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            土木工程概論

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            作者:王甲兵

            土木工程的英文是Civil Engineering ,直譯是民用工程,它是建造各種工程的統稱。它既指建設的對象,即建造在地上,地下,水中的工程設施,也指應用的材料設備和進行的勘測,設計施工,保養,維修等專業技術。

            土木工程隨著人類社會的進步而發展,至今已經演變成為大型綜合性的學科,它已經出許多分支,如:建筑工程,鐵路工程,道路工程,橋梁工程,特種工程結構,給水排水工程,港口工程,水利工程,環境工程等學科。土木工程共有五個專業:建筑學,城市規劃,土木工程,建筑環境與設備工程和給水排水工程。土木工程作為一個重要的基礎學科,有其重要的屬性:綜合性,社會性,實踐性,統一性。土木工程為國民經濟的發展和人民生活的改善提供了重要的物質技術基礎,對眾多產業的振興發揮了促進作用,工程建設是形成固定資產的基本生產過程,因此,建筑業和房地產成為許多國家和地區的經濟支柱之一。

            古代的土木工程有很長的時間跨度,大致從公元前500年新石器時代出現原始的土木工程活動到16世紀末意大利的文藝復興,導致土木工程走上迅速發展的道路為止,前后經歷了兩千多年。在這段時間內,由于科學理論發展及其緩慢,土木工程也沒有突破習慣的發展。

            遠古時代,居住和交往的需要,人類開始了掘土為穴,架木為橋的原始的土木工程活動,我國黃河流域的仰邵文化遺址和西安半坡遺址發現了有供居住的淺穴和直徑為5—6米的圓形房屋。中國古代的建筑多采用木結構,并逐漸形成與此想適應的風格,公元14世紀的建造的北京故宮是世界上最大的最完整的古代木結構宮殿建筑群,應縣的木塔是世界上最高的木建筑。與此同時,歐洲的以石拱結構為主的古代房屋建筑也達到了很高的水平,意大利的比薩大教堂,法國的巴黎圣母院,羅馬的圣彼得大教堂均反映了歐洲這一時期建筑施工和結構的最高成就。從17世紀中頁開始到20 世紀40年代第二次世界大戰結束為止的300年間,國外的建筑取得了長足的進步。土木工程進入了定量分析階段。一些理論的發展,新材料的出現,新工具的發明,都使土木工程科學日漸完善和成熟。到了近代,二戰結束之后,許多國家經濟起飛,現代科學日益進步,從而為進一步發展提供了強大的動力和物質基礎。尤其是我國,土木工程在這一段時間內,更是突飛猛進,建筑,橋梁,道路,隧道等,無論是在技術理論上,還是在基礎建設上,都取得了巨大的成就。

            人們生活水平的不斷提高,必然要求越來越舒適的居住環境,在這種情況下,建筑的發展直接推動了土木工程的發展。遠古時代,人們巢居穴處,后來石器的出現,人們開始利用工具建造簡單的住房,到明清時期,中國的木結構建筑技術和規模都達到了頂峰。解放后,隨著國家對基礎建設的投入的不斷加大,一座座高樓想雨后春筍一樣出現在中華大地。

            建筑工程就是興建房屋規劃,勘測,設計,施工的總稱。目的是為人類的生產和生活提供場所。

            房屋建筑一般包括十個部分:(1)埋在地下的基礎和地下室(2)承載外力并把力傳到基礎的柱子,樓板,梁,框架墻,屋蓋及支撐體系(3)四周的餓維護結構和中間的隔墻(4)房屋內外的裝飾(5)控制環境的供暖,通風,空氣調節,照明,防火隔聲等系統(6)樓梯間,電梯或自動扶梯等垂直傳輸系統(7)閉路電視,電話,計算機網絡等通訊體系(8)電力系統(9)衛生設備和給水排水系統(10)垃圾處理系統。

            Pier Luigi Nervy說過:建筑結構說穿了,不過就是受力體的反力與內部應力如何與外力達到平衡。建筑首先要解決,也是必須要解決的問題就是受力的問題。我們把解決這個問題的學科稱為建筑力學。建筑力學有可以分為:靜力學,材料力學和結構力學三大力學體系。建筑力學是討論和研究建筑結構及構件在荷載和其他因素影響的工作狀況,也就是建筑的強度,剛度,穩定性。在載荷作用下,承受載荷和傳遞載荷的建筑結構和構件會引起周圍的物體對它們的作用,同時物件本身受載荷作用而產生變形,并且存在著破壞的可能性,但是結構本身就具有一定的抵抗變形和破壞的能力,而結構的承載能力的大小是與構件的材料,截面的幾何尺寸,受力性質,工作條件和構造情況有關。而這些關系都可以由力學關系式通過計算而得以解決。

