土木工程發(fā)展史

1、展板一：土木工程簡(jiǎn)介土木工程發(fā)展歷史簡(jiǎn)述展板二：古代土木工程展板三：北京故宮展板四：都江堰水利工程展板五：山西應(yīng)縣木塔展板六：埃及金字塔展板七：近代土木工程展板八：帝國大廈展板九：埃菲爾鐵塔展板十：金門大橋展板十一：現(xiàn)代土木工程展板十二：廣州塔展板十三：臺(tái)北101大廈展板十四：長(zhǎng)江三峽工程土木工程的展望展板十五：工程材料發(fā)展展望、建造理論發(fā)展展望展板十六：建造技術(shù)發(fā)展展望、土木工程建造場(chǎng)所的拓展展板十七：香港國際機(jī)場(chǎng) 展板十八：榆靖高速公路土木工程civil engineering土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的總稱， 它既指工程建 設(shè)的對(duì)象，即建在地上、地下、水中的各種工程設(shè)施，也指所

2、應(yīng)用的 材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù)。土木工程范疇從建造的對(duì)象看，土木工程包括建筑工程、道路工程、隧道工程、 機(jī)場(chǎng)工程、地下工程、市政工程、港口工程、海洋工程、水利工程等。從使用的材料看，土木工程可分為金屬結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、高分 子材料結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)、土結(jié)構(gòu)等。從技術(shù)性質(zhì)看，涉及到勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、管理、養(yǎng)護(hù)、維修等。從職業(yè)分工看，有從事土木工程的工程技術(shù)人員、工程管理人員、 研究人員和教師等。土木工程教育為培養(yǎng)土木工程所需的各類人員，世界各國在大學(xué)本科教學(xué)中都設(shè)立土木工程專業(yè)。世界上最早培養(yǎng)土木工程師的大學(xué)是 1747年法 國創(chuàng)辦的國立路橋?qū)W校。我國土木工程教

3、育事業(yè)最早出現(xiàn)在 1895年 創(chuàng)辦的北洋西學(xué)學(xué)堂（后稱北洋大學(xué)，今天津大學(xué)）。經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)，特別是經(jīng)歷改革開放三十多年迅速發(fā)展， 我國 目前已有300多所高等院校開設(shè)土木工程本科專業(yè)，培養(yǎng)能從事土木 工程設(shè)計(jì)、施工、管理、咨詢、監(jiān)理等方面工作的專業(yè)技術(shù)人員。土木工程發(fā)展歷史簡(jiǎn)述土木工程按照建造材料、建造理論和建造技術(shù)出現(xiàn)根本性的突破，可將土木工程的發(fā)展劃分為古代、近代和現(xiàn)代三個(gè)階段。古代土木工程 舊石器時(shí)代一一17世紀(jì)，主要采用天然材料, 建造主要依賴經(jīng)驗(yàn)。北京故宮都江堰水利工程山西應(yīng)縣木塔埃及金字塔北京故宮故宮位于北京市中心，舊稱紫禁城。于明代永樂十八年（1420年）建成，是明、清兩代的皇

4、宮，世界現(xiàn)存最大、最完整的木質(zhì)結(jié)構(gòu) 的古建筑群。占地面積72萬平方米，從整體規(guī)劃到單體建筑都體現(xiàn) 了我國古代建筑的優(yōu)秀傳統(tǒng)和獨(dú)特風(fēng)格。故宮全部建筑由“前朝”與“內(nèi) 廷”兩部分組成，四周有城墻圍繞。 四面由筒子河環(huán)抱。城四角有角樓。 四面各有一門，正南是午門，為故宮 的正門。故宮建筑群中，體現(xiàn)了漢式宮殿 建筑的以下特點(diǎn)：（1）故宮建筑取坐北朝南的方向。（2）平面布局以大殿（太和殿）為主體，取左右對(duì)稱的法式排列 諸殿堂、樓閣、臺(tái)榭、廊虎、亭軒、門闕等建筑。（3）殿堂建筑以木構(gòu)架支撐，都柱底下有石柱礎(chǔ)，磚修墻體北、 西、東三面維護(hù)，坐北朝南，上蓋金黃色琉璃瓦屋頂。（4）屋頂正脊兩端的正脊吻及垂脊吻上

