1、 土木工程概论课程报告 国务院学位委员会为土木工程所下的定义：土木工程是建造各 类工程设施的科学技术的统称。它既指工程建设的对象，即建造在 地上、地下、水中的各种工程设施，也指所应用的材料、设备和所 进行的勘测、设计、施工、管理、养护、维修等专业技术。 1.土木工程发展简史 土木工程的发展大致可以分为三个阶段：古代土木工程、近代 土木工程和现代土木工程。 古代土木工程阶段大致是从公元前 5000 年的新石器时代到 17 世纪中叶，前后约 7000 年。这一时期土木工程发展得相当缓慢。工 程技术的传承主要是以经验的形式进行，长期徘徊在一个较低的水 平上。没有或者只有很少的专门的机械工具可以使用，
2、所使用的材 料主要是来自天然的木材，石料。在这种条件下，建造大规模的建 筑难度可想而知，因而也留下了许多建筑史上的谜团，比如埃及的 金字塔。 近代土木工程的时间跨度是从 17 世纪中叶到 20 世纪中叶，前 后约 300 年。这一时期是土木工程发展史中迅猛前进的阶段。这个 时期土木工程的主要特征是：在材料方面,由木材、石料、砖瓦为主, 到开始并日益广泛地使用铸铁、钢材、混凝土、钢筋混凝土，直至 早期的预应力混凝土；在理论方面，材料力学、理论力学、结构力 学、土力学、工程结构设计理论等学科逐步形成，设计理论的发展 保证了工程结构的安全和人力物力的节约；在施工方面，由于不断 出现新的工艺和新的机械
3、，施工技术进步，建造规模扩大，建造速 度加快了。在这种情况下，土木工程逐渐发展到包括房屋、道路、 桥梁、铁路、隧道、港口、市政、卫生等工程建筑和工程设施，不 仅能够在地面，而且有些工程还能在地下或水域内修建。但就其建 筑物的材料和工艺看，仍属于古代的范畴，如中国的雍和宫、法国 的罗浮宫、印度的泰姬陵、俄国的冬宫等。 土木工程进入现代阶段是自 20 世纪中叶起，这一阶段土木工程 开始与高新技术相结合。钢材和混凝土等建筑材料开始往高性能， 高强度发展，还出现了许多新型材料，如薄膜材料，钢化玻璃。同 时，建造技术也逐渐实现了机电计算机的一体化，大大提 高了施工效率。 纵观土木工程发展简史，不难看出，
4、土木工程的每一次飞跃， 都离不开工程材料和建造技术的发展。 2.土木工程的重要性 土木工程关系国家的经济建设和人民的生活水平，人民生活离 不开衣、食、住、行。土木工程与它们密切相关，人类的发展离不 开建筑的发展，建筑是人类活动的载体，任何高科技的产物都必须 附着在建筑上才能发挥它的作用。随着社会的不断发展，人类对建 筑的要求也越来越高，比如抗风、抗震等，这更突显了土木工程的 重要性。工业离不开土木工程，农业离不开工程，服务业也离不开 土木工程。另外，土木工程也是拉动经济发展的重要学科，中国的 房地产就是明证。 3.土木工程的现状 中国的土木工程建设从 2O 世纪 5O 年代起一直没有停过，且发
5、 展很快，尤其在近年来，发展极为迅猛，几乎整个中国成了一个大 的建设工地。新的高楼大厦、展览中心、铁路、公路、桥梁、港口 航道及大型水利工程在祖国各地如雨后春笋般地涌现，新结构、新 材料、新技术大力研究、开发和应用。发展之快，数量之巨，令世 界各国惊叹。 高层建筑不仅越建越多，越建越高，而且其结构体系及布置形 式也日趋多样化。框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、 框架一简体结构等体系、巨型结构、转换层结构、悬挑结构及高层 大跨框架结构等体系是目前常见的结构体系。大跨建筑、大空间建 筑日益增多，多为混凝土结构和空间钢结构。 随着我国经济建设的迅速发展， 公路、铁路运输事业突飞猛进， 高等级公路
