土木工程專業(yè)英語(yǔ)翻譯(武漢理工大學(xué)出版社段兵廷主編)完整版

1、第一課 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(jì)，施工及對(duì)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(huì)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(jī)場(chǎng)，鐵路，管線，摩天大樓，以及其他設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)容納設(shè)施齊全的社區(qū)的空間平臺(tái)。土木一詞來(lái)源于拉丁文詞“公民”。在 1782年，英國(guó)人John Smeaton為

2、了把他的 非軍事工程工作區(qū)別于當(dāng)時(shí)占優(yōu)勢(shì)地位的軍事工程師的工作而采用的名詞。自從那時(shí) 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 。因?yàn)榘秶珡V， 土木工程學(xué)又被細(xì)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(gè)項(xiàng)目開(kāi)始的時(shí)候， 土木工程師要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行測(cè) 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(jìn)行土力學(xué) 試驗(yàn)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(duì)當(dāng)?shù)氐挠绊懀?包括對(duì)空氣 和地下水的可能污染， 對(duì)當(dāng)?shù)貏?dòng)植物生活的影響， 以及如何讓工程設(shè)計(jì)滿足政府針對(duì)環(huán) 境保護(hù)的需要。交通工程專家

3、確定必需的不同種類設(shè)施以減輕由整個(gè)工程造成的對(duì)當(dāng)?shù)?公路和其他交通網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。 同時(shí)，結(jié)構(gòu)工程專家利用初步數(shù)據(jù)對(duì)工程作詳細(xì)規(guī)劃， 設(shè) 計(jì)和說(shuō)明。從項(xiàng)目開(kāi)始到結(jié)束， 對(duì)這些土木工程專家的工作進(jìn)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(jì)算材料和人工的數(shù)量和花費(fèi)， 所有工作的進(jìn)度表， 訂購(gòu)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(shí)按質(zhì)完成。貫穿任何給定項(xiàng)目， 土木工程師都需要大量使用計(jì)算機(jī)。 計(jì)算機(jī)用于設(shè)計(jì)工程中使 用的多數(shù)元件（即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，或者 CAD并對(duì)其進(jìn)行管理。計(jì)算機(jī)成為了現(xiàn)代土 木工程師的必備品，因?yàn)樗沟?/p>

4、工程師能有效地掌控所需的大量數(shù)據(jù)從而確定建造一項(xiàng) 工程的最佳方法。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(jì)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(guó)太空計(jì)劃，發(fā)射塔，龐大的天文和 無(wú)線電望遠(yuǎn)鏡， 以及許多其他種類的項(xiàng)目。 結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)用計(jì)算機(jī)確定一個(gè)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) 。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(wèn)題。他 們的項(xiàng)目用于幫助預(yù)防洪水災(zāi)害，提供城市用水和灌溉用

5、水，管理控制河流和水流物， 維護(hù)河灘及其他濱水設(shè)施。 此外，他們?cè)O(shè)計(jì)和維護(hù)海港， 運(yùn)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(jì)海上結(jié)構(gòu)并且確定結(jié)構(gòu)的位置對(duì)航行影響。巖土工程學(xué) 。專業(yè)于這個(gè)領(lǐng)域的土木工程師對(duì)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(jìn)行分析。 他們計(jì)算建筑和其他結(jié)構(gòu)由于自重壓力可能引起的沉降， 并采取 措施使之減少到最小。 他們也需計(jì)算并確定如何加強(qiáng)斜坡和填充物的穩(wěn)定性以及如何保 護(hù)結(jié)構(gòu)免受地震和地下水的影響。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(jì)，建造并監(jiān)視系統(tǒng)以提供安 全的飲用水， 同時(shí)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(jì)，

6、 建造并監(jiān)視 工程以控制甚至消除對(duì)土地和空氣的污染。 他們建造供水和廢水處理廠， 設(shè)計(jì)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(dòng)引起的空氣污 染。他們也采用建造特殊傾倒地點(diǎn)或使用有毒有害物中和劑的措施來(lái)控制有毒有害廢棄 物。此外，工程師還對(duì)垃圾掩埋進(jìn)行設(shè)計(jì)和管理以預(yù)防其對(duì)周圍環(huán)境造成污染。交通工程學(xué) 。從事這一專業(yè)領(lǐng)域的土木工程師建造可以確保人和貨物安全高效運(yùn) 行的設(shè)施。他們專門研究各種類型運(yùn)輸設(shè)施的設(shè)計(jì)和維護(hù)， 如公路和街道， 公共交通系 統(tǒng)，鐵路和飛機(jī)場(chǎng)， 港口和海港。 交通工程師應(yīng)用技術(shù)知識(shí)及考慮經(jīng)濟(jì)， 政治和社會(huì)因 素來(lái)設(shè)計(jì)每一個(gè)項(xiàng)目。 他們的工作和城市規(guī)