5、有大型陶質(zhì)獸頭裝飾，嵌脊上飾有若干陶質(zhì)蹲獸， 歇山式屋頂（中和殿）有寶頂。都江堰水利工程公元前256年，戰(zhàn)國時(shí)期秦國蜀郡太守李冰率眾修建的都江堰水利工程，位于四川成都平原西部都江堰市西側(cè)的岷江上，距成都56公里，其以年代久、無壩引水為特征，是世界水利文化的鼻祖。這項(xiàng)工程主要由魚嘴分水堤、 飛沙堰溢洪道、寶瓶口進(jìn)水口三大部分 和百丈堤、人字堤等附屬工程構(gòu)成，科學(xué)地解決了江水自動(dòng)分流（魚 嘴分水堤四六分水）、自動(dòng)排沙（魚嘴分水堤二八分沙）、控制進(jìn)水流 量（寶瓶口與飛沙堰）等問題，消除了水患，相互制約，協(xié)調(diào)運(yùn)行，引水灌田，分洪減災(zāi)，具有“分四六，平潦旱”的功效。1998年灌溉面積達(dá)到66.87萬公頃

6、，灌溉區(qū)域已達(dá)40余縣。這一水利工程，至今仍造福于四川人民。即使今天看來，這一水利設(shè)施的設(shè)計(jì)也是非常合理、十分巧妙，許多國際水利工程專家參觀 后均十分嘆服。山西應(yīng)縣木塔公元11世紀(jì)建成的山西應(yīng)縣木塔，塔高67.31m,共九層，橫截面呈八角形，底層直徑達(dá) 30.27m。全塔耗材紅松木料3000立方米，2600多噸，純木結(jié)構(gòu)、無釘無鐘。該塔經(jīng)歷了多次大地震，歷時(shí)近千年仍完好聳立。木塔千年不倒的原因：(1)從結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論上來看，木塔的結(jié)構(gòu)非常科學(xué)合理，卯樺結(jié)合，剛?cè)嵯酀?jì)，具有耗能減震作用(2)從結(jié)構(gòu)上看，木塔采用兩個(gè)內(nèi)外相套的八角形，將木塔平 面分為內(nèi)外梢兩部分。內(nèi)梢供奉佛像，外梢供人員活動(dòng)。內(nèi)外

7、梢之間 又分別有地袱、欄額、普柏楊和梁、橋等縱向橫向相連接，構(gòu)成了剛 性很強(qiáng)的雙層套桶式結(jié)構(gòu)。(3)木塔外觀為五層，而實(shí)際為九層。每?jī)蓪又g都設(shè)有一個(gè)暗層。這個(gè)暗層也是堅(jiān)固剛強(qiáng)的結(jié)構(gòu)層。在歷代的加固過程中，又在暗層內(nèi)增加了許多弦向和經(jīng)向斜撐。應(yīng)縣木塔共用斗拱54種，每個(gè)斗拱都有一定的組合形式，有的將梁、坊、柱結(jié)成一 個(gè)整體，每層都形成了一個(gè)八邊形中空結(jié)構(gòu)層。 是中國古建筑中使用 斗拱種類最多，造型設(shè)計(jì)最精妙的建筑，堪稱一座斗拱博物館。埃及金字塔埃及金字塔始建于公元前2600年以前，共有七十多座，是古埃及 法老（即國王）和王后的陵墓。大部分位于開羅西南部的吉薩高原的 沙漠中，是世界公認(rèn)的埃及金字