6、里程快速增长。桥梁工程也取得了惊人的成就伴随着 桥梁类型的不断翻新，主跨跨度一再突破；而斜拉桥的复兴更是桥 梁工程的另一个辉煌。日本的时石海峡大桥(1 991 m 悬索桥)、多 多罗大桥(890 m 斜拉桥)，丹麦的海带桥(1 624 m 悬索桥)，法国 诺曼底桥 f856 m 斜拉桥)被公认为是 2O 世纪桥梁的代表作而载人 史册。而杨浦大桥、南浦大桥、芜湖长江大桥、南京长江二桥等大 跨桥梁的建成都标志着我国的大跨结构达到了一个新的水平，跨人 世界先进行列。 4. 土木工程的未来 土木工程的未来发展应当包括四个方面：（1）向更高发展； （2）向海洋发展；（3）向太空发展；（4）向信息化、智能
7、化发展。 向更高发展。随着社会不断发展，地球人口的不断增长，人类 所拥有的土地资源越来越有限。因而一块同样大小的地方上必须有 能够容纳更多人口的建筑，所以，未来土木工程必须向更高发展。 而这种趋势也越来越明显，比如中国的台北 101 大厦、美国的芝加 哥西尔斯大厦、阿拉伯联合酋长国的迪拜塔等。人类要继续在陆地 上生存，就必须造出更多的超级摩天大楼，而这就要求我们拥有更 先进、精湛的技术，比如要克服地基问题，风阻问题，甚至是地球 自转带来的问题。 向海洋发展。海洋面积占地球总表面积的 70.8%，这是一笔不可 忽视的资源，在海洋上，人类将大有作为。充分利用海洋的方式是 多种多样的。比如可以进行围
8、垦、拓岸，上海南汇滩围垦、崇明东 滩围垦是这方面的成功典范。也可以建造人工岛，或者将一些重要 的工程建在海上，比如阿拉伯联合酋长国的首都迪拜的七星级大酒 店。甚至把城市建造在大型的、航母式的轮船上也不无可能。再者， 海底的空间资源也是相当巨大的。随着科技的进步，在深邃的海底 进行土木类的工程建设将成为人类工程史上的一大飞跃。人类生活 的空间由地面延至海底，这将是人类文明史上的伟大壮举。当然， 这对科技力量的要求是极高的，因而实现这一伟大壮举还任重而道 远。 向太空发展。假如有一天，地球将无法再容纳更多的人口，土木 工程必将向太空迈进。目前人们已发现月球上拥有大量的钛铁矿， 在 800 高温下，
9、钛铁矿与氢化物便合成铁、钛、氧和水气，由此 可制造出人类生存所必需的氧和水。美国政府已决定在月球上建造 月球基地，并通过这个基地进行登陆火星行动。预计在 21 世纪 50 年代以后，空间工业化、空间商业化、外层空间人类化等可能会得 到较大发展。 向信息化、智能化发展。信息化、智能化是以计算机、网络技术 为核心，使用高新技术对传统土木工程技术手段及施工方式进行改 造和提升，促使其更加完善，更科学、合理，典型的辅助工具之一 就是 CAD。 5.土木工程专业所培养人才的素质要求 通过对这门课程的分析，我认为土木工程专业人才应具备以下 几个素质。 （一）社会素质 首先，作为一个土木工程师，要具有正确的
10、人生观和良好的思想 品德，社会公德，以及高度的责任感。要对自己的工作高度负责， 把所学的知识灵活地运用在工程施工上，确保工程的科学性和安全 性。土木工程专业是一项很严谨的学科，土木工程也是要求很严格 的学科，来不得半点的弄虚作假。除此之外，土木工程人才必须懂 得和他人合作，要具有团队精神，因为没有任何一项工程是可以凭 一己之力完成的，土木工程离不开团队合作。团队精神是土木人不 可缺少的精神之一。 （二）专业素质、 通过四年对专业知识的学习，我们要具备现代应用型高级人才所 必须的知识框架结构，掌握现代土木工程基本理论，结构设计与施 工的基本原理，经济管理知识和相关技术，要具备宽厚结实的专业 技术
