❶ 我对土木工程概论的认识
对土木工程的发展起关键作用的,首先是作为工程物质基础的土木建筑材料,其次是随之发展起来的设计理论和施工技术。每当出现新的优良的建筑材料时,土木工程就 会有飞跃式的发展。
人们在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料从事营造活动,后来出现了砖和瓦这种人工建筑材料,使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。中国在公元前十一世纪 的西周初期制造出瓦。最早的砖出现在公元前五世纪至公元前三世纪战国时的墓室中。砖和瓦具有比土更优越的力学性能,可以就地取材,而又易于加工制作。
砖和瓦的出现使人们开始广泛地、大量地修建房屋和城防工程等。由此土木工程技术得到了飞速的发展。直至18~19世纪,在长达两千多年时间里,砖和瓦一直是土木工程的重要建筑材料,为人类文明作出了伟大的贡献,甚至在目前还被广泛采用。
钢材的大量应用是土木工程的第二次飞跃。 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。于是在大江、海峡上架起大桥,在地面上建造起摩天大楼和高耸铁塔,甚至在地面下铺设铁路,创造出前所未有的奇迹。
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。施工机械、施工技术和施工组织设计的理论也随之发展,土木工程从经验上升成为科学,在工程实践和基础理论方面都面貌一新,从而促成了土木工程更迅速的发展。
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。
土木工程的特点
建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段,需要运用工程地质勘察、水文地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑设备、工程机械、建筑经济等学科和施工技术、施工组织等领域的知识 ,以及电子计算机和力学测试等技术。因而土木工程是一门范围广阔的综合性学科。随着科学技术的进步和工程实践的发展,土木工程这个学科也已发展成为内涵广泛、门类众多、结构复杂的综合体系。
土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的。它所建造的工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌,因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。
远古时代,人们就开始修筑简陋的房舍、道路、桥梁和沟澶,以满足简单的生活和生产需要。后来,人们为了适应战争、生产和生活以及宗教传播的需要,兴建了城池、运河、宫殿、寺庙以及其他各种建筑物。
许多著名的工程设施显示出人类在这个历史时期的创造力。例如,中国的长城、都江堰、大运河、赵州桥、应县木塔,埃及的金字塔,希腊的巴台农神庙,罗马的给水工程、科洛西姆圆形竞技场(罗马大斗兽场),以及其他许多著名的教堂、宫殿等。
产业革命以后,特别是到了20世纪,一方面社会向土木工程提出了新的需求;另一方面,社会各个领域为土木工程的前进创造了良好的条件。因而这个时期的土木工程得到突飞猛进的发展。在世界各地出现了现代化规模宏大的工业厂房、摩天大厦,核电站、高速公路和铁路、大跨桥梁、大直径运输管道长隧道、大运河、大堤坝、大飞机场、大海港以及海洋工程等等。现代土木工程不断地为人类社会创造崭新的物质环境,成为人类社会现代文明的重要组成部分。
土木工程是具有很强的实践性的学科。在早期,土木工程是通过工程实践,总结成功的经验,尤其是吸取失败的教训发展起来的。从17世纪开始,以伽利略和牛顿为先导的近代力学同土木工程实践结合起来,逐渐形成材料力学、结构力学、流体力学、岩体力学,作为土木工程的基础理论的学科。这样土木工程才逐渐从经验发展成为科学。
在土木工程的发展过程中,工程实践经验常先行于理论,工程事故常显示出未能预见的新因素,触发新理论的研究和发展。至今不少工程问题的处理,在很大程度上仍然依靠实践经验。
土木工程技术的发展之所以主要凭借工程实践而不是凭借科学试验和理论研究,有两个原因:一是有些客观情况过于复杂,难以如实地进行室内实验或现场测试和理论分析。例如,地基基础、隧道及地下工程的受力和变形的状态及其随时间的变化,至今还需要参考工程经验进行分析判断。二是只有进行新的工程实践,才能揭示新的问题。例如,建造了高层建筑、高耸塔桅和大跨桥梁等,工程的抗风和抗震问题突出了,才能发展出这方面的新理论和技术。
在土木工程的长期实践中,人们不仅对房屋建筑艺术给予很大注意,取得了卓越的成就;而且对其他工程设施,也通过选用不同的建筑材料,例如采用石料、钢材和钢筋混凝土,配合自然环境建造了许多在艺术上十分优美、功能上又十分良好的工程。古代中国的万里长城,现代世界上的许多电视塔和斜张桥,都是这方面的例子。
❷ 土木工程的基本理论包括什么
固体力学,弹性力学,塑性力学
❸ 土木工程,框架结构
多层框架主要承受竖向荷载,柱网布置时,应考虑到结构内力分布的均匀性。两种框架结构,在竖向荷载作用下框架A的跨中弯矩和支座弯矩均比框架B大,故其材料用量也多于B框架。
纵向柱列的布置对结构受力也有影响,框架柱距一般可取建筑开间。但如开间较小,层数又较少时,柱子截面配筋常按构造要求定,导致材料强度不能充分利用。同时过小的柱距也使建筑平面难以灵活布置,为此可考虑取掉一排柱,将柱距取为两个开间。
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浅谈对土木工程的认识
土木工程是建造各类工程设施的科学、技术和工程的总称。它既指与人类生活、生产有关的各类工程设施,如建筑工程、道路工程、铁路工程、桥梁工程、港口工程等,也指应用材料、设备在土地上所进行的勘测、设计、施工等工程技术活动。土木工程是社会和科技发展所需要的“衣、食、住、行”的先行官之一;他在任何一个国家的国民经济中都占有举足轻重的地位。