8、塔成為 了古埃及文明最具有 影響力和持久力的象 征。其中，又以胡夫金 字塔為最，它相當(dāng)于一 座四十多層的摩天大 廈。胡夫金字塔，除了古代世界八大奇跡”之一以其規(guī)模的巨大而令人驚嘆以外，還以其高度的建筑技巧而得名。塔 身的石塊之間，沒有任何水泥之類的粘著物，而是一塊石頭疊在另一 塊石頭上面的。每塊石頭都磨得很平，至今已歷時(shí)數(shù)千年，就算這樣， 人們也很難用一把鋒利的刀刃插入石塊之間的縫隙，所以能歷數(shù)千年而不倒，這不能不說是建筑史上的奇跡。另外，在大金字塔身的北側(cè) 離地面13米高處有一個(gè)用4塊巨石砌成的三角形出入口。這個(gè)三角 形用得很巧妙，因?yàn)槿绻挥萌切味盟倪呅危敲?，一百多米?的金字塔本身

9、的巨大壓力將會(huì)把這個(gè)出入口壓塌。 而用三角形，就使 那巨大的壓力均勻地分散開了。在四千多年前對(duì)力學(xué)原理有這樣的理 解和運(yùn)用，能有這樣的構(gòu)造，確實(shí)是十分了不起的。近代土木工程17世紀(jì)一一二次世界大戰(zhàn)，逐步形成力學(xué)計(jì)算 和設(shè)計(jì)完整體系，將鋼和混凝土材料應(yīng)用于工程建造。在工程設(shè)計(jì)理論方面，從17世紀(jì)開始，以伽利略和牛頓為先導(dǎo) 的近代力學(xué)同土木工程實(shí)踐結(jié)合起來，逐漸形成材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、 流體力學(xué)、巖體力學(xué)。設(shè)計(jì)理論方面，法國的納維于1825年建立了土木工程中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的容許應(yīng)力法。在工程材料方面，1824年波特蘭水泥的發(fā)明、1859年轉(zhuǎn)爐煉鋼 法的成功及1867年鋼筋混凝土開始應(yīng)用是土木工程史上的重

10、大事在建造技術(shù)方面，打樁機(jī)、壓路機(jī)、挖土機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、起重機(jī)、 吊裝機(jī)等紛紛出現(xiàn)，這為快速高效的建造各類土木工程設(shè)施提供了有 力手段。帝國大廈艾菲爾鐵塔金門大橋帝國大廈帝國大廈(Empire State Building ),是位于美國紐約市的一棟 著名的摩天大樓，共有102層，始建于1930年3月，是當(dāng)時(shí)使用材 料最輕的建筑，建成于西方經(jīng)濟(jì)危機(jī)時(shí)期，成為美國經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的象征， 如今仍然和自由女神一起成為紐約永遠(yuǎn)的標(biāo)志。 曾為世界第一高大樓 和紐約市的標(biāo)志性建筑。哈頓島的地基非常好，再加 上帝國大廈由花崗巖、印第安納 砂石、鋼鐵、鋁材等建成，大廈 顯得非常堅(jiān)固。在很長(zhǎng)一段時(shí)間 里，帝國大廈一直是世

11、界最高建 筑。直到1973年世貿(mào)中心和1974 年芝加哥西爾斯大廈建成，它才 退居第四。帝國大廈擁有許多世界之最：在建筑史上創(chuàng)每周修建4層半樓的紀(jì)錄；每天參加施工的人員高 達(dá)4000人，全部工作量超過700萬工時(shí)；共使用6萬噸鋼、1000萬塊磚、80萬公里長(zhǎng)的電纜與電線、192公里長(zhǎng)的管道；1600公里長(zhǎng) 的電話電纜；6500扇窗戶；1860階臺(tái)階；安裝了 73部電梯、電梯速 度高達(dá)每分鐘427米。帝國大廈占地面積為2.66公頃，當(dāng)時(shí)全部造 價(jià)4100萬美元，后來的維修費(fèi)用累計(jì)為 6700萬美元。埃菲爾鐵塔埃菲爾鐵塔嘉立在塞納河南岸法國巴黎的戰(zhàn)神廣場(chǎng)，于 1889年 建成。它是世界著名建筑、法

