1、第一課第一課土木工程學(xué)土木工程學(xué)土木工程學(xué)作為最老的工程技術(shù)學(xué)科，是指規(guī)劃，設(shè)計，施工及對建筑環(huán)境的管理。此處的環(huán)境包括建筑符合科學(xué)規(guī)范的所有結(jié)構(gòu)，從灌溉和排水系統(tǒng)到火箭發(fā)射設(shè)施。土木工程師建造道路，橋梁，管道，大壩，海港，發(fā)電廠，給排水系統(tǒng)，醫(yī)院，學(xué)校，公共交通和其他現(xiàn)代社會和大量人口集中地區(qū)的基礎(chǔ)公共設(shè)施。他們也建造私有設(shè)施，比如飛機場，鐵路，管線，摩天大樓，以及其他設(shè)計用作工業(yè)，商業(yè)和住宅途徑的大型結(jié)構(gòu)。此外，土木工程師還規(guī)劃設(shè)計

2、及建造完整的城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，并且最近一直在規(guī)劃設(shè)計容納設(shè)施齊全的社區(qū)的空間平臺。土木一詞來源于拉丁文詞“公民”。在1782年，英國人JohnSmeaton為了把他的非軍事工程工作區(qū)別于當時占優(yōu)勢地位的軍事工程師的工作而采用的名詞。自從那時起，土木工程學(xué)被用于提及從事公共設(shè)施建設(shè)的工程師，盡管其包含的領(lǐng)域更為廣闊。領(lǐng)域領(lǐng)域。因為包含范圍太廣，土木工程學(xué)又被細分為大量的技術(shù)專業(yè)。不同類型的工程需要多種不同土木工程專業(yè)技術(shù)。一個項目開始的時候，土

3、木工程師要對場地進行測繪，定位有用的布置，如地下水水位，下水道，和電力線。巖土工程專家則進行土力學(xué)試驗以確定土壤能否承受工程荷載。環(huán)境工程專家研究工程對當?shù)氐挠绊?，包括對空氣和地下水的可能污染，對當?shù)貏又参锷畹挠绊?，以及如何讓工程設(shè)計滿足政府針對環(huán)境保護的需要。交通工程專家確定必需的不同種類設(shè)施以減輕由整個工程造成的對當?shù)毓泛推渌煌ňW(wǎng)絡(luò)的負擔(dān)。同時，結(jié)構(gòu)工程專家利用初步數(shù)據(jù)對工程作詳細規(guī)劃，設(shè)計和說明。從項目開始到結(jié)束，對這些土木

4、工程專家的工作進行監(jiān)督和調(diào)配的則是施工管理專家。根據(jù)其他專家所提供的信息，施工管理專家計算材料和人工的數(shù)量和花費，所有工作的進度表，訂購工作所需要的材料和設(shè)備，雇傭承包商和分包商，還要做些額外的監(jiān)督工作以確保工程能按時按質(zhì)完成。貫穿任何給定項目，土木工程師都需要大量使用計算機。計算機用于設(shè)計工程中使用的多數(shù)元件（即計算機輔助設(shè)計，或者CAD）并對其進行管理。計算機成為了現(xiàn)代土木工程師的必備品，因為它使得工程師能有效地掌控所需的大量數(shù)據(jù)從

5、而確定建造一項工程的最佳方法。結(jié)構(gòu)工程學(xué)結(jié)構(gòu)工程學(xué)。在這一專業(yè)領(lǐng)域，土木工程師規(guī)劃設(shè)計各種類型的結(jié)構(gòu)，包括橋梁，大壩，發(fā)電廠，設(shè)備支撐，海面上的特殊結(jié)構(gòu)，美國太空計劃，發(fā)射塔，龐大的天文和無線電望遠鏡，以及許多其他種類的項目。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)用計算機確定一個結(jié)構(gòu)必須承受的力：自重，風(fēng)荷載和颶風(fēng)荷載，建筑材料溫度變化引起的脹縮，以及地震荷載。他們也需確定不同種材料如鋼筋，混凝土，塑料，石頭，瀝青，磚，鋁或其他建筑材料等的復(fù)合作用。水利工程學(xué)水

6、利工程學(xué)。土木工程師在這一領(lǐng)域主要處理水的物理控制方面的種種問題。他們的項目用于幫助預(yù)防洪水災(zāi)害，提供城市用水和灌溉用水，管理控制河流和水流物，維護河灘及其他濱水設(shè)施。此外，他們設(shè)計和維護海港，運河與水閘，建造大型水利大壩與小型壩，以及各種類型的圍堰，幫助設(shè)計海上結(jié)構(gòu)并且確定結(jié)構(gòu)的位置對航行影響。巖土工程學(xué)巖土工程學(xué)。專業(yè)于這個領(lǐng)域的土木工程師對支撐結(jié)構(gòu)并影響結(jié)構(gòu)行為的土壤和巖石的特性進行分析。他們計算建筑和其他結(jié)構(gòu)由于自重壓力可能引起