11、理论，基础知识，具备较强的工程制图和应用能力，具备建筑 工程专业所必须的计算，实验，绘图，及工程施工等基本技能，了 解本专业的学科前沿及发展趋势等。土木工程不单单是施工一个环 节，所以具备一定的科技协作能力，计算机应用能力，工程设计能 力，合作交往能力和组织管理能力等，对土木工程所牵涉到的社会 交往、组织管理是很有必要的。 （三）心理素质 良好的心理素质不仅是对土木工程专业人才的要求，也是对广 大社会工作者的要求。对一个土木人来说，其要求更为严格。土木 工程所提出的课题是特殊的，因为所有工程建筑都是独特且十分严 肃的。我们必须随时准备并乐于应对新的复杂问题，利用所学知识 多角度处理问题。面对挫
12、折，面对棘手的问题我们不能轻言放弃。 作为一个土木人，要有像钢筋混凝土般的坚韧意志，随时接受新的 挑战。 5.土木工程材料简析 任何土木工程建筑物与构筑物都是用相应的材料按一定的要求 建造的，土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料。古代 所使用的主要是天然石材，木材，黏土，茅草等天然材料。到了人 类能够用黏土烧制砖、瓦，用石灰岩烧制石灰之后，土木工程材料 由天然材料进入了人工材料阶段，使用的结构材料主要是砖，石和 木材。到 18、19 世纪资本主义的兴起，大跨度场房，高层建筑和桥 梁等土木工程建设的需要旧有材料在性能上满足不了新的设计要求， 土木工程材料在其他相关科学技术的配合下，进入了
13、一个新的发展 阶段。相应出现了钢材，水泥，混凝土，钢筋混凝土和预应力混凝 土及其他材料。现简单地分析这几种现代工程建设较为常用的材料。 钢材。钢材广泛的运用于铁路，桥梁，建筑工程等各种结构工 程中，是在严格的技术控制条件下生产的品质均匀致密，抗拉、抗 压、抗弯、抗剪切，强度都很高。常温下能承受较大的冲击和震动 荷载，有一定的塑性和很好的韧性。良好的加工性能，可以铸造、 锻压、焊接、铆接和切割，便于装备，同时为钢结构高层建筑创造 条件。 水泥。水泥是水硬性胶凝材料，既加水拌合成塑性浆体，能够 在空气中和水中凝结硬化，其他材料凝结成整体，并形成坚硬的石 材。常见的硅酸盐水泥也叫做波特兰水泥，经过加
14、水、拌合、初凝、 终凝和硬化后形成坚硬的水泥石。除此之外还有适应于紧急抢修工 程、低温工程和高标号混凝土预制件的快硬硅胶盐水泥；用于军事 工程、机场跑道、桥梁、隧道和涵洞等紧急抢修工程的快凝快硬硅 酸盐水泥；用于内外装修的白水泥；快硬，高强，耐热和耐腐蚀的 高铝水泥；用于制作大口径运输水管的和各种输油输气管的，在硬 化过程中不但不收缩而且有一定程度膨胀的膨胀水泥等。 混凝土。混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，它是有胶 结材料，骨料和水按一定的比例配制，经搅拌振捣成型，在一定情 况下养护成型的人造石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产 工艺简单等特点，因而使用量越来越大。同时混凝土还具有抗
15、压强 度高耐久性好，强度等级范围宽等优点。按材料可分为水泥混凝土， 沥青混凝土，石膏混凝土及聚合物混凝土等。为了克服混凝土抗压 强度低的缺陷，将混凝土与其他材料复合出现了钢筋混凝土，预应 力混凝土，各种纤维增强混凝土等。 沥青。沥青石油是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物和这些 碳氢化合物的非金属衍生物所组成的混合物。沥青除用于道路工程 外，还可以作为防水材料用于房屋建筑，及用作一般土木工程的防 腐材料等。塑料。塑料是以有机高分子化合物为基本材料，加入各 种改性添加剂后，在一定的温度和压强下塑造而成的材料。其有表 现密度小，导热性差强度重量比较大，化学稳定性良好，电绝缘性 优良，消音吸振性良好及