12、國文化象征之一、巴黎城市地標(biāo)之一。埃菲爾鐵塔高300米，鐵塔鋼質(zhì)構(gòu)件有18038個(gè)， 重達(dá)10000噸，施工時(shí)共鉆 孔700萬個(gè)，使用鐘釘250 萬個(gè)。除了四個(gè)腳是用鋼筋 水泥之外，全身都用鋼鐵構(gòu) 成，塔身總重量 7000噸。 塔分三樓，分別在離地面 57.6 米、115.7 米和 276.1 米處，其中一、二樓設(shè)有餐廳，第三樓建有觀景臺(tái)，從塔座到塔頂共有1711級(jí)階梯，共用去鋼鐵7000噸，12000個(gè)金屬部件，259萬只鐘釘。埃菲爾鐵塔的結(jié)構(gòu)體系既直觀又簡(jiǎn)潔：底部是分布在每邊 128m 長(zhǎng)底座上的4個(gè)巨型傾斜柱墩，傾角54° ,由57.63m高度處的第一 層平臺(tái)聯(lián)系支承；第一層平

13、臺(tái)和115.73m高度處的第二層平臺(tái)之間是 4個(gè)微曲的立柱；再向上4個(gè)立柱轉(zhuǎn)化為幾乎垂直的、剛度很大的 方尖塔，其間在276.13m高度處設(shè)有第三層平臺(tái)；在300.65m高度處 是塔頂平臺(tái)，布置有電視天線。鐵塔總重10000t,承擔(dān)這些重量的是 4個(gè)堅(jiān)固的直伸至下臥持力土層的沉箱基礎(chǔ)。金門大橋金門大(Golden Gate Bridge )雄峙于美國加利福尼亞州舊金山長(zhǎng)1900多米的金門海峽之上，于1933年動(dòng)工，歷時(shí)4年，利用10 萬多噸鋼材，耗資達(dá)3550萬美元建成，由橋梁工程師約瑟夫施特勞斯(Joseph .Struss, 1870 1938年)設(shè)計(jì)。金門大橋是世界上第一座單跨超過千米的

14、大橋，橋跨1280ml橋有6條車行道和兩條寬敞的人行道。 整頭塔架高277ml主纜直徑1.125m,由27572根鋼絲組成，其中每452 根鋼絲先組成一股，由61股組成主纜索，索重11000t左右。錨固纜索的兩岸錨碇為混凝土巨大塊體，北岸混凝土錨碇重為130000t,南 岸的小一些，也達(dá) 50000t大橋的橋面寬27.4米, 個(gè)大橋造型宏偉壯觀、樸素 無華。橋身呈朱紅色，橫臥 于碧海白浪之上，華燈初放， 如巨龍凌空，使舊金山市的 夜空景色更加壯麗?，F(xiàn)代土木工程二次世界大戰(zhàn)后一一現(xiàn)今，以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)推 動(dòng)了土木工程的現(xiàn)代化在建造材料方面，隨著化學(xué)工業(yè)和冶金技術(shù)的不斷發(fā)展， 高性能 鋼材和高性能混

15、凝土廣泛應(yīng)用，新型材料不斷出現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論方面，考慮材料非線性和幾何非線性。 設(shè)計(jì)理論 進(jìn)入基于概率理論的可靠度設(shè)計(jì)方法。 一些新穎的結(jié)構(gòu)如任意曲面形 式的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、各種類型的斜拉橋等都不斷涌現(xiàn)。在建造技術(shù)方面，在機(jī)械、電子、信息技術(shù)發(fā)展帶動(dòng)下，建造技 術(shù)由單一使用機(jī)械發(fā)展到機(jī)-電-計(jì)算機(jī)的一體化。對(duì)于復(fù)雜的工 程，實(shí)現(xiàn)了全過程的自動(dòng)監(jiān)控和計(jì)算機(jī)控制，使施工精度、施工質(zhì)量 大大提高，施工進(jìn)度大大加快。廣州塔 101 大廈長(zhǎng)江三峽工程廣州塔廣州塔又稱廣州新電視塔，昵稱小蠻腰，位于中國廣州市海珠區(qū)（藝洲島）赤崗塔附近，地面標(biāo)高600米，距離珠江南岸125米，與 海心沙島及珠江新城隔江相望，為廣