7、的沉降，并采取措施使之減少到最小。他們也需計算并確定如何加強斜坡和填充物的穩(wěn)定性以及如何保護結(jié)構(gòu)免受地震和地下水的影響。環(huán)境工程學(xué)環(huán)境工程學(xué)。在這一工程學(xué)分支中，土木工程師設(shè)計，建造并監(jiān)視系統(tǒng)以提供安全的飲用水，同時預(yù)防和控制地表和地下水資源供給的污染。他們也設(shè)計，建造并監(jiān)視工程以控制甚至消除對土地和空氣的污染。他們建造供水和廢水處理廠，設(shè)計空氣凈化器和其他設(shè)備以最小化甚至消除由工業(yè)加工、焚化及其他產(chǎn)煙生產(chǎn)活動引起的空氣污染。他們也采遮

8、風(fēng)避雨的建筑物的設(shè)計和其他功用的土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計的科學(xué)基礎(chǔ)原理是相同的。而只是因為現(xiàn)代社會特定的需要，這兩個領(lǐng)域才沿著不同的路徑發(fā)展。相似的，關(guān)注作為遮風(fēng)避雨的建筑物的主要營造者也不再是一個單獨的個體；相反的是由多個專家組成的小組：規(guī)劃師，建筑師，工程師和建造者。一個現(xiàn)代建筑物的實現(xiàn)依賴這個小組集體的智慧。建筑物的結(jié)構(gòu)是建筑物的功能、環(huán)境及各種社會經(jīng)濟因素共同作用的產(chǎn)物。公寓，辦公大樓和學(xué)校的不同在于它們實現(xiàn)的功能不同。公寓的每一個可

9、居住空間如起居室和臥室必須有來自窗戶的自然光，而浴室和廚房可以采用人造光源因而可以安排在建筑物內(nèi)部。這種必要的設(shè)置對公寓的進深必然有限制。另一方面，對辦公大樓而言，人造光源更能達到均勻照明的要求，因此，對自然光的需求不再有建筑物進深的限制。環(huán)境可能影響到建筑物的形狀和外觀。城市里的學(xué)校通過使用空白的圍墻完全的封閉于城市之外，而鄉(xiāng)村的學(xué)?？赡馨l(fā)展成為景觀的一個主要部分，即使兩者實現(xiàn)同樣的功能。最后，建筑物的結(jié)構(gòu)被各種社會經(jīng)濟因素影響，包括

10、地價，租賃，工程預(yù)算，分區(qū)限制。城市的高地價造成高層建筑物，而鄉(xiāng)村的低地價造成低的建筑物。富人的住房建筑計劃不同于廉價的住房建筑計劃。有威望的辦公大樓的預(yù)算將大大地超過其他的辦公大樓。建筑物的大小和外形可能受到分區(qū)的限制。在所有這些例子中，有著相似功能的建筑物常常采用不同的結(jié)構(gòu)。建筑學(xué)是建筑物的藝術(shù)。事實上所有的建筑學(xué)都是關(guān)于為了人類的使用而圍住的空間。在任何特殊的建筑物中所覆蓋的精確活動——廣泛到從工廠的一條裝配線到一個家庭的起居室—

11、—應(yīng)該規(guī)定幾個內(nèi)部區(qū)域的大小和形狀。這些空間也必須被安排在彼此合乎一定邏輯的關(guān)系中。此外，在建筑物中的人類活動——建筑學(xué)中的說法是“流通”——需要大廳，樓梯和電梯，它們的尺寸受到預(yù)期荷載的支配。建筑物的結(jié)構(gòu)平面圖，總是建筑師的第一考慮，是深入實現(xiàn)建筑物意圖的空間組織中的這些不同目的的決定。好的平面組織可以指引訪客到達他們的在建筑物中的目的地并且使他們留下印象。他們也許是下意識地被大廈很顯然的各個單元的關(guān)聯(lián)所指引。相反地，不好的平面組織將

12、帶來不便，浪費和視覺混亂。此外一個結(jié)構(gòu)需要很好地被建造。它應(yīng)該有結(jié)構(gòu)需要的和被選材料允許的耐久性。建筑學(xué)的未經(jīng)加工的材料，如石，磚，木，鋼或玻璃，部分決定了建筑物的結(jié)構(gòu)并對建筑物進行表達。石能抵抗壓縮，盡管一起壓擠的力幾乎是不能確定的。在一個實驗室里壓碎石是可能，但是對于實際應(yīng)用，它的抗壓強度則是無限的。另一方面，石在抵抗各向拉力方面是很弱的。任何空間跨度的梁在支承之間容易向下彎曲，梁的下半?yún)^(qū)承受拉力。由于石承受拉力的能力很弱這種材料的

13、梁相對地比較短并且支撐間距比較小。此外，石柱必須堅固，其高寬比極少超過10。在石類建筑中，門，窗及柱之間的空間幾乎都被迫高大于寬，這源于石的垂直矩形美學(xué)。石在西方世界建筑學(xué)中占有如此之高的統(tǒng)治地位，以致，即使在木結(jié)構(gòu)建筑時期其適當?shù)脑煨鸵恢北煌咨票Ｗo著，像在美國的喬治王時代。然后，石借助它本身的構(gòu)造類型，成為支撐樓板和屋頂?shù)膲Γ蔀槌兄亟Y(jié)構(gòu)中的密排柱，成為主要承受壓力的拱形結(jié)構(gòu)。木是一種纖維材料，相比其抵抗壓力的能力而言，它更易于抵抗拉