1、 土木工程概论 1、土木工程专业培养目标和人才素质要求 土木工程：是指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：一、土木工程的要素和目的：形成人类活动所需要的，功能良好舒适美观的空间和通道。二、土木工程存在的根本原因：存在的根本原因能够抵御人为或自然的作用力。三、建造土木工程的根本条件：充分发挥所采用材料的作用。四、土木工程最终归属：“快、好、省”地组织人力、财力和物力，把社会所需要的工程设施建造成功，付诸使用。 土木工程活动在技术和管理方面的内容：技术方面，有勘察、测量、设计、施工、监理、开发等；管理方面，有制定政策和法规、企业经营、项目管理、施工组织、物业管理等
2、。 土木工程的基本属性：1 社会性 2 综合性 3 实践性 4 技术经济和艺术统一性。 土木工程及工程管理专业的培养目标：培养适应社会主义现代化需要，德智体全面发展，掌握土木工程学科的基本理论和基本知识，获得土木工程师基本训练的，具有创新精神的高级工程技术人才。 科学：是关于事物的基本原理和事实的有组织、有系统的知识。 科学家：是从事科学研究的专门家，包括自然科学家和社会科学家。 科学的主要任务：是研究世界万物发展变化的客观规律，它解决一个为什么的问题。 技术：是指将科学研究所发现或传统经验所证明的规律转化成为各种生产工艺，作业方法，设备装置的总和。它解决一个如何实现的问题。 技术的主要任务：
3、是利用和改造自然，以其生产某种满足人类需要的产品而服务。 科学和技术的区别于联系：区别：概念在上面。联系：科学是基础，应用科学原理可以开发技术；技术的发展，会出现新的现象和问题，人们对它们进行研究，就能进一步发展科学。所以，科学与技术相互促进，相辅相成，而且互相渗透，两者之间没有明确的界限。 工程是指自然科学或各种专门技术应用到生产部门去而形成的各种学科的总称。 工程师：是从事工程活动的技术家。 工程目的：在于利用和改造自然来为人类服务。 工程师的类型 ：技术实施型 研究开发型 工程管理型 三类。 工程师的素质要求：1 有较强的基础科学和技术科学额理论基础或较宽的知识面 2 具备以下几方面的能
4、力：设计、实施、开发、管理、评价能力。 我国高等学校及社会对人才的需求和学校对人才的培养之间存在着两个根本矛盾：1 社会需求的多样性和学习培养人才的规格较为单一之间的矛盾 2 社会需求的可变性和学校教学的相对稳定性之间的矛盾。 在土木工程学科的系统学习中，实践经验中得出以下几点值得重视：自主学习能力；综合解决问题的能力；争强、创新能力；协调、管理能力 人的素质：按心理学解释，指“人的先天的主要在神经系统和感觉器官方面的生理解剖特点”,是人的心理发展的生理条件。而按教育学解释，则指“人在先天生理基础上受后天环境 教育影响，通过个体自身的认识与社会实践，养成的比较稳定的身心发展的基本品质” 。 本
5、专业学生应该追求的基本品质的内容：1 认知方面 2 技能和能力方面 3 思想和情感方面 4 意识和意志方面 5 心里和体魄方面 大学生养成高素质所要求的基本品质的主要途径：勤奋学习、努力实践、用语创新、交融集体、健康身心、与时俱进。 2、土木工程的内涵和发展简史 土木工程学：是指运用数学、物理、化学等基础科学知识，力学、材料等技术科学知识以及土木工程方面的工程技术知识来研究、设计、修建各种建筑物和构筑物的一门学科。 建筑物及种类:是指供人们进行生产生活或其他活动的房屋或场所，如工业建筑 民用建筑 农业建筑 铁路建筑等。 构筑物及种类:是指人们一般不直接在内进行生产生活活动的建筑物，如烟囱、水塔
6、。 土木工程的物质基础种类:土地、材料以及各种施工机具。 土木工程所受到自然界和人为作用外力种类：地球引力、风、地震、温度变化、爆炸等。 土木工程学科的出发点和归宿：利用物质条件，满足人们生产、生活和其他活动的使用需要和审美要求，做到使各类土木工程既能完全地承受各种作用力，又能经济而迅速地完成其建造任务。 土木工程的发展经历三个历史时期：古代、近代和现代三个阶段。 现代土木工程的特点有：功能要求多样化；城市建设立体化；交通工程快速化；工程设施大型化。 土木工程的内涵及其重要性：土木工程建造各类各类工程设施的科学技术的总称，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