16、州最高建筑物，國內(nèi)第一高塔，而“小蠻腰”的最細(xì)處在66層。廣州塔整個(gè)塔身是鏤空的鋼結(jié)構(gòu)框架，24根鋼柱自下而上呈逆 時(shí)針扭轉(zhuǎn)，每一個(gè)構(gòu)件截面都在變 化。鋼結(jié)構(gòu)外框筒的立柱、橫梁和 斜撐都處于三維傾斜狀態(tài)，再加上 扭轉(zhuǎn)的鋼結(jié)構(gòu)外框筒上下粗、中間 細(xì)，這對(duì)鋼結(jié)構(gòu)件加工、制作、安裝以及施工測(cè)量、變形控制都帶來了挑戰(zhàn)。僅鋼結(jié)構(gòu)外框筒就有24 根鋼柱、46組環(huán)梁、1104根斜撐各不一樣。由于廣州塔中間混凝土核心筒與鋼結(jié)構(gòu)外框筒材料上的差異,形成樓層梁和外框筒的沉降不 一致。為了調(diào)整鋼構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的 相對(duì)位置的正確性，許多節(jié)點(diǎn)都通過 三維坐標(biāo)來控制鋼柱本體相對(duì)位置 的精確度。廣州塔定位以觀光旅游為主，兼

17、 容廣播電視發(fā)射功能的綜合性設(shè)施， 成為廣州重要的地標(biāo)性建筑。臺(tái)北101大廈2003年建成臺(tái)北101大廈，其地下5層， 地上101層，高508米，包括能容納12000 人的辦公大樓和購物中心部分。臺(tái)北101大廈多節(jié)式外觀，以高科技巨 型結(jié)構(gòu)確保防災(zāi)防風(fēng)的顯著效益。每八層形 成一組自主構(gòu)成的空間，自然化解高層建筑 引起之氣流對(duì)地面造成的風(fēng)場(chǎng)效應(yīng)，透過建 筑設(shè)計(jì)綠化植栽區(qū)的區(qū)隔，確保行人的安全 與舒適性。大樓造型宛若勁竹節(jié)節(jié)高升、柔韌有馀，象征生生不息的 中國傳統(tǒng)建筑意涵。內(nèi)斜七度的建筑面，層層往上遞增；無反射光害 的高度透明省能隔熱帷幕玻璃，讓人們?cè)谂_(tái)灣的最高建筑內(nèi)，觀天看地。高科技材質(zhì)及創(chuàng)意照

18、明，以透明、清晰、營造視覺穿透效果，與自然及周遭環(huán)境大尺度的融合。101大廈擁有世界最高速度的電梯：從 5樓直達(dá)89樓的室內(nèi)觀 景臺(tái)只需37秒，電梯攀升的速度為每分鐘1010米，是世界最快的電 梯，其長(zhǎng)度也是世界第一。101大廈也是世界第一座防震阻尼器外露於整體設(shè)計(jì)的大樓，重達(dá)660噸，在85、86、與88樓用餐可以看到這 個(gè)帶有裝飾且外型像大圓球的阻尼器，其直徑5.5米，也是世界第一長(zhǎng)江三峽工程長(zhǎng)江三峽工程，即長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程。中國湖北省宜昌市境 內(nèi)的長(zhǎng)江西陵峽段與下游的葛洲壩水電站構(gòu)成梯級(jí)電站。三峽水電站水發(fā)電，于2009年全部完工的功能有十多種，航 運(yùn)、發(fā)電、種植等等。三峽水電站19