7、劃者十分相似， 因?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸系統(tǒng)的質(zhì)量直 接關(guān)系到社區(qū)的質(zhì)量。渠道工程學(xué) 。在土木工程學(xué)的這一支鏈中， 土木工程師建造渠道和運(yùn)送從煤泥漿 （ 混 合的煤和水 ） 和半流體廢污，到水、石油和多種類型的高度可燃和不可燃的氣體中分離 出來(lái)的液體， 氣體和固體的相關(guān)設(shè)備。 工程師決定渠道的設(shè)計(jì)， 項(xiàng)目所處地區(qū)必須考慮 到的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境因素， 以及所使用材料的類型鋼、 混凝土、 塑料、或多種材料的 復(fù)合的安裝技術(shù)， 測(cè)試渠道強(qiáng)度的方法， 和控制所運(yùn)送流體材料保持適當(dāng)?shù)膲毫?流速。當(dāng)流體中攜帶危險(xiǎn)材料時(shí)，安全性因素也需要被考慮。建筑工程學(xué) 。土木工程師在這個(gè)領(lǐng)域中從開(kāi)始到結(jié)束監(jiān)督項(xiàng)目的建筑。 他們，有時(shí)

8、 被稱為項(xiàng)目工程師，應(yīng)用技術(shù)和管理技能，包括建筑工藝，規(guī)劃，組織，財(cái)務(wù)，和操作 項(xiàng)目建設(shè)的知識(shí)。 事實(shí)上， 他們協(xié)調(diào)工程中每個(gè)人的活動(dòng)： 測(cè)量員， 布置和建造臨時(shí)道 路和斜坡， 開(kāi)挖基礎(chǔ)， 支模板和澆注混凝土的工人， 以及鋼筋工人。 這些工程師也向結(jié) 構(gòu)的業(yè)主提供進(jìn)度計(jì)劃報(bào)告。社區(qū)和城市規(guī)劃 。從事土木工程這一方面的工程師可能規(guī)劃和發(fā)展一個(gè)城市中的社 區(qū)，或整個(gè)城市。 此規(guī)劃中所包括的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅僅為工程因素， 土地的開(kāi)發(fā)使用和自然資 源環(huán)境的，社會(huì)的和經(jīng)濟(jì)的因素也是主要的成分。 這些土木工程師對(duì)公共建設(shè)工程的規(guī) 劃和私人建筑的發(fā)展進(jìn)行協(xié)調(diào)。 他們?cè)u(píng)估所需的設(shè)施， 包括街道，公路，公共運(yùn)輸系統(tǒng)，

9、機(jī)場(chǎng)，港口，給排水和污水處理系統(tǒng)， 公共建筑， 公園，和娛樂(lè)及其他設(shè)施以保證社會(huì)， 經(jīng)濟(jì)和環(huán)境地協(xié)調(diào)發(fā)展。攝影測(cè)量，測(cè)量學(xué)和地圖繪制 。在這一專業(yè)領(lǐng)域的土木工程師精確測(cè)量地球表面 以獲得可靠的信息來(lái)定位和設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目。 這一 方面包括高工藝學(xué)方法， 如衛(wèi)星成相， 航拍，和計(jì)算機(jī)成相。 來(lái)自人造衛(wèi)星的無(wú)線電信號(hào)， 通過(guò)激光和音波柱掃描被轉(zhuǎn)換為地 圖，為隧道鉆孔， 建造高速公路和大壩， 繪制洪水控制和灌溉方案， 定位可能影響建筑 項(xiàng)目的地下巖石構(gòu)成，以及許多其他建筑用途提供更精準(zhǔn)的測(cè)量。其他的專門項(xiàng)目 。還有兩個(gè)并不完全在土木工程范圍里面但對(duì)訓(xùn)練相當(dāng)重要的附加 的專門項(xiàng)目是工程管理和工程教學(xué)。工程