7、和所进行勘测设计，施工，维修，养护等技术。 土木工程的范围：包括房屋建筑工程，公路与道路市政工程，铁道工程，桥梁工程，隧道工程，机场工程，地下工程，给排水工程，港口，码头工程。 土木工程各发展阶段：古代土木工程：历史跨度长，大致从旧石器时代（公元前 5000 年）到十七世纪中叶。这一时期的土木工程没有什么设计理论指导，是公主要靠经验。所应用的材料主要取之于自然，如树，石头，土坯，所用工具很简单，如斧，锤，刀，铲，夯等。近代土木工程：从十七世纪中叶刀第二次世界大战前后，历时 300 余年，这一时期的土木工程逐步形成一门独立的学科。材料方面开始应用钢筋，砼，这一时期的工具应用新的施工机械。现在土木
8、工程：从第二次世界大战结束到至今 1 功能要求多样化 2 城市建设立体化 3 交通工程高速化 4 工程设施大型化。 土木工程面临的形势：1.信息时代 2.航空航天事业的发展 3.世界人口的激增，资源枯竭 4.生存环境恶化 土木工程的发展：1.土木工程材料向多功能和智能化发展 2.土木工程项目趋于大型化、全、新，并向太空海洋荒漠发展 3.土木工程设计规划科学化、自动化，施工精细化、工厂化。 可持续发展:既满足当代人的需要，又不对后代满足其需要的发展构成威胁。 3、土木工程中的材料 每平方米建筑物所用材料量：12t。 各种工程材料应用的年代：远古时代，采用石块和树木；公元前 124 世纪，采用砖和
9、瓦；17 世纪，采用生铁和熟铁；18 世纪，钢材。 土木工程设施对材料提出的要求：坚固、耐久、耐火、防水、耐磨、隔热、绝缘、抗冲击、抗核辐射。 土木工程材料：任何土木工程建(构)筑物( 包括道路、桥梁、港口、码头、矿井、隧道等) 都是用相应材料按一定的要求建造成的，土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料。 容积密度：材料在自然状态下单位体积的质量。 密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。 强度：抵抗破坏的能力。 变形：承受形状改变的能力。 弹性：材料在外力除去后起其变形能完全消失的性质。塑性：外力撤去后不能恢复其原有形状的性质。 韧性：材料受冲击断裂时吸收机械能的能力。 耐久性：材料
10、在长期使用过程中经受各种所受环境和条件的作用仍能保持其原有性能的能力。 材料分类：一般分为金属材料和非金属材料两大类。材料按功能分类般分为结构材料(承受荷载作用的材料) 和功能材料(具有专门功能的材料 )。材料按用途分类，如建筑结构材料；桥梁结构材料；水工结构材料；路面结构材料；建筑墙体材料；建筑装饰材料；建筑防水材料；建筑保温隔声材料等。 材料在土木工程中的作用：材料对保证工程质量的作用；材料对工程造价的影响；材料对工程技术进步的促进作用。 土木工程设施中所起的作用和功能分：1 承重材料，起承受大自然和人为的各种作用力的作用，典型的如各种钢材、混凝土、木材和由多种块材、砂浆组织的砌体。2 围
11、护材料， 其保持空间和通道使用功能的作用，典型的如粘土砖瓦、轻质混凝土、无机和有机纤维制品 3 装饰材料，起创造优美和舒适环境的作用，典型的如玻璃、油漆、墙地面装饰材料 4 胶结材料，典型的如水泥、石灰、石膏、沥青。 4 种主要工程材料的名称：钢材、混凝土、木材和砌体。 低碳钢：主要成分是铁（Fe，约占 99%）和少量的碳（ C，通常不超过 0.22%） 。 低合金钢：主要成分是铁（Fe，约占 99%）和少量的碳（ C，通常不超过 0.22%） ，还含有少量锰、硅、钒等元素。 各种钢在结构设计中抗拉和抗压设计强度值：低碳钢：约为 215N/mm；低合金钢：310380N/mm 。 .钢材：优点