土木工程的发展
古代土木工程 古代土木工程具有很长的时间跨度,它大致从公元前5000年的新石器时代到17世纪中叶,前后约7000年。在房屋建筑、桥梁工程、水利工程、高塔工程等方面都取得了辉煌的成就。一些文明古国的不少传世杰作,至今巍然屹立。譬如我国的长城,埃及的金字塔等。公元6世纪建成的赵州桥,是世界上最早的敞肩式拱桥,于1991年被美国土木工程学会选为世界上地12个土木工程里程碑。
近代土木工程 近代土木工程的时间跨度从17世纪中叶到20世纪中叶,前后约300年时间。在此期间,建筑材料从以天然材料为主转向以人造材料为主,建造理论也从主要以总结长期建造经验向重视科学兼顾经验转变。建造技术方面,一些性能优异的大型机械伴随着各种极为有效的施工方法的出现,使得人们开始能建造结构复杂或所处环境恶劣的土木工程。期间建成的埃菲尔铁塔、帝国大厦和金门悬索桥,至今仍不失为伟大的土木工程。
现代土木工程 现代土木工程起始于20世纪中叶。发展至今,土木工程在建筑材料、结构理论和建造技术方面都取得了极其巨大的进步。
建筑材料方面,高强度混凝土、高强低合金钢、高分子材料、钢化玻璃越来越多地出现在建筑上。结构理论方面,利用电子计算机强大的运算和绘图能力,力学分析和计算的结果更加符合结果的实际情况,使得在结构设计上更为可靠。对于建筑技术,已经发展到机—电—计算机的一体化,施工过程中,不论是上天、入地还是翻山、下海,都已不是施工的障碍了;而焊接技术的普遍使用,也使得钢结构的发展进入了一个新的阶段。
现代土木工程造就的举世瞩目的建筑有:我国台北的国际金融中心,上海金茂大厦,马来西亚吉隆坡的石油大厦双塔楼,法国的诺曼底斜拉桥等。
土木工程的分类
建筑工程 指通过对各类房屋建筑及其附属设施的建造和与其配套的线路、管道、设备的安装活动所形成的工程实体。其中“房屋建筑”指有顶盖、梁柱、墙壁、基础以及能够形成内部空间,满足人们生产、居住、学习、公共活动等需要,包括厂房、剧院、旅馆、商店、学校、医院和住宅等;“附属设施”指与房屋建筑配套的水塔、自行车棚、水池等。“线路、管道、设备的安装”指与房屋建筑及其附属设施相配套的电气、给排水、通信、电梯等线路、管道、设备的安装活动。
高层建筑首先从美国兴起。1883年在芝加哥建造了第一幢砖石自承重和钢框架机构的,高11层的保险公司大楼。随着人口向大城市集中,随着城市用地的日趋紧张,以及电梯的发明和应用,结构理论的突破,新型材料的不断问世,高层建筑开始大量出现,且建筑规模越来越大,建筑高度越来越高。1913年在纽约建成了高52层的伍尔沃思大楼,1913年在纽约建成了高102层,381米的帝国大厦。但是尽管当时已经采用了先进的钢框结构和劲性钢混凝土材料,都尚未创造出与新的建筑类型相适应的造型形式,人们造型观念还徘徊在中世纪高直建筑的形式中,因而新的结构类型被传统的造型形式所包裹,结构和造型为开始真正结合。
道路桥梁工程 路与人的关系是非常密切的,我们的身边,随时随刻都可以看到,城市与城市,城市与乡村,乡村与乡村之间及内部都是由道路连接在一起的。近年来,我国公路建设取得了较好的成绩。“十五”前三年,公路建投资占GDP比重保持在3.1~3.2%,投资额年均增长17%。
公路建设方面呈以下特点: 全国有一半以上的省份高速公路里程超过1000公里。新增公路通车里程4.6万公里,总里程达到181万公里; 其中新增高速公路4600公里,高速公路通车里程近3万公里。同江至三亚、北京至珠海、连云港至霍尔果斯、上海至成都四条国道主干线基本贯通,从而实现了“五纵七横”国道主干线系统第一阶段建设目标,即“两纵两横三个重要路段”的全部贯通。
20世纪以来,世界桥梁取得了骄人的成绩,各种大桥,高桥相继问世,如日本的明石海峡大桥(主跨1990米),瑞士Gunter大桥等等。近些年来,我国桥梁工程也步入了蓬勃发展时期。令人仰慕的有南京长江二桥、香港汲水门桥、江阴大桥、润扬大桥、三县洲独塔单索面斜拉桥等。
隧道及地下工程 当今世界,人类正在向地下、海洋和宇宙开发。向地下开发可归结为:地下资源开发、地下能源开发和地下空间开发三个方面。地下空间的利用也正由“线”的利用向大断面、大距离的“空间”利用进展。
我国地下空间的开发和利用始于60年代。1965年北京建设地下铁道。70年代,我国修建了大量地下人防工程,其中相当一部分目前已得到开发利用,改建为地下街、地下商场、地下工厂和贮藏库。90年代以来,我国城市地下的交通与市政设施加快了修建速度。上海地铁1号线,地铁2号线已相继开通。我国地下空间开发利用的网络体系已开始建设,多在地表至-30m以内的浅层修筑地下工程。可以预见随着经济的发展,我国地下工程将进入蓬勃发展的时期。
现代地下工程发展迅速,各种典型工程著名浩瀚。世界已有数百个城市修建了地下铁路。一些工业发达国家,逐渐将地下商业街、地下停车场、地下铁道及地下管线等结为一体,成为多功能的地下综合体。
铁路工程 铁路工程最初包括与铁路有关的土木(路基、轨道、桥梁、隧道、站场)、机械(机车、车辆)和信号等工程。随着建设的发展和技术的进一步分工,其中一些工程逐渐形成为独立的学科,如机车工程、车辆工程、信号工程;另外一些逐渐归入各自的本门学科,如桥梁工程、隧道工程。现在铁路工程一词仅狭义地指铁路选线、铁路轨道、路基工程、铁路站场及枢纽。
土木工程的展望
众所周知,土木工程是人类在地球上从事的一项巨大的古老的工程技术活动,随着社会科学技术,经济,文化等各方面的不断发展,它在新世纪必将面临
许多新兴的事物和挑战。作为一名刚刚接触土木工程的大学生来说,我认为他在新世纪里的发展和挑战包括以下几个方面:第一、土木工程中的可持续发展问题;第二、土木工程向地下空间的发展;第三、绿色建筑在未来的高速发展;第四、更加科学和合理的土木工程经营和运作。