16、负有装饰性等优点。 随着生产要求以及环保意识的提高，出现了各种新型复合材料 以及绿色建材。比如强度高、防水、防腐蚀好的彩钢板，重量轻、 保温性能极佳的泡沫塑料，以及采用清洁生产技术，使用工业或城 市固态废弃物生产的绿色建材等。随着科技不断进步，还会有更多 各种各样的新型材料加入到工程材料的队伍中来。 6. 土木工程结构简析 土木工程结构的发展是建立在材料发展之上的。传统的土木工 程结构有木结构，砖木结构等，所应用的工程材料主要是木、砖、 瓦。十七世纪 70 年代开始使用生铁、十九世纪初开始使用熟铁建造 桥梁和房屋，这是钢结构出现的前奏。从十九世纪中叶开始，冶金 业冶炼并轧制出抗拉和抗压强度都很
17、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。于是适应发展需要的钢结 构得到蓬勃发展。除应用原有的粱、拱结构外，新兴的桁架、框架、 网架结构、悬索结构逐渐推广，出现了结构形式百花争艳的局面。 建筑物跨径从砖结构、石结构、木结构的几米、几十米发展到钢结 构的百米、几百米，直到现代的千米以上。为适应钢结构工程发展 的需要，在牛顿力学的基础上，材料力学、结构力学、工程结构设 计理论等就应运而生。十九世纪 20 年代，波特兰水泥制成后，混凝 土问世了。混凝土骨料可以就地取材，混凝土构件易于成型，但混 凝土的抗拉强度很小，用途受到限制。十九世纪中叶以后，钢铁产 量激增，随之出现了钢筋混
18、凝土这种新型的复合建筑材料，其中钢 筋承担拉力，混凝土承担压力，发挥了各自的优点。二十世纪初以 来，钢筋混凝土广泛应用于土木工程的各个领域。从三十年代开始， 出现了预应力混凝土。预应力混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载 能力，大大高于钢筋混凝土结构，因而用途更为广阔。土木工程进 入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史时期。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。随着社会进步，更出现了巨型结构体系和膜结构。巨型 结构是一种超常规的具有巨大抗侧刚度及整体工作性能的大型结构， 是一种非常合理的超高
19、层结构形式。巨型结构按主要受力体系形式 可分为巨型桁架结构、巨型框架结构、巨型悬挂结构和巨型分离式 结构；按材料可分为巨型钢筋混凝土结构、巨型钢骨混凝土结构、 巨型钢钢筋混凝土混合结构及巨型钢结构。而膜结构是用多种 高强薄膜材料（常见的有 PVC 类、PTFE 类及有机硅类）及辅助结 构（常见的有钢索，钢桁架或钢柱等）通过一定的方式使其内部产 生一定的预张应力，并形成应力控制下的某种空间形态。这种结构 形式特别适用于大型体育场馆、入口廊道、公众休闲娱乐广场、展 览会场、购物中心等领域。除以上介绍的几种新型建筑结构体系外， 还有张拉整体结构、高效预应力结构、开合屋盖结构、折叠结构和 玻璃结构等。
20、随着科学技术、结构设计理论、高强材料的迅速发展， 以及人们对建筑造型、建筑设计等的要求越来越高，这些结构体系 势必会越来越广泛应用于建筑工程中。 7.学习心得 作为一名刚刚踏入土木殿堂的新手，通过近半学期的学习，我 对土木工程的认识由模糊变为了清晰，也意识到了自己身上所肩负 的重任。土木工程是一项严谨的学科，只有认真刻苦，善于钻研才 能学有所成。作为一个土木人，除了掌握过硬的专业知识外，还有 努力提高自己的管理能力、表达和公关能力，以及培养自己的创新 精神。同时，通过对土木工程的了解，我也发现这项学科巨大的发 展潜力，因为我国正处于城市化的进程当中，还有许多贫穷落后的 地方等着我们土木人建设。因此，我必须刻苦学习，努力提升自己 各方面的能力，决心成为一个优秀的土木工程师，为日后祖国的发 展建设添砖加瓦！ 8.参考资料 土木工程概论 （罗福午主编） 施工技术期刊 土木工程网： 中国土木工程学会：
