准备阶段(规划)。主要内容包括获取土地使用权、拆迁、报建、工程承包发包。(3)工程建设实施阶段(勘察设计与施工)。主要内容包括设计文件审批、施工准备、工程施工、生产准备。四、土木工程建设程序与法规(4)工程验收与保修阶段(竣工验收)。主要内容包括工程验收、工程保修。(5)终结阶段(生产运营)。主要内容包括交付使用、投资后评价。(二)土木工程建设法规简介建设法规是指国家权力机关或其授权的行政机关制定的，旨在调整国家及其有关机构、企事业单位、社会团体、公民之间在建设活动中或建设行政管理活动中发生的各种社会关系的法律、法规的统称。四、土木工程建设程序与法规(三)掌握工程建设法规的意义掌握建设法规有很重要的现实意义。(1)掌握建设法规所涉及的法律、法规的基本概念，建设活动的基础建筑程序。(2)熟悉建筑活动中的勘察、设计、施工、监理所涉及的法规及分类，并能在实践中逐渐加深对其理解和选用。(3)明确建筑法规在我国建筑活动中的地位、作用和实施方法，并能及时掌握我国新颁布的相应法律、法规。为达到上述目的，建筑法规课程要借助许多相关的相邻专业学科，如城市规划、钢筋混凝土、砖石结构、建筑材料、水工建筑物、港口建筑物、钢结构、地基基础和建筑施工等。四、土木工程建设程序与法规(4)掌握建设法规体系、工程建设程序、工程建设执业资格、城市规划、工程勘察设计、工程发包与承包、工程建设施工、工程建设监理、职业资格制度暂行规定等各个方面的内容。五、土木工程分类我国将土木工程分为如下分支:房屋工程、铁路工程、道路工程、机场工程、桥梁工程、隧道及地下工程、特种工程结构、给排水工程、城市供热供燃气工程、交通工程、环境工程、港口工程、水利工程等学科。其中有些分支，如水利工程，由于自身工程的不断增多及专门科学技术的发展，也已从土木工程中分化出来成为独立的学科体系，但在很大程度上仍具有土木工程的共性。美国将土木工程概括为五个方面:建筑工程、交通运输工程、近海和水利工程、动力工程、公共卫生工程。六、注册师制度(一)注册结构师所谓注册结构工程师，是指取得中华人民共和国注册结构工程师执业资格证书和注册证书，从事房屋结构、桥梁结构及塔架结构等工程设计及相关业务的专业技术人员。注册结构工程师分为一级注册结构工程