土木工程中的可持续发展问题 土木工程是人类一项工程规模庞大的改造地球面貌的活动,这项活动不仅需要消耗大量的自然资源,而且可能影响和破坏自然生态环境。所以,土木工程必须实施可持续发展战略。土木工程的可持续发展是人类社会和经济可持续发展不可缺少的组成部分。作为这项活动的主要参与者--土木工程师,理应有责任和义务在这项活动的全过程中以创新精神,加深研究并尽力实施可持续发展战略。
在我国,二十一世纪的土木建筑与环境的基本特征可进一步归纳为四个方面:第一,“土木建筑”注重对“信息资源”的获取,而“信息资源”涵盖了物质资源、能量资源和生态资源。正是这种涵盖为“土木建筑与自然资源环境”的最佳配置提供了可能。
土木工程的心得
随着我国改革开放的不断深入和经济的迅速发展,中国将面临一个更大规模的建设高潮。可以说,我们正面临着一个伴随着国民经济飞跃的土木工程大发展的大好时期。而且这样一个优良的发展环境已经受到并将继续受到西方国家的急切关注。作为跨世纪的一代,这一大好形势为我们提供了空前难得的施展才干、向国际水平冲击的良好机遇。同时,我们也深深感到,这是一个“机遇”与“挑战”并存、“合作”与“竞争”交织、“创新”与“循旧”相争的时代,如何把握世纪之交时土木工程学科的发展趋势,开创具有中国特色、具有国际一流水平的土木工程学科的新纪元,是对我们跨世纪一代人的严峻挑战。
作为土木工程专业的一名学生,我会在今后大学三年的学习过程中,努力掌握好专业基础知识,做好专业实践工作;与此同时积极学习专业外的其他知识,比如计算机语言与程序设计技能,材料实验和结构实验中掌握一般结构实验的基本方法,初步具备结构检验的技能,做好技术实习、课程设计,争取在结构设计大赛中获奖。在今后的学习生活中,我将不断提高自己的自学能力,积极完善个人能力,为步入社会参加工作做好准备
参考资料:《土木工程概论》 罗福午主编 武汉理工大学出版社
《土木工程学报》 中国土木工程学会 土木工程学报编辑部
《土木系统工程》 机械工业出版社
《土木工程总论》 丁大钧,蒋永生编 中国建筑工业出版社
《土木建筑文献检索与利用》 肖友瑟主编 大连理工大学出版社
❺ 简述框架的概念
框架(framework)是一个框子——指其约束性,也是一个架子——指其支撑性。是一个基本概念上的结构,用于去解决或者处理复杂的问题。框架这个广泛的定义使用的十分流行,尤其在软件概念。框架也能用于机械结构。
框架( Framework )是构成一类特定软件可复用设计的一组相互协作的类。框架规定了你的应用的体系结构。它定义了整体结构,类和对象的分割,各部分的主要责任,类和对象怎么协作,以及控制流程。框架预定义了这些设计参数,以便于应用设计者或实现者能集中精力于应用本身的特定细节。
具体释义:
1、建筑工程中,由梁、柱等联结而成的结构;比喻事物的组织、结构。
2、土木工程中,由梁、柱等构件刚性连结而成的结构体系。
3、比喻事物的组织、结构:这部长篇小说已经有了一个大致的框架。
(框,读kuàng,不读kuāng。)
由梁和柱组成的能承受垂直和水平荷载的结构,梁和柱是刚性连结的。主要要用于工业与民用建筑物的承重骨架,桥梁构架或工程构筑物。
一般指建筑工程中,由梁或尾架和柱联结而成的结构。由于我国古代家具自宋以后曾吸收古代大木构制的作法,故传统家具采用框档、立柱结构形式的即称框架,并将此类结构形式的家具称之谓“框架式家具”。
❻ 土木工程结构综合知识一里边有什么内容
该科目包括三部分内容:(1)材料力学;(2)结构力学;(3)无机材料科学基础.考生根据自己未来的专业研究方向,只能从三部分内容中选择其中一个部分(三选一)进行答题. 二、材料力学 《材料力学》考试内容包括材料力学的基本概念,轴向拉伸与压缩、扭转、弯曲杆件的内力、应力、变形等分析计算以及强度、刚度条件的应用,截面几何性质、应力和应变分析与强度理论、组合变形、压杆稳定、能量法等部分.要求考生能熟练掌握材料力学的基本概念和基本理论,具有分析和处理材料力学基本问题的能力. 2.1考试内容和考试要求 1.材料力学概述 变形体,各向同性与各向异性弹性体,弹性体受力与变形特征;工程结构与构件,杆件受力与变形的几种主要形式. (1) 深入理解并掌握变形体,各向同性与各向异性弹性体等概念; (2) 深入理解并掌握弹性体受力与变形特征; (3) 了解杆件受力与变形的几种主要形式. 2.轴向拉伸与压缩 内力、截面法、轴力及轴力图;应力、拉(压)杆内的应力;拉(压)杆的变形、胡克定律;安全因数、许用应力、强度条件;典型材料轴向拉压时材料的力学性能;拉(压)杆内的应变能. (1) 深入理解截面法,掌握轴向拉压杆的内力,轴力图,横截面和斜截面上的应力; (2) 熟练掌握轴向拉压的应力、变形; (3) 理解并掌握轴向拉压的强度计算; (4) 了解轴向拉压时材料的力学性能; (5) 理解并掌握拉(压)杆内的应变能计算. 3.扭转 薄壁圆筒的扭转;传动轴的外力偶矩、扭矩及扭矩图;等直圆杆扭转时的应力、强度条件;等直圆杆扭转时的变形、刚度条件;等直圆杆扭转时的应变能. (1) 理解并掌握传动轴外力偶矩的计算; (2) 理解并掌握薄壁圆筒的扭转; (3) 理解并掌握圆轴扭转时横截面的扭矩,扭矩图; (4) 熟练掌握等直圆杆扭转时的应力、强度条件; (5) 熟练掌握等直圆杆扭转时的变形、刚度条件; (6) 理解并掌握等直圆杆扭转时的应变能. 4.弯曲应力 对称弯曲的概念及梁的计算简图;梁的剪力方程和弯矩方程、剪力图和弯矩图;平面刚架和曲杆的内力图;梁横截面上的正应力、正应力强度条件;梁横截面上的切应力、切应力强度条件;梁的合理设计. (1) 理解并掌握对称弯曲的概念及梁的计算简图; (2) 熟练掌握梁的剪力方程和弯矩方程、剪力图和弯矩图; (3) 理解并掌握平面刚架和曲杆的内力图; (4) 熟练掌握梁横截面上的正应力、正应力强度条件; (5) 理解并掌握梁横截面上的切应力、切应力强度条件; (6) 理解并掌握梁的合理设计. 5.梁弯曲时的位移 梁的位移;挠曲线近似微分方程及其积分;叠加原理计算梁的位移;梁的刚度校核、提高梁的刚度的措施;梁内的弯曲应变能. (1) 理解并掌握梁的位移; (2) 熟练掌握挠曲线近似微分方程及其积分; (3) 理解并掌握叠加原理计算梁的位移; (4) 理解并掌握梁的刚度校核、提高梁的刚度的措施; (5) 理解并掌握梁内的弯曲应变能. 