19、94年正 式動(dòng)工興建，2003年 六月一日下午開始蓄三峽水電站大壩高程185米，蓄水高程175米，水庫長(zhǎng)2335米, 總投資954.6億元人民幣，安裝32臺(tái)單機(jī)容量為70萬千瓦的水電機(jī) 組。裝機(jī)容量達(dá)到2240萬千瓦的三峽水電站成為全世界最大的水力 發(fā)電站和清潔能源生產(chǎn)基地。三峽大壩為混凝土重力壩，大壩壩體可抵御萬年一遇的特大洪水， 最大下泄流量可達(dá)每秒鐘10萬立方米。整個(gè)工程的土石方挖填量約 1.34億立方米，混凝土澆筑量約 2800萬立方米，耗用鋼材59.3萬 噸。水庫全長(zhǎng)600余千米，水面 平均寬度1.1千米，總面積1084 平方千米，總庫容393億立方米， 其中防洪庫容221.5億立方

20、米， 調(diào)節(jié)能力為季調(diào)節(jié)型。土木工程的展望土木工程是一門古老的學(xué)科，取得了巨大的成就。但傳統(tǒng)土木工 程的高速發(fā)展是建立在高耗能、高污染的基礎(chǔ)上，這種發(fā)展難以維系。 科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，新材料、新結(jié)構(gòu)體系、新建造技術(shù)層出不窮，土 木工程必須采用高新技術(shù)，走可持續(xù)發(fā)展之路。工程材料發(fā)展展望(1)建造材料將大力開展“綠色建材”的研制。 采用工業(yè)廢料制 作綠色高性能混凝土將受到廣泛研究和應(yīng)用。另一方面將已在航空、 航天、軍工中廣泛應(yīng)用的智能材料將應(yīng)用于土木工程。(2)化學(xué)合成材料的應(yīng)用。目前的化學(xué)合成材料主要用于門窗、 管材、裝飾材料，今后的發(fā)展方向是向大面積圍護(hù)材料及結(jié)構(gòu)骨架材 料發(fā)展。建造理論發(fā)展展望

21、(1) 土木工程的計(jì)算機(jī)仿真分析和虛擬技術(shù)的應(yīng)用。許多工程結(jié)構(gòu)是毀于臺(tái)風(fēng)、地震、火災(zāi)、洪水等災(zāi)害作用。在這種小概率、大 荷載作用下，工程結(jié)構(gòu)性能很難一一去做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 用此技術(shù)指導(dǎo)設(shè) 計(jì)可大大提高工程結(jié)構(gòu)的可靠性。未來的土木工程可能不僅可以抗 震、抗風(fēng)，甚至可以抗爆、抗海嘯、防火、防撞、防輻射等。(2)開展各種災(zāi)害作用的研究。 近年來，由于災(zāi)害的頻繁發(fā)生， 如何保證結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)性能已成為結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要課題。對(duì)影響工程結(jié)構(gòu)安全性的災(zāi)害形成機(jī)理和變化情況進(jìn)行研究，確保土木工程的抗 災(zāi)、防災(zāi)能力是未來土木工程的重要課題。建造技術(shù)發(fā)展展望(1)信息化施工：在施工過程中所涉及的各部分、 各階段廣泛應(yīng) 用計(jì)

22、算機(jī)信息技術(shù)，對(duì)工期、人力、材料、機(jī)械、資金、進(jìn)度等信息 進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、處理和交流，并加以科學(xué)地綜合利用，為施工管理 及時(shí)、準(zhǔn)確地提供決策依據(jù)。(2)智能化建筑：將建筑、通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控等各方面的 先進(jìn)技術(shù)相互融合、集成為最優(yōu)化的整體，能夠適應(yīng)信息化社會(huì)發(fā)展 需要的現(xiàn)代化新型建筑。智能化建筑為客戶提供高效、節(jié)能、便捷、 安全、舒適、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境。(3)智能化交通：應(yīng)具有信息收集，快速處理，優(yōu)化決策，大型 可視化系統(tǒng)等功能，能提高公路交通的安全性。土木工程建造場(chǎng)所的拓展(1)海洋：填海造田修筑人工島、圍海造城、海上城市(2)荒漠：沙漠改造工程、興修水利、種植固沙植物(3)太空：建立太空站和基地香港國際機(jī)場(chǎng)首條