10、管理 。許多土木工程師都選擇最終通向管理的職業(yè)。 其他則能讓他們的事業(yè)從 管理位置開(kāi)始。土木工程管理者結(jié)合技術(shù)上的知識(shí)和一種組織能力來(lái)協(xié)調(diào)勞動(dòng)力， 材料， 機(jī)械和錢。 這些工程師可能工作在政府市政、 國(guó)家、州或聯(lián)邦； 在美國(guó)陸軍軍團(tuán)作 為軍隊(duì)或平民的管理工程師； 或在半自治地區(qū)， 城市主管當(dāng)局或相似的組織。 他們也可 能管理規(guī)模為從幾個(gè)到百個(gè)雇員的私營(yíng)工程公司。工程教學(xué) 。通常選擇教學(xué)事業(yè)的土木工程師教授研究生和本科生技術(shù)上的專門項(xiàng) 目。許多從事教學(xué)的土木工程師參與會(huì)導(dǎo)致建筑材料和施工方法技術(shù)革新的基礎(chǔ)研究。 多數(shù)也擔(dān)任工程項(xiàng)目或技術(shù)領(lǐng)域的顧問(wèn)，和主要項(xiàng)目的代理。第二課 建筑物與建筑學(xué)建筑物的

11、目的是給人類的活動(dòng)提供一個(gè)遮風(fēng)擋雨的地方。 從穴居時(shí)代到現(xiàn)在， 人類 的第一需要最基本的就是有一個(gè)可以遮風(fēng)避雨之所。 在一個(gè)比較一般的感覺(jué)中， 建筑物 的藝術(shù)包含人類試圖控制環(huán)境和直接自然力以滿足需要所取得的所有成就。除建筑物 外，這種藝術(shù)還包括大壩，運(yùn)河，隧道，溝渠和橋。遮風(fēng)避雨的建筑物的設(shè)計(jì)和其他功用的土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的科學(xué)基礎(chǔ)原理是相 同的。而只是因?yàn)楝F(xiàn)代社會(huì)特定的需要，這兩個(gè)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(yíng)造者也不再是一個(gè)單獨(dú)的個(gè)體； 相反的是由多個(gè)專 家組成的小組： 規(guī)劃師， 建筑師，工程師和建造者。 一個(gè)現(xiàn)代建筑物的實(shí)現(xiàn)依賴這個(gè)小 組集體的智慧

12、。建筑物的結(jié)構(gòu)是建筑物的功能、環(huán)境及各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)的功能不同。 公寓的每一個(gè)可居住空間如起居室和 臥室必須有來(lái)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(duì)公寓的進(jìn)深必然有限制。 另一方面， 對(duì)辦公大樓而言， 人造光 源更能達(dá)到均勻照明的要求，因此，對(duì)自然光的需求不再有建筑物進(jìn)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(guò)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(gè)主要部分， 即使兩者實(shí)現(xiàn)同樣的 功能。最后，建筑物的結(jié)構(gòu)被各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素影響， 包

13、括地價(jià)， 租賃，工程預(yù)算，分區(qū) 限制。城市的高地價(jià)造成高層建筑物， 而鄉(xiāng)村的低地價(jià)造成低的建筑物。 富人的住房建 筑計(jì)劃不同于廉價(jià)的住房建筑計(jì)劃。 有威望的辦公大樓的預(yù)算將大大地超過(guò)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(shí)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(dòng)廣泛到從工廠的一條裝配線到一個(gè)家 庭的起居室應(yīng)該規(guī)定幾個(gè)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(dòng)建筑學(xué)中的說(shuō)法是 “流通

14、” 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(shí)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(dá)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(shí)地被大廈很顯然的各個(gè)單元的關(guān)聯(lián)所指引。 相反地，不好的平面組織將帶來(lái) 不便，浪費(fèi)和視覺(jué)混亂。此外 , 一個(gè)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(duì)建筑物進(jìn)行表達(dá)。 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(gè)實(shí) 驗(yàn)室里壓碎石

15、是可能， 但是對(duì)于實(shí)際應(yīng)用， 它的抗壓強(qiáng)度則是無(wú)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 , 這種材料的梁相對(duì)地比較短 , 并且支撐間距比 較小。此外，石柱必須堅(jiān)固，其高寬比極少超過(guò) 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(shí)期其適當(dāng)?shù)脑煨鸵恢北煌咨票Ｗo(hù)著， 像 在美國(guó)的喬治王時(shí)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?成 為承重結(jié)構(gòu)中的密排柱，成為主要