6.简单的超静定问题 超静定问题及其解法;拉压超静定问题;扭转超静定问题;简单超静定梁. (1) 理解并掌握超静定问题及其解法; (2) 熟练掌握拉压超静定问题; (3) 熟练掌握扭转超静定问题; (4) 熟练掌握简单超静定梁. 7.截面几何性质 静矩、形心、惯性矩、惯性半径、惯性积,简单截面惯性矩和惯性积计算;转轴和平行移轴公式;转轴公式、形心主轴和形心主惯性矩;组合截面的惯性矩和惯性积计算. (1) 理解并掌握静矩、形心、惯性矩、惯性半径、惯性积,简单截面惯性矩和惯性积计算; (2) 熟练掌握转轴和平行移轴公式; (3) 熟练掌握转轴公式、形心主轴和形心主惯性矩; (4) 熟练掌握组合截面的惯性矩和惯性积计算. 8.应力状态和强度理论 平面应力状态的应力分析、主应力;空间应力状态的概念;空间应力状态下的应变能密度;强度理论及其相当应力;各种强度理论的应用;应力状态和强度理论. (1) 熟练掌握平面应力状态的应力分析、主应力; (2) 理解并掌握空间应力状态的概念; (3) 理解并掌握空间应力状态下的应变能密度; (4) 理解并掌握强度理论及其相当应力; (5) 熟练掌握各种强度理论的应用. 9.组合变形 两相互垂直平面内的弯曲;拉伸(压缩)与弯曲;扭转与弯曲;连接件的实用计算法; (1) 理解并掌握组合变形和叠加原理; (2) 熟练掌握拉压与弯曲组合变形杆的应力和强度计算; (3) 熟练掌握斜弯曲问题的概念和求解; (4) 熟练掌握偏心压缩问题的概念和求解; (5) 熟练掌握扭转与弯曲组合变形下,圆轴的应力和强度计算; (6) 理解并掌握组合变形的普遍情况. (7) 理解并掌握螺栓和铆钉连接的实用计算法. 10.压杆稳定 压杆稳定性的概念;细长中心受压直杆临界力的欧拉公式;不同杆端约束下细长压杆临界力的欧拉公式、压杆的长度因素;欧拉公式的应用范围、临界应力总图;实际压杆的稳定因素;压杆的稳定计算、压杆的合理截面. (1) 理解并掌握压杆稳定的概念; (2) 理解并掌握常见约束下细长压杆的临界压力、欧拉公式; (3) 理解并掌握压杆临界应力以及临界应力总图; (4) 熟练掌握压杆失效与稳定性设计准则,压杆失效的不同类型,压杆稳定计算; (5) 掌握中柔度杆临界应力的经验公式; (6) 了解提高压杆稳定的措施. 11.能量方法 杆件变形能的计算;卡氏第一定理、余能定理、卡氏第二定理;用能量法求解超静定问题. (1) 熟练掌握杆件应变能、余能的计算; (2) 理解并掌握卡氏第一定理、余能定理、卡氏第二定理; (3) 掌握用能量方法解超静定问题. 2.2、考试基本题型 主要题型有:选择题和计算题.试卷满分为150分. 三、结构力学 《结构力学》是测试考生对结构力学各项内容的掌握程度.要求考生准确理解结构力学的基本概念和基本理论,掌握各种结构的计算原理和方法,并能灵活应用,所得的计算结果正确. 3.1考试内容和考试要求 1.平面体系的几何构造分析 平面体系几何不变的必要条件;平面体系几何构造分析;体系的几何构造与静定性. (1)理解自由度、约束、计算自由度等概念,掌握平面体系几何不变的必要条件. (2)熟练掌握平面几何不变体系的基本组成规则,并能灵活应用,进行平面体系的几何构造分析. (3)掌握体系的几何构造与静定性的联系. 2.静定结构 静定梁和静定平面刚架;静定平面桁架;组合结构;静定结构的一般性质. (1)熟练掌握静定梁和静定平面刚架弯矩图的绘制方法. (2)掌握静定平面桁架的内力计算方法,包括结点法、截面法以及两者的联合应用.了解杆件替代法的原理,能够准确识别桁架的零杆. (3)能够准确判断组合结构中杆件的受力特点,掌握其受力分析的基本原理. (4)理解静定结构的基本静力特征,并能加以灵活应用. 3.静定结构的影响线 静力法作影响线;机动法作影响线;联合法作影响线;影响线的应用;简支梁的内力包络图和绝对最大弯矩.
❼ 框架结构设计的概况综述
1. 结构设计说明
主要是设计依据,抗震等级,人防等级,地基情况及承载力,防潮抗渗做法,活荷载值,材料等级,施工中的注意事项,选用详图,通用详图或节点,以及在施工图中未画出而通过说明来表达的信息。如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3等等。
2. 各层的结构布置图,包括:
(1).预制板的布置(板的选用、板缝尺寸及配筋)。标注预制板的块数和类型时, 不要采用对角线的形式。因为此种方法易造成线的交叉, 宜采用水平线或垂直线的方法, 相同类型的房间直接标房间类型号。应全楼统一编号,可减少设计工作量,也方便施工人员看图。板缝尽量为40, 此种板缝可不配筋或加一根筋。布板时从房间里面往外布板, 尽量采用宽板, 现浇板带留在靠窗处, 现浇板带宽最好≥200(考虑水暖的立管穿板)。如果构造上要求有整浇层时, 板缝应大于60。整浇层厚50, 配双向φ6@250, 混凝土C20。纯框架结构一般不需要加整浇层。构造柱处不得布预制板。地下车库由于防火要求不可用预制板。框架结构不宜使用长向板,否则长向板与框架梁平行相接处易出现裂缝。建议使用PMCAD的人工布板功能布预制板,自动布板可能不能满足用户的施工图要求,仅能满足定义荷载传递路线的要求。对楼层净高很敏感、跨度超过6.9米或不符合模数时可采用SP板,SP板120厚可做到7.2米跨。