12、：材质均匀致密，抗拉、抗压、抗弯、抗剪切强度都很高，有一定的塑性和很好的韧性、良好的加工性能。缺点：耐火性差、易于锈蚀、维护费用较高。 混凝土：是由胶结材料、骨料和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。 混凝土强度等级：一般为 C20C40，甚至可达 C60C80。 混凝土的种类及受力特点：C20C40 混凝土在实际受压构件中的抗压设计强度约为 1020N/mm，抗拉设计强度约为 1.11.7N/mm。 混泥土：优点：可模性、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；缺点：自重较大，施工比较复
13、杂，工序多，工期长，易产生裂缝。 木材：优点：轻质高强；易于加工；有较高的弹性和韧性；能承受冲击和振动作用；导电和导热性能低；木纹美丽；装饰性好等。缺点：构造不均匀，各向异性；易吸湿、吸水，因而产生较大的湿胀、干缩变形；易燃、易腐等。 土木工程中所用木材种类:圆木（直径 120mm 以上） 、方木（截面方形，边长 100250mm） 、条木（宽度不大于厚度的 2 倍） 、板材（宽度大于厚度的 2 被；厚 35mm 以下的薄板）等。 木材受力特点：顺纹抗拉设计强度为 810N/mm，顺纹抗压设计强度为 1016N/mm。 （在承重结构中不允许木材横纹受拉） 。 砌体：是由石材、粘土、混凝土、工业
14、废料等材料做成的块材，和水泥、石灰膏等胶凝材料与砂、水混合做成的砂浆，叠合粘结而成的符复合料。 砌体受力特点：抗压强度只有 1.53.5N/mm，抗拉强度仅有 0.10.2N/mm。 砌体：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性好；缺点：强度低导致结构笨重，而且粘土砖与农田争地，手工在现场砌筑而成，施工劳动量大，工程中质量问题偏多。 4、土木工程中的力学和结构概念 力：物体间有方向的相互作用，这种相互作用有使物体改变原来形状或改变运动方向，或二者具有的效应。 纯量、矢量：纯量：只有量值特征；纯量：即有量值又有方向。 转动平衡：力矩既可按顺时针方向转动，也可按逆时针方向转动
15、，当两个方向转动效应之和为零时，称出于转动平衡。 移动平衡：装置上所有向下的重力必然和悬挂点处的反作用上举力相等，装置才会出于不移动的静止状态，F=0，也称此装置处于移动平衡。 5 种内力特征及对应表示符号：1 产生拉伸变形的是拉力，一般以 +N 表示；2 产生压缩变形的是压力，一般以 N 表示；3 产生弯曲变形的是婉拒，一般以 M 表示；4 产生剪切变形的是剪力，一般以 V 表示；5 产生扭曲变形的是扭矩，一般以 Mr 表示. 恒载与总荷载的关系:承重结构的恒载约占总荷载的 50%70%。 可变荷载的类型：1 使用荷载 2 车辆荷载 3 风载 4 血载。 基础：将上部结构荷载传递给地基、连接
16、上部结构与地基的下部结构称为基础，地基是受结构传来荷载影响的土层或岩层 永久载荷:指在使用期间永久在结构上，其值不随时间变化的载荷（恒载） 可变载荷:指在使用期间施加在结构上的值随时间变化的载荷（活载） 偶然荷载:指在使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载，如撞击荷载 风载有三个“不一样”：1 不同地区不一样 2 不同地区每时每刻不一样 3 不同高程不同部位不一样。 由于土的透水性不同，土体在完成压缩过程的时间不一样这导致了土体在一段时间之后会发生沉降 地基承载力：在保证地基稳定的条件下，地基压缩变形控制在房屋容许范围内时，地基单位面积上所承受的最大荷载。 结构失效现象：1