16、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， 它更易于抵抗拉力。 木制梁可能 相對(duì)比石制梁長(zhǎng)， 并且木制柱較細(xì)且可以廣泛地作一定間隔的排列。 由于木的自然性質(zhì) 常形成寬大于高的水平矩形， 這在日本建筑學(xué)中常被見(jiàn)到。 鋼的抗拉強(qiáng)度也等于或大于 其抗壓強(qiáng)度。已經(jīng)觀察過(guò)鋼結(jié)構(gòu)建筑物建筑過(guò)程的任何人一定曾注意到由細(xì)的廣泛地作 一定間距排列的柱及每個(gè)樓板的長(zhǎng)梁所組成的水平格狀矩形。 木和鋼的性質(zhì)意味著框架 結(jié)構(gòu)一個(gè)支撐樓板和屋頂?shù)墓羌苋魏蔚匿伱娌牧隙伎赡苁潜匦璧摹?木和鋼也準(zhǔn) 許懸臂結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，梁的投影超出支承的最后一個(gè)測(cè)點(diǎn)。最后，建筑學(xué)不僅必須超過(guò)符合強(qiáng)度和空間的實(shí)際需要

17、， 它也一定要使人得到精神 滿足。建筑物應(yīng)該使每一個(gè)零部件形成一個(gè)美學(xué)的統(tǒng)一體。 因此，結(jié)構(gòu)的側(cè)面和背面應(yīng) 該與正面具有足夠的一致性， 可以使所有相關(guān)部分成為一個(gè)獨(dú)立的整體。 同樣地，大部 分的內(nèi)部分區(qū)也需要在外部設(shè)計(jì)上有所表現(xiàn)。正殿，甬道，袖廊，半圓形壁龕, 而且輻射哥德式大教堂的小禮拜堂，舉例來(lái)說(shuō)，全部是在外部上看得見(jiàn)的 , 所以訪客在潛在意 識(shí)里意識(shí)到他們將在里面找到什么。建筑要求有恰當(dāng)?shù)谋壤?即令人愉快的虛與實(shí)、 高與寬、 長(zhǎng)與寬的關(guān)系。 人類已經(jīng) 作過(guò)許多嘗試用數(shù)學(xué)公式來(lái)解釋好多比例， 如黃金分割。 然而，這些努力并沒(méi)有被廣泛 接受，盡管在設(shè)計(jì)各處透過(guò)一些尺寸 （舉例來(lái)說(shuō)， 一個(gè)模

18、數(shù)是一個(gè)柱的直徑一半） 的復(fù) 測(cè)法已經(jīng)收到很好的結(jié)果。這種復(fù)測(cè)法幫助提出了人類思想渴望的可視規(guī)則。一個(gè)建筑物還應(yīng)該有建筑師稱作的比例尺，它應(yīng)該能在視覺(jué)上傳達(dá)它的真實(shí)尺寸。 如長(zhǎng)椅、臺(tái)階或樓梯欄桿等元素， 盡管由于它們特別的原因在大小方面有些微可變， 但 仍然與人類的正常尺度有關(guān)。它們因此也幾乎不可察覺(jué)地成為精確計(jì)量整個(gè)大廈尺度的測(cè)量單位。 因這些單位對(duì)整個(gè) 建筑物而言太小， 所以還需要其他中間尺度的元素。 樓梯和一個(gè)樓梯欄桿可能給門口的 尺寸一個(gè)提示，依次是柱廊的高度，最后是整個(gè)的結(jié)構(gòu)廊。凡爾賽的 Petit Trianon 在比例尺方面相當(dāng)完美。羅馬的圣彼得堡由于缺少小元素而讓人很難感知它的

19、巨大。雖然全裝飾在一些現(xiàn)代的建筑中被拒絕， 但它過(guò)去由于固有的美或?yàn)榱藦?qiáng)調(diào)建筑物 的一些重點(diǎn)而常被采用。裝飾品可能用于突出建筑物的特征和建筑物目的的可視化表 現(xiàn)。因此，一個(gè)銀行要看起來(lái)像銀行， 一個(gè)教堂也應(yīng)該同樣地可以被立刻確認(rèn)。 理想地， 任何建筑物應(yīng)該通過(guò)與它建筑上的鄰居的一些關(guān)系和地方地理學(xué)上看起來(lái)屬于它的位 置。經(jīng)過(guò)建筑學(xué)目的的成型， 再受材料、 比例和設(shè)計(jì)者給定的比例尺和特征支配， 建筑 物成為建造它們的時(shí)代的理想的表達(dá)和熱望。 歷史性建筑學(xué)的連續(xù)性式樣是他們的時(shí)代 精神的化身。的部分。第三課 建筑物的組成材料和不同的結(jié)構(gòu)形式聯(lián)合組成建筑物的各種不同部分， 包括承重框架， 外殼，樓