(2).现浇板的配筋(板上、下钢筋,板厚尺寸)。板厚一般取120、140、160、180四种尺寸或120、150、180三种尺寸。尽量用二级钢包括直径φ10(目前供货较少)的二级钢,直径≥12的受力钢筋,除吊钩外,不得采用一级钢。钢筋宜大直径大间距,但间距不大于200,间距尽量用 200。(一般跨度小于6.6米的板的裂缝均可满足要求)。跨度小于2米的板上部钢筋不必断开,钢筋也可不画,仅说明钢筋为双向双排φ8@200。板上下钢筋间距宜相等,直径可不同,但钢筋直径类型也不宜过多。顶层及考虑抗裂时板上筋可不断,或50%连通,较大处附加钢筋,拉通筋均应按受拉搭接钢筋。板配筋相同时,仅标出板号即可。一般可将板的下部筋相同和部分上部筋相同的板编为一个板号,将不相同的上部筋画在图上。当板的形状不同但配筋相同时也可编为一个板号。应全楼统一编号。当考虑穿电线管时,板厚≥120,不采用薄板加垫层的做法。电的管井电线引出处的板,因电线管过多有可能要加大板厚至180(考虑四层32的钢管叠加)。宜尽量用大跨度板,不在房间内(尤其是住宅)加次梁。说明分布筋为φ6@250,温度影响较大处可为φ8@200。板顶标高不同时,板的上筋应分开或倾斜通过。现浇挑板阳角加辐射状附加筋(包括内墙上的阳角)。现浇挑板阴角的板下宜加斜筋。顶层应建议甲方采用现浇楼板,以利防水,并加强结构的整体性及方便装饰性挑沿的稳定。外露的挑沿、雨罩、挑廊应每隔10~15米设一10mm的缝,钢筋不断。尽量采用现浇板,不采用予制板加整浇层方案。卫生间做法可为70厚+10高差(取消垫层)。8米以下的板均可以采用非预应力板。L、T或十字形建筑平面的阴角处附近的板应现浇并加厚,双向双排配筋,并附加45度的4根16的抗拉筋。现浇板的配筋建议采用PMCAD软件自动生成,一可加快速度,二来尽量减小笔误。自动生成楼板配筋时建议不对钢筋编号,因工程较大时可能编出上百个钢筋号,查找困难,如果要编号,编号不应出房间。配筋计算时,可考虑塑性内力重分布,将板上筋乘以0.8~0.9的折减系数,将板下筋乘以1.1~1.2的放大系数。值得注意的是,按弹性计算的双向板钢筋是板某几处的最大值,按此配筋是偏于保守的,不必再人为放大。支承在外圈框架梁上的板负筋不宜过大,否则将对梁产生过大的附加扭距。一般:板厚>150时采用φ10@200;否则用φ8@200。PMCAD生成的板配筋图应注意以下几点:1.单向板是按塑性计算的,而双向板按弹性计算,宜改成一种计算方法。2.当厚板与薄板相接时,薄板支座按固定端考虑是适当的,但厚板就不合适,宜减小厚板支座配筋,增大跨中配筋。3.非矩形板宜减小支座配筋,增大跨中配筋。4.房间边数过多或凹形板应采用有限元程序验算其配筋。 PMCAD生成的板配筋图为PM?.T。板一般可按塑性计算,尤其是基础底板和人防结构。但结构自防水、不允许出现裂缝和对防水要求严格的建筑, 如坡、平屋顶、橱厕、配电间等应采用弹性计算。室内轻隔墙下一般不应加粗钢筋,一是轻隔墙有可能移位,二是板整体受力,应整体提高板的配筋。只有垂直单向板长边的不可能移位的隔墙,如厕所与其他房间的隔墙下才可以加粗钢筋。坡屋顶板为偏拉构件,应双向双排配筋。
(3).关于过梁布置及轻隔墙。现在框架填充墙一般为轻墙,过梁一般不采用预制混凝土过梁,而是现浇梁带。应注明采用的轻墙的做法及图集,如北京地区的京94SJ19,并注明过梁的补充筋。当过梁与柱或构造柱相接时,柱应甩筋,过梁现浇。不建议采用加气混凝土做围护墙,装修难做并不能用在厕所处。
(4).雨蓬、阳台、挑檐布置和其剖面详图。注意:雨棚和阳台的竖板现浇时,最小厚度应为80,否则难以施工。竖筋应放在板中部。当做双排筋时,高度 <900,最小板厚100;高度>900时,最小板厚120。阳台的竖板应尽量现浇,预制挡板的相交处极易裂缝。雨棚和阳台上有斜的装饰板时,板的钢筋放斜板的上面,并通过水平挑板的下部锚入墙体圈梁(即挑板双层布筋)。两侧的封板可采用泰柏板封堵,钢筋与泰柏板的钢丝焊接,不必采用混凝土结构。挑板挑出长度大于2米时宜配置板下构造筋,较长外露挑板(包括竖板)宜配温度筋。挑板内跨板上筋长度应大于等于挑板出挑长度,尤其是挑板端部有集中荷载时。内挑板端部宜加小竖沿,防止清扫时灰尘落下。当顶层阳台的雨搭为无组织排水时,雨搭出挑长度应大于其下阳台出挑长度100,顶层阳台必须设雨搭。挑板配筋应有余地,并应采用大直径大间距钢筋,给工人以下脚的地方,防止踩弯。挑板内跨板跨度较小,跨中可能出现负弯距,应将挑板支座的负筋伸过全跨。挑板端部板上筋通常兜一圈向上,但当钢筋直径大于等于12时是难以施工的,应另加筋。
(5).楼梯布置。采用X型斜线表示楼梯间,并注明楼梯间另详。尽量用板式楼梯,方便设计及施工,也较美观。
(6).板顶标高。可在图名下说明大多数的板厚及板顶标高,厨厕及其它特殊处在其房间上另外标明。
(7).梁布置及其编号,应按层编号,如L-1-XX,1指1层,XX为梁的编号。柱布置及编号。
(8).板上开洞(厨、厕、电气及设备)洞口尺寸及其附加筋,附加筋不必一定锚入板支座,从洞边锚入La即可。板上开洞的附加筋,如果洞口处板仅有正弯距,可只在板下加筋;否则应在板上下均加附加筋。留筋后浇的板宜用虚线表示其范围,并注明用提高一级的膨胀混凝土浇筑。未浇筑前应采取有效支承措施。住宅跃层楼梯在楼板上所开大洞,周边不宜加梁,应采用有限元程序计算板的内力和配筋。板适当加厚, 洞边加暗梁。
(9).屋面上人孔、通气孔位置及详图。
(10).在平面图上不能表达清楚的细节要加剖面,可在建筑墙体剖面做法的基础上,对应画结构详图。
基础平面图及详图:
(1).在柱下扩展基础宽度较宽(大于4米)或地基不均匀及地基较软时宜采用柱下条基。并应考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素,适当加宽基础。
(2).当基础下有防空洞或枯井等时,可做一大厚板将其跨过。
(3).混凝土基础下应做垫层。当有防水层时,应考虑防水层厚度。
(4).建筑地段较好,基础埋深大于3米时,应建议甲方做地下室。地下室底板,当地基承载力满足设计要求时,可不再外伸以利于防水。每隔30~40米设一后浇带,并注明两个月后用微膨胀混凝土浇注。设置地下室可降低地基的附加应力,提高地基的承载力(尤其是在周围有建筑时有用),减少地震作用对上部结构的影响。不应设局部地下室,且地下室应有相同的埋深。可在筏板区格中间挖空垫聚苯来调整高低层的不均匀沉降。
(5).地下室外墙为混凝土时,相应的楼层处梁和基础梁可取消。