            建筑材料在建筑中也有著舉足輕重的作用。建筑材料是隨著人類社會生產力和科學技術的提高而逐步發展起來的。人類最早穴居巢處,幾乎沒有建筑材料的概念,后進入到石器鐵器時代,開始掘土鑿石為洞,伐木搭竹為棚,利用最原始的材料建造最簡陋的房屋。后來,用黏土燒制磚瓦,用巖石制石灰,石膏,建筑材料從天然進入了人工階段,為建造教大的房屋創造了條件。18世紀后,科學技術的發展促使建筑材料進入了一個新的發展階段,鋼鐵,水泥,混凝土及其他材料的相繼問世,為現代的建筑奠定了基礎。20世紀后,建材性能和質量的弊端改善,品種的不斷增加,以有機材料為主的化學建材異軍突起,一些具有特殊功能的建材如絕熱材料,吸聲隔熱材料,耐火防火材料,防水抗滲材料,防爆防輻射材料應運而生,這些材料為房屋建筑提供了強有力的物質保障。現在的建筑中,工程質量的優劣通常與所采用材料的優劣,性能及使用的合理與否有直接的聯系,在滿足相同技術指標和質量要求的前提下,選擇不同的材料不同的使用方法,都對工程的造價有直接的影響。

            在建筑過程中,建筑工程施工是和與建筑力學,建筑材料同樣重要的一個環節。建筑施工是將設計者的思想,意圖及構思轉化為現實的過程,從古代的穴居巢處到現在的摩天大樓,從農村的鄉間小道到城市的高架道路都需要通過“施工”的手段來實現。一個工程的施工包括許多工種工程,諸如土方工程,樁基礎工程,混凝土結構工程,鋼機構工程,結構吊裝工程,防水工程等,各個工種工程都有自己的規律,都需要根據不同的施工對象及施工環境條件采用相應的施工技術,在土建施工的同時,需要與有關的水電,風暖及其他設備組成一個整體,各工程之間合理的組織與協調,更好的發揮投資的效益。土木工程施工在發揮效益的同時,還要嚴格按照國家頒發的有關施工技術規范,從而進一步提高我國的施工水平,保證施工質量,降低工程成本。

            任何建筑無不修建在地球表面的地層上,建筑的重量最后都會傳給地層,有地層來承受。支撐建筑的地層被統稱為地基,建筑物在地面以下并將上部結構的自重與所承擔的載荷傳遞到地基上的構件或部分構件稱為基礎。地基,基礎和上部結構是建筑物的三個不可分割的部分。三者功能不同,但在載荷的作用下,它們彼此相關,是共同作用的整體。地基可分為天然地基和人工地基,基礎根據埋深分為深基礎和淺基礎。,基礎和地基的質量是保證建筑物的安全和正常使用的關鍵所在,建筑物的地基在建筑物的載荷作用下既要保持整體的穩定性又要是地基產生的沉降在建筑物許可范圍內,而地基本身應有足夠的強度,剛度和耐久性,同時還要考慮修基礎的方法和必要的擋土擋水及相關措施。

            隨著人們生活的水平的不斷提高,人們對自己所處的建筑空間已經不僅僅單純從數量上提出更高的要求,而且從質量上也提車了更高的要求,要求環境的美觀,有一定的舒適度。這就需要對建筑進行必要的裝修。如果說建筑主體工程構成了建筑的骨架,那么裝飾后的建筑則成了有血有肉的有機體,最終以豐富的,完善的面貌出現在人們的面前,最佳的建筑應該充分體現各種裝飾材料的有關特性,結合現有的施工技術,最有效的手法,來達到構思所要表達的效果。建筑裝修要考慮建筑空間的使用要求,保護主體機構免受損害,給人以美的享受,滿足消防疏散的要求,裝飾材料和方案的合理性,施工技術和經濟的可行性等。房屋建筑發展的同時,像房屋建筑一樣影響著人們生活的道路,橋梁,隧道等也取得了長足的發展。

            總的來說土木工程是一門古老的學科,它已經取得了巨大的成就,未來的土木工程將在人們的生活中占據更重要的地位。地球環境的日益惡化,人口的不斷增加,人們為了爭取生存,為了爭取更舒適的生存環境,必將更加重視土木工程。在不久的將來,一些重大項目將會陸續興建,插入云霄的摩天大樓,橫跨大樣的橋梁,更加方便的交通將不是夢想。科技的發展,以及地球不斷惡化的環境必將促使土木工程向太空和海洋發展,為人類提供更廣闊的生存空間。近年來,工程材料主要是鋼筋,混凝土,木材和磚材,在未來,傳統材料將得到改觀,一些全新的更加適合建筑的材料將問世,尤其是化學合成材料將推動建筑走向更高點。同時,設計方法的精確化,設計工作的自動化,信息和智能話技術的全面引入,將會是人們有一個更加舒適的居住環境。一句話,理論的發展,新材料的出現,計算機的應用,高新技術的引入等都將使土木工程有一個新的飛躍。

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