20、板和隔墻。建筑物也有像升降機(jī)，供暖和冷卻，照明這樣的與機(jī)械和電力有關(guān)的系統(tǒng)。 上部結(jié)構(gòu)是建筑物地面以上的部分，而下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)則是建筑物地面以下的部分。摩天大樓的出現(xiàn)得益于 19 世紀(jì)的兩大發(fā)展：鋼骨架結(jié)構(gòu)和旅客升降機(jī)。鋼，作為 一種建筑材料，源于 1885年貝色麥轉(zhuǎn)爐的引入。 Gustave Eiffel (1832-1932)將鋼結(jié) 構(gòu)引入法國(guó)。 1889年巴黎展覽會(huì)的塔和他為 Galerie des 機(jī)械的設(shè)計(jì)表現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的 靈活性。艾菲爾鐵塔高 984英尺( 300米)，是人類建造的最高的結(jié)構(gòu)，直到40 年后才被美國(guó)一系列的摩天大樓超越。第一個(gè)升降機(jī)是在 1857年被 Elisha O

21、tis 安裝于紐約的一幢百貨公司。在 1889 年， Eiffel 在艾菲爾鐵塔上安裝了第一個(gè)大尺寸的升降機(jī)，它的水力升降機(jī)能在一個(gè) 小時(shí)內(nèi)運(yùn)送 2350 個(gè)旅客到達(dá)頂點(diǎn)。承重框架 。直到 19 世紀(jì)晚期，建筑物外墻被用作支承樓板的承重墻。這種結(jié)構(gòu)本 質(zhì)上一種梁柱模型，并且仍然被用于房屋框架結(jié)構(gòu)。承重墻結(jié)構(gòu)由于需要巨大的墻厚而限制了建筑物的高度。 例如，芝加哥建于 19 世紀(jì) 80 年代16層的Mon ad nock大廈，較下層的樓板下的墻厚達(dá)5英尺(1.5米)。在1883年， William Le Baron Jenney (1832-1907) 采用鑄鐵柱支撐樓板的方式以形成籠狀結(jié)構(gòu)。 由

22、鋼梁和鋼柱組成的骨架構(gòu)造最早用于1 889年。由于骨架構(gòu)造， 圍墻變成一個(gè)“幕墻”， 勝于起支撐作用。 磚石一直被用作幕墻材料， 直到 20 世紀(jì) 30 年代，輕金屬和玻璃幕墻 開(kāi)始被使用。在鋼結(jié)構(gòu)引入后，建筑物的高度持續(xù)快速地增加。在二次世界大戰(zhàn)前， 所有的高層建筑都是采用鋼結(jié)構(gòu)。 戰(zhàn)后，鋼材的短缺和混凝土 質(zhì)量的改良導(dǎo)致鋼筋混凝土高層建筑的出現(xiàn)。芝加哥的 Marina 塔 （1962） 是美國(guó)最高的 混凝土建筑。它的高度達(dá) 588英尺（179 米） ，被倫敦的高達(dá) 650 英尺（ 198米）的郵政 大廈和其他塔式建筑所超越。關(guān)于摩天大樓構(gòu)造觀點(diǎn)的轉(zhuǎn)變恢復(fù)了承重墻的使用。在紐約城由 Eero

23、 Saarinen 于 1962 年設(shè)計(jì)的哥倫比亞廣播系統(tǒng)大樓，有一個(gè)由 5 英尺（ 1.5 米）寬，相鄰柱的中 心距為 10 英尺（3 米）的混凝土柱組成的環(huán)形墻。這個(gè)環(huán)形墻實(shí)際上有效地組成了一 個(gè)承重墻。 產(chǎn)生這種趨向的一個(gè)理由是， 采用建筑物的墻壁作為一個(gè)筒體， 可以非常經(jīng) 濟(jì)地獲得起到抗風(fēng)作用的足夠硬度。 世界貿(mào)易大廈是這種筒體方法的另一個(gè)例證。 相反 地，剛性框架或垂直的桁架通常被用于提供側(cè)向穩(wěn)定性。外殼 。建筑物的外殼由透明元素（窗）和不透明元素（墻）所組成。盡管塑料正 在被使用，窗傳統(tǒng)上還是使用玻璃， 特別是在學(xué)校， 破損產(chǎn)生了一個(gè)維護(hù)問(wèn)題。 用于覆 蓋結(jié)構(gòu)并由結(jié)構(gòu)支撐的墻元素由