17、 破坏:是指结构或构件截面抵抗作用力的能力不足以承受作用效应的现象。2 失稳:是指结构或构件因长细比过大而在不大的作用力下突然发生作用力平面外的极大变形的现象。3 发生影响正常使用的变形 4 倾覆或滑移 5 结构所用材料丧失耐久性 现代桥梁常见形式：梁桥、拱桥、钢架桥、悬索桥、斜拉桥。 建筑的基本构件：可分为板、梁、柱、拱等。 板：指平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常水平放置，承受垂直于板面的荷载，以受弯矩为主。 梁：承受垂直于其纵轴方向荷载的线性构件，以受弯矩和剪力为主。 柱：是工程结构中主要承受压力，有时也同时承受弯矩的竖向构件，以受压力和弯矩为主。 墙：受平行或垂直于墙面方向的竖向平
18、面构件，前者以受压力为主，后者以受弯矩和剪力为主。 杆：承受轴向力的直线形构件。 拱：承受沿其纵轴平面内荷载的曲线形构件，以受压力和弯矩、剪力为主。 壳：一种曲面形具有很好空间传力性能的构件，能以极小厚度覆盖大跨度空间，以受压力为主。 索：以柔性受拉钢索组成的构件，直线或曲线形。 膜：以薄膜材料制成的构件，只能承受拉力。 地基：受结构传来荷载影响的土层或岩层。 岩石：颗粒间牢固连接的、整体的或有裂隙的岩体 碎石土：多数粒径大于 2mm，按粗细分块石、卵石、圆砾 砂土：多数粒径大于 0.075mm、小于 2mm 的土，按粗细分砾、中、细、粉砂 粉土：颗粒粒径更细，粘性介于粘性土和上述非粘性土之间
19、的土 粘性土：粒径比粉土更细，具有明显粘性的土 人工填土：回填土、垃圾、工业废料等。 建筑工程中常见的典型结构：墙体结构、框架结构、框架筒体结构、桁架架构、网架结构、拱结构、壳体结构、空间折板结构、钢索结构。 土木工程结构的四项预定功能：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。 土木工程结构要求：1 在应用上，要充分满足空间和通道的多项使用要求 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、
20、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。 5、建筑工程概述 建筑工程：典型的建筑工程是房屋工程，他是兴建房屋的规划 勘察 设计 施工的总称，目的是为人类生产生活提供场所。对房屋的基本要求是“实用、美观、经济” 。 建筑工程中建筑，结构，设备，施工之间关系：建筑的设计概念是讲为满足需要进行的建筑设计，是设计的龙头专业，由建筑学人员完成；施工概念是讲整个施工过程。结构的设计概念是讲通过结构计算为建筑设计配结构，施工概念是讲结构施工。设备的设计概念是讲通过计算、选型为建筑设计配设备，包括水、暖、通风（不含电） 。施工概念是讲设备施工。 结构工程师的任务：1 确定房
21、屋结构承受的荷载，并合理选用结构材料 2 正确选用结构体系和结构型式 3 解决好结构承载力、变形、稳定、抗倾覆等技术问题 4 解决好结构的连接构造和施工方法问题。 施工工程师的任务：1 施工组织设计和施工现场布置 2 确定施工技术方案和选用施工设备 3 建筑材料的购置、检验和使用，熟练技工和劳动力组织 4 确保工程质量和工期进度。 建筑物类别的常用三种分法：1、按使用性质，住宅、公共、商业、文教卫生、工业建筑；2、建筑结构采用的材料，生土、木、砌体、钢筋混凝土、钢-混凝土组合、钢、薄膜充气结构； 3、建筑物主体结构的形式和受力系统划分，承重墙、框架、筒体、错列桁架、拱、薄壳、折板、网架、悬挂式
22、结构。 混凝土的受力构件种类:板、梁、柱。 混凝土的结构体系种类：墙体、框架、薄壳结构体系。 我国水泥工业开始年代:1889 年，1824 年波特兰水泥发明年代。 我国最早建造的钢筋混凝土框架结构:1908 年建造的上海电话公司大楼。 混凝土的优点:资源丰富，能消纳工业废渣，成本和能耗较低，可以与钢筋、型钢粘结使用，可模性、整体性、刚性均较好，体内能按受力需要配置钢筋。 混凝土结构的优点:超高层建筑、巨型大跨度建筑、海洋工程建筑、原子能工程建筑，以及高达 1300、抵达160的高低温工程建筑，都可以采用混凝土结构。 钢结构：通常由型钢、钢管、钢板等之称的钢梁、钢柱、钢桁架等构建组成，各构件之间