(6).抗震缝、伸缩缝在地面以下可不设缝,连接处应加强。但沉降缝两侧墙体基础一定要分开。
(7).新建建筑物基础不宜深于周围已有基础。如深于原有基础,其基础间的净距应不少于基础之间的高差的1.5至2倍,否则应打抗滑移桩,防止原有建筑的破坏。建筑层数相差较大时,应在层数较低的基础方格中心的区域内垫焦碴来调整基底附加应力。
(8).独立基础偏心不能过大,必要时可与相近的柱做成柱下条基。柱下条形基础的底板偏心不能过大,必要时可作成三面支承一面自由板(类似筏基中间开洞)。两根柱的柱下条基的荷载重心和基础底板的形心宜重合,基础底板可做成梯形或台阶形,或调整挑梁两端的出挑长度。
(9).采用独立柱基时,独立基础受弯配筋不必满足最小配筋率要求,除非此基础非常重要,但配筋也不得过小。独立基础是介于钢筋混凝土和素混凝土之间的结构。面积不大的独立基础宜采用锥型基础,方便施工。
(10).独立基础的拉梁宜通长配筋,其下应垫焦碴。拉梁顶标高宜较高,否则底层墙体过高。
(11).底层内隔墙一般不用做基础,可将地面的混凝土垫层局部加厚。
(12).考虑到一般建筑沉降为锅底形、结构的整体弯曲和上部结构和基础的协同作用,顶、底板钢筋应拉通(多层的负筋可截断1/2或1/3),且纵向基础梁的底筋也应拉通。
(13).基础平面图上应加指北针。
(14).基础底板混凝土不宜大于C30,一是没用,二是容易出现裂缝。
(15).可用JCCAD软件自动生成基础布置和基础详图。生成的基础平面图名为JCPM.T,生成的基础详图名为JCXT?.T。
(16).基础底面积不应因地震附加力而过分加大,否则地震下安全了而常规情况下反而沉降差异较大,本末倒置。
请参照《建筑地基基础设计规范GBJ7-89》和各地方的地基基础规程。
4. 暖沟图及基础留洞图:
(1).沟盖板在遇到电线管时下降(500),室外暖沟上一般有400厚的覆土。
(2).注明暖沟两侧墙体的厚度及材料作法。暖沟较深时应验算强度。
(3).洞口大于400时应加过梁,暖沟应加通气孔。
(4).基础埋深较浅时暖沟入口底及基础留洞有可能比基础还低,此时基础应局部降低。
(5).湿陷性黄土地区或膨胀土地区暖沟做法不同于一般地区。应按湿陷性黄土地区或膨胀土地区的特殊要求设计。
(6).暖沟一般做成1200宽,1000的在维修时偏小。
5. 楼梯详图:
(1).应注意:梯梁至下面的梯板高度是否够(楼梯平台的结构下缘至人行通道的垂直高度不应低于2.0m),以免碰头,尤其是建筑入口处。 楼梯平台净宽不得小于楼梯梯段净宽,且不应小于1.2m。
(2).踏步高度不宜大于0.2m,以免易摔跤
(3).两倍的踏步高度加踏步宽度约等于600。幼儿园楼梯踏步宜120高。
(4).楼梯折板、折梁阴角在下时纵筋应断开,并锚入受压区内La,折梁还应加附加箍筋
(5).楼梯的建筑做法一般与楼面做法不同,注意楼梯板标高与楼面板的衔接。
(6).楼梯梯段板计算方法:当休息平台板厚为80~100,梯段板厚100~130,梯段板跨度小于4米时,应采用1/10的计算系数,并上下配筋相同;当休息平台板厚为80~100,梯段板厚160~200,梯段板跨度约6米左右时,应采用1/8的计算系数,板上配筋可取跨中的1/3~1/4,并且不得过大。此两种计算方法是偏于保守的。任何时候休息平台与梯段板平行方向的上筋均应拉通,并应与梯段板的配筋相应。梯段板板厚一般取 1/25~1/30跨度。
(7).注意当板式楼梯跨度大于5米时,挠度不容易满足。应注明加大反拱或增大配筋。
(8).当休息平台板为悬挑板时,其内部的楼梯梯段板负筋应大于休息平台板的板上筋,长度也应大于平台板筋。
(9).楼层处的休息平台板的配筋应与楼层板统一考虑配筋,主要是板的负筋。
6.梁详图:
(1).梁上有次梁处(包括挑梁端部)应附加箍筋和吊筋,宜优先采用附加箍筋。梁上小柱和水箱下, 架在板上的梁, 不必加附加筋。可在结构设计总说明处画一节点,有次梁处两侧各加三根主梁箍筋,荷载较大处详施工图。
(2).当外部梁跨度相差不大时,梁高宜等高,尤其是外部的框架梁。当梁底距外窗顶尺寸较小时,宜加大梁高做至窗顶。外部框架梁尽量做成外皮与柱外皮齐平。梁也可偏出柱边一较小尺寸。梁与柱的偏心可大于1/4柱宽,并宜小于1/3柱宽。
(3).折梁阴角在下时纵筋应断开,并锚入受压区内La,还应加附加箍筋
(4).梁上有次梁时,应避免次梁搭接在主梁的支座附近,否则应考虑由次梁引起的主梁抗扭,或增加构造抗扭纵筋和箍筋。(此条是从弹性计算角度出发)。当采用现浇板时,抗扭问题并不严重。
(5).原则上梁纵筋宜小直径小间距,有利于抗裂,但应注意钢筋间距要满足要求,并与梁的断面相应。箍筋按规定在梁端头加密。布筋时应将纵筋等距,箍筋肢距可不等。小断面的连续梁或框架梁,上、下部纵筋均应采用同直径的,尽量不在支座搭接。
(6).端部与框架梁相交或弹性支承在墙体上的次梁,梁端支座可按简支考虑,但梁端箍筋应加密。
(7).考虑抗扭的梁,纵筋间距不应大于300和梁宽,即要求加腰筋,并且纵筋和腰筋锚入支座内La。箍筋要求同抗震设防时的要求。
(8).反梁的板吊在梁底下,板荷载宜由箍筋承受,或适当增大箍筋。梁支承偏心布置的墙时宜做下挑沿。
(9).挑梁宜作成等截面(大挑梁外露者除外)。与挑板不同,挑梁的自重占总荷载的比例很小,作成变截面不能有效减轻自重。变截面挑梁的箍筋,每个都不一样,难以施工。变截面梁的挠度也大于等截面梁。挑梁端部有次梁时,注意要附加箍筋或吊筋。一般挑梁根部不必附加斜筋,除非受剪承载力不足。对于大挑梁,梁的下部宜配置受压钢筋以减小挠度。挑梁配筋应留有余地。
(10).梁上开洞时,不但要计算洞口加筋,更应验算梁洞口下偏拉部分的裂缝宽度。梁从构造上能保证不发生冲切破坏和斜截面受弯破坏。
(11).梁净高大于500时,宜加腰筋,间距200,否则易出现垂直裂缝。
(12).挑梁出挑长度小于梁高时,应按牛腿计算或按深梁构造配筋。
(13).尽量避免长高比小于4的短梁,采用时箍筋应全梁加密,梁上筋通长,梁纵筋不宜过大。
(14).扁梁宽度不必过大,只要钢筋能正常摆下及受剪满足即可。因为在挠度计算时,梁宽对刚度影响不大,加宽一倍,挠度减小20%左右。相对来讲,增大钢筋更经济,钢筋加大一倍,挠度减小60%左右,同时梁的上筋应大部分通长布置,以减小混凝土徐变对挠度的增大,如果上筋不小于下筋,挠度减小 20%。
(15).框架梁高取1/10~1/15跨度,扁梁宽可取到柱宽的两倍。扁梁的箍筋应延伸至另一方向的梁边。
(16).当一宽框架梁托两排间距较小的柱时,可加一刚性挑梁,两个柱支承在刚性挑梁的端头。
(17).梁宽大于350时,应采用四肢箍。
7. 柱详图:
(1).地上为圆柱时,地下部分应改为方柱,方便施工。圆柱纵筋根数最少为8根,箍筋用螺旋箍,并注明端部应有一圈半的水平段。方柱箍筋应使用井字箍,并按规范加密。角柱、楼梯间柱应增大纵筋并全柱高加密箍筋。幼儿园不宜用方柱。
(2).原则上柱的纵筋宜大直径大间距,但间距不宜大于200。
(3).柱内埋管,由于梁的纵筋锚入柱内,一般情况下仅在柱的四角才有条件埋设较粗的管。管截面面积占柱截面4%以下时,可不必验算。柱内不得穿暖气管。
(4).柱断面不宜小于450X450,混凝土不宜小于C25,否则梁纵筋锚入柱内的水平段不容易满足0.45La的要求,不满足时应加横筋。异型柱结构,梁纵筋一排根数不宜过多,柱端部纵筋不宜过密,否则节点混凝土浇筑困难。当有部分矩形柱部分异型柱时,应注意异型柱的刚度要和矩形柱相接近,不要相差太大。
(5).柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制,减小断面尺寸。
(6).尽量避免短柱,短柱箍筋应全高加密,短柱纵筋不宜过大。
(7).考虑到竖向地震作用,柱子的轴压比及配筋宜留有余地。
(8).独立柱上或柱的中部(半层处)有挑梁时,挑梁长度应有限制。
在用PKPM软件计算梁柱时,应尽量采用TAT或SATWE三维软件。相对平面框架PK来讲,第一,计算结果更接近实际受力状态,如地震力或风力是按抗侧移刚度分配,而不是按框架的楼面从属面积,还如从框架柱出挑的梁和从次梁出挑的梁,因次梁的支座(框架梁)发生下沉变形,内力重分布,从框架柱出挑的挑梁配筋将较大。第二,快速方便,三维软件整体计算,不必生成单榀框架,再人工归并,可整楼归并。第三,TAT或SATWE还可以进行井式梁的计算,由于 PKPM软件计算梁时仅按矩形计算,而井式梁的断面较小,有可能超筋,此时可取出弯距再按T型梁补充计算,不必直接加大梁高。在绘制施工图时,较大直径的钢筋连接宜用机械连接取代焊接,造价相差不大,但机械连接可靠并易于检查。机械连接接头位置可任意,但一次截断的钢筋不大于50%,接头位置应错开 70d。
8. 重点注意或设计原则:
(1).抗震验算时不同的楼盖及布置(整体性)决定了采用刚性、刚柔、柔性理论计算。抗震验算时应特别注意场地土类别。8度超过5层有条件时,尽量加剪力墙,可大大改善结构的抗震性能。框架结构应设计成双向梁柱刚接体系,但也允许部分的框架梁搭在另一框架梁上。应加强垂直地震作用的设计,从震害分析,规范给出的垂直地震作用明显不足。
(2).雨蓬不得从填充墙内出挑。大跨度雨蓬、阳台等处梁应考虑抗扭。考虑抗扭时,扭矩为梁中心线处板的负弯距乘以跨度的一半。
(3).框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级。
(4).由于某些原因造成梁或过梁等截面较大时,应验算构件的最小配筋率。
(5).出屋面的楼电梯间不得采用砖混结构。
(6).框架结构中的电梯井壁宜采用粘土砖砌筑,但不能采用砖墙承重。应采用每层的梁承托每层的墙体重量。梯井四角加构造柱,层高较高时宜在门洞上方位置加圈梁。因楼电梯间位置较偏,梯井采用混凝土墙时刚度很大,其它地方不加剪力墙,对梯井和整体结构都十分不利。
(7).建筑长度宜满足伸缩缝要求,否则应采取措施。如:增大配筋率,通长配筋,改善保温,铺设架空层,加后浇带等。
(8).柱子轴压比宜满足规范要求。
(9).当采用井字梁时,梁的自重大于板自重,梁自重不可忽略不计。周边一般加大截面的边梁。
(10).过街楼处的梁上筋应通长,按偏拉构件设计。
(11).电线管集中穿板处,板应验算抗剪强度或开洞形成管井。电线管竖向穿梁处应验算梁的抗剪强度。
(12).构件不得向电梯井内伸出, 否则应验算是否能装下。电梯井处柱可外移或做成L型柱。
(13).验算水箱下、电梯机房及设备下结构强度。水箱不得与主体结构做在一起。
(14).当地下水位很高时,暖沟应做防水。一般可做U型混凝土暖沟,暖气管通过防水套管进入室内暖沟。有地下室时,混凝土应抗渗,等级S6或S8,混凝土等级应大于等于C25,混凝土内应掺入膨胀剂。混凝土外墙应注明水平施工缝做法,一般加金属止水片,较薄的混凝土墙做企口较难。
(15).采用扁梁时,应注意验算变形。
(16).突出屋面的楼电梯间的柱为梁托柱时应向下延伸一层,不宜直接锚入顶层梁内,并且托梁上铁应适当拉通。错层部位应采取加强措施。女儿墙内加构造柱,顶部加压顶。出入口处的女儿墙不管多高,均加构造柱,并应加密。错层处可加一大截面梁,上下层板均锚入此梁。
(17).等基底附加压力时基础沉降并不同。
(18).应避免将大梁穿过较大房间,在住宅中严禁梁穿房间。
(19).当建筑布局很不规则时,结构设计应根据建筑布局做出合理的结构布置,并采取相应的构造措施。如建筑方案为两端较大体量的建筑中间用很小的结构相连时(哑铃状),此时中间很小的结构的板应按偏拉和偏压考虑。板厚应加厚,并双层配筋。
(20).较大跨度的挑梁下柱子内跨梁传来的荷载将大于梁荷载的一半。挑板道理相同。
(21).挑梁、板的上部筋,伸入顶层支座后水平段即可满足锚固要求时,因钢筋上部均为保护层,应适当增大锚固长度或增加一10d的垂直段。
9.常用轻隔墙(加气块或陶粒)自重(含双面抹灰):150墙:1.66,200墙:1.98,250墙:2.30,300墙:2.62 KN/M2。泰柏板:1.10 KN/M2。