23、采用焊缝螺栓或铆钉连接。有些钢结构还用钢绞线钢丝绳组成。特点：常用于跨度大、高度大、荷载大、动力作用大的各种建筑及其他土木工程结构中。 网架：是由多根按一定网架形式通过节点连接而成的空间结构，分平板网架和曲面网架。优点：具有空间受力、重量轻、刚度大、整体性强、稳定性好、抗震性能好等。 钢-混凝土组合结构：是采用钢构件和钢筋混凝土构件，后港混凝土组合构件共同组成的承重结构体系后抗侧立结构体系。特点：使钢和混凝土两种材料取长补短。 索结构：是由一系列受拉的直线型或曲线形索及相应构建所组成的承重结构，属于张力结构。优点：充分利用钢材的强度，用料经济，能跨越很多大的跨度，施工方便，外形多样，造型美观。
24、 索-膜结构：是用薄膜材料和钢索共同形成的结构形式。 特种结构：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构筑物。 特种结构种类：贮液池、烟囱、筒仓、水塔、挡土墙、深基坑支撑结构、电视塔和纪念性构筑物等。 混合结构：指用不同的材料建造的房屋，通常墙体采用砖砌体，屋面和楼板采用钢筋混凝土结构，故称砖混结构。 筒仓：是贮存粒状和粉状松散物体的立式容器，可作为生产企业调节和短期贮存生产用的附属设施，也可作为长期贮存粮食的仓库。 水池：位于地平面以上或地下。 水塔：是储水和配水的高耸结构，是给水工程中常用的构筑物，用来保持和调节给水管网中的水量和水压。水塔由水箱、塔身和基础三部分组成。
25、 烟囱：是工业中常用的构筑物，是把烟气排入高空的高耸结构，能改善燃烧条件，减轻烟气对环境的污染 电视塔：为筒体悬臂结构或空间框架结构，由塔基、塔座、塔身、塔楼及桅杆等 5 部分组成。 框架结构：由梁柱构件连结点处钢结组成的结构。优点：建筑平面布置灵活，多用于多层建筑 排架结构：由骨架，柱和基础组成（单层工业厂房） 柱子和屋架铰接与地基钢结 网架结构：特点：1 跨度更大，2 安全性更大，3 工业化生产 悬索结构：特点：1 主要承重构件是索；2 施工方便，设施简单；3 适应性强，造型美观；4 创造具有良好物理性能的建筑物 6、 地下工程概述 地下工程：在地面以下土层或岩体中修建各种类型的地下建筑物
26、或结构的工程，可称为地下工程。 地下住宅设施：指各种地下或半地下住宅，我国的窑洞及北美等地的覆土式房屋就是典型的地下住宅。 地下城市设施：为改善城市功能的各项设施，包括埋在地下的各类管线、变电站等，迁至地下，有益于改善城市环境、提高市民生活质量。 单建式：指独立建造的地下工程，地面上没有其他建筑物。 附建式：一般指各种建筑物的地下室部分。 小型地下工程：指一般性建筑物地下室。 大型地下工程：指空间开阔的大型地下车库。 隧道：是修筑在岩体、土体或水底，两端有出入口的，供车辆、行人、水流及管线等通过的通道，包括交通运输方面的铁路、道路、水底隧道和各种水工隧洞等。 道路隧道：分为山岭道路隧道、水底道
27、路隧道和城市道路隧道。 地下铁道：是指在城市地下由电力机车牵引的铁路。 地下工程的特色：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有都具有较好的抗暴、抗震能力和良好的热稳定性和密闭性。 地下工程设施的分类方法：住宅设施、城市设施、生产设施、交通设施、贮藏设施、防灾，人防设施、军事设施 隧道工程的特点：它是交通运输线路穿越天然障碍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做相应调整施工作业面窄，可能容纳的劳动能力和机械设备都受到限制，对工业化、机械化施工要求高造价昂贵 道路隧道的优点：隧道能克服高程障碍，缩短线路长度，减小坡度和曲率，从而提高线路技术标准。 地下铁道的种类：浅埋地铁、深海地铁、地面地铁线路段、高架地铁线路段 地铁建筑物内容：地铁车站、区间隧道、出入口建筑物 衬砌结构的作用、受力特点及施工特点：作用：承受岩土层和爆炸等静力和动力荷载，并防止地下水和潮气的侵入。