10.关于降水问题:当有地下水时,应在图纸上注明采取降水措施,并采取措施防止周围建筑及构筑物因降水不能正常使用(开裂及下沉),及何时才能停止降水(通过抗浮计算决定)。
11. 进行框架结构设计时,设计人员还应掌握如下设计规范:建筑结构荷载规范、抗震规范、混凝土结构设计规范等。并应考虑当地地方性的建筑法规。设计人员应熟悉当地的建筑材料的构成、货源情况、大致造价及当地的习惯做法,设计出经济合理的结构体系。
12. 关于绘图:
(1).一般钢筋粗线宽度为.45, 距边界线1,圆点直径为.6。
(2).应注意墙身剖面、连梁剖面、墙出挑梁的水平筋位置。
(3).注意一、二级钢是否加弯钩,二级钢的断点一般不加45度直钩,除非不能表达清楚。
(4).字高应为2.5,3.5,5,7,10,14, 高宽比:0.8。在图面中,一般英文字高取2.5或3.5, 汉字取3.5或5,在说明处多用7。当多个数字一样时,个数在前,如11X280=3080。
❽ 土木工程概论论文(范文)
土木工程概论论文
对土木工程的发展起关键作用的,首先是作为工程物质基础的土木建筑材料,其次是随之发展起来的设计理论和施工技术。每当出现新的优良的建筑材料时,土木工程就 会有飞跃式的发展。
人们在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料从事营造活动,后来出现了砖和瓦这种人工建筑材料,使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。中国在公元前十一世纪 的西周初期制造出瓦。最早的砖出现在公元前五世纪至公元前三世纪战国时的墓室中。砖和瓦具有比土更优越的力学性能,可以就地取材,而又易于加工制作。
砖和瓦的出现使人们开始广泛地、大量地修建房屋和城防工程等。由此土木工程技术得到了飞速的发展。直至18~19世纪,在长达两千多年时间里,砖和瓦一直是土木工程的重要建筑材料,为人类文明作出了伟大的贡献,甚至在目前还被广泛采用。
钢材的大量应用是土木工程的第二次飞跃。 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。于是在大江、海峡上架起大桥,在地面上建造起摩天大楼和高耸铁塔,甚至在地面下铺设铁路,创造出前所未有的奇迹。
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。施工机械、施工技术和施工组织设计的理论也随之发展,土木工程从经验上升成为科学,在工程实践和基础理论方面都面貌一新,从而促成了土木工程更迅速的发展。
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。
土木工程的特点
建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段,需要运用工程地质勘察、水文地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑设备、工程机械、建筑经济等学科和施工技术、施工组织等领域的知识 ,以及电子计算机和力学测试等技术。因而土木工程是一门范围广阔的综合性学科。随着科学技术的进步和工程实践的发展,土木工程这个学科也已发展成为内涵广泛、门类众多、结构复杂的综合体系。
土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的。它所建造的工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌,因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。
远古时代,人们就开始修筑简陋的房舍、道路、桥梁和沟澶,以满足简单的生活和生产需要。后来,人们为了适应战争、生产和生活以及宗教传播的需要,兴建了城池、运河、宫殿、寺庙以及其他各种建筑物。
许多著名的工程设施显示出人类在这个历史时期的创造力。例如,中国的长城、都江堰、大运河、赵州桥、应县木塔,埃及的金字塔,希腊的巴台农神庙,罗马的给水工程、科洛西姆圆形竞技场(罗马大斗兽场),以及其他许多著名的教堂、宫殿等。
产业革命以后,特别是到了20世纪,一方面社会向土木工程提出了新的需求;另一方面,社会各个领域为土木工程的前进创造了良好的条件。因而这个时期的土木工程得到突飞猛进的发展。在世界各地出现了现代化规模宏大的工业厂房、摩天大厦,核电站、高速公路和铁路、大跨桥梁、大直径运输管道长隧道、大运河、大堤坝、大飞机场、大海港以及海洋工程等等。现代土木工程不断地为人类社会创造崭新的物质环境,成为人类社会现代文明的重要组成部分。
土木工程是具有很强的实践性的学科。在早期,土木工程是通过工程实践,总结成功的经验,尤其是吸取失败的教训发展起来的。从17世纪开始,以伽利略和牛顿为先导的近代力学同土木工程实践结合起来,逐渐形成材料力学、结构力学、流体力学、岩体力学,作为土木工程的基础理论的学科。这样土木工程才逐渐从经验发展成为科学。
在土木工程的发展过程中,工程实践经验常先行于理论,工程事故常显示出未能预见的新因素,触发新理论的研究和发展。至今不少工程问题的处理,在很大程度上仍然依靠实践经验。
土木工程技术的发展之所以主要凭借工程实践而不是凭借科学试验和理论研究,有两个原因:一是有些客观情况过于复杂,难以如实地进行室内实验或现场测试和理论分析。例如,地基基础、隧道及地下工程的受力和变形的状态及其随时间的变化,至今还需要参考工程经验进行分析判断。二是只有进行新的工程实践,才能揭示新的问题。例如,建造了高层建筑、高耸塔桅和大跨桥梁等,工程的抗风和抗震问题突出了,才能发展出这方面的新理论和技术。
在土木工程的长期实践中,人们不仅对房屋建筑艺术给予很大注意,取得了卓越的成就;而且对其他工程设施,也通过选用不同的建筑材料,例如采用石料、钢材和钢筋混凝土,配合自然环境建造了许多在艺术上十分优美、功能上又十分良好的工程。古代中国的万里长城,现代世界上的许多电视塔和斜张桥,都是这方面的例子。