24、多種材料建造： 磚，預(yù)制構(gòu)件， 混凝土，石，不透明玻 璃，塑料，鋼和鋁。木主要被用于房屋建筑，由于有火災(zāi)的危險(xiǎn)，它通常不用于商業(yè)， 工業(yè)和公用建筑。樓板 。建筑物中樓板的構(gòu)造依賴于所使用的基本結(jié)構(gòu)框架。在鋼結(jié)構(gòu)中，樓板或 是擱置在鋼梁上的混凝土板， 或是表面附有混凝土的波狀鋼組成的凹板。 在混凝土結(jié)構(gòu) 中，樓板或是擱置在混凝土梁上的混凝土板， 或是一系列頂端有一個(gè)薄板雙向都近距離 排列的混凝土梁， 在其下部提供了一個(gè)多余的空間。 這種類型的板的使用依賴于支撐柱 或墻間的跨度和空間的功能。 例如，在公寓中，當(dāng)墻和柱的間距在 12英尺到 18 英尺（3.7 米到 5.5 米），最常用的結(jié)構(gòu)是無(wú)梁的

25、實(shí)心混凝土板。 這種板的下部可以用作其下層空 間的天花板。 辦公大樓中常使用波紋鋼樓板， 這是因?yàn)椴y鋼樓板的波紋當(dāng)由另一塊金 屬板蓋上時(shí)，可以形成電話線和電線通道。機(jī)械和電力系統(tǒng) 。一個(gè)現(xiàn)代建筑不僅包括它所需要的空間 （辦公室， 教室，公寓）， 還包括幫助提供舒適環(huán)境的機(jī)械與電力系統(tǒng)的輔助空間。 在摩天辦公大樓中， 這些輔助 空間可能構(gòu)成總建筑面積的 25%。在辦公大樓中，供暖，通風(fēng)，電力和衛(wèi)生管道系統(tǒng)的 重要性體現(xiàn)在工程預(yù)算的 40%被分配給它們。 因?yàn)槭褂脦в胁荒荛_(kāi)窗的密封性建筑屋的 增加，精細(xì)的機(jī)械系統(tǒng)被用于通風(fēng)和空調(diào)。 渠道和管道攜帶來(lái)自中央風(fēng)扇室和空氣調(diào)節(jié) 機(jī)的新鮮空氣。懸吊在上部

26、樓板結(jié)構(gòu)下面的天花板， 隱藏著管道系統(tǒng)， 還包含照明設(shè)備。用于動(dòng)力和電話通訊的電力配線， 也被安置在天花板空間內(nèi)， 或被埋置在樓板結(jié)構(gòu)中的 管道內(nèi)。已經(jīng)有種種嘗試將機(jī)械和電力系統(tǒng)通過(guò)坦白地表達(dá)它們以合并到建筑物的建筑學(xué) 中。舉例來(lái)說(shuō)， 在愛(ài)荷華州首府得梅因的美國(guó)共和保險(xiǎn)公司大樓 （1965），管道和樓板 結(jié)構(gòu)以一種有組織和優(yōu)雅的形式暴露在外， 用吊頂進(jìn)行分配。 這種方法使得減少建筑物 的花費(fèi)成為可能，并且可以允許改革，例如在結(jié)構(gòu)的跨度方面。地基與基礎(chǔ) 。所有的建筑物都支撐在地面上，因此，土體的性質(zhì)成為任何建筑設(shè) 計(jì)中極端重要的考慮因素。 基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)依賴于許多土體的要素， 如土的類型， 土壤的層

27、 理，土層的厚度和它的壓縮性， 以及地下水的狀態(tài)。 土壤很少有一個(gè)單一的成分。 它們 通常是不同厚度土層的混合物。 為了評(píng)估， 土壤被按照顆粒大小分為不同等級(jí)， 它們從 淤泥到粘土到砂到砂礫到巖石依次增加。 大體上，較大顆粒土的負(fù)載能力將會(huì)強(qiáng)于較小 的一些。最硬的巖石可以高達(dá)每平方英尺 100 噸（每平方米 976.5 公噸）的負(fù)載，但是 最軟的淤泥所能承受的負(fù)載只有每平方英尺 0.25 噸（每平方米 2.44 公噸）。所有表面 以下的土都處在受壓狀態(tài)中， 說(shuō)得更精確一些， 這些土承受與作用在其上的土柱重量相 等的壓力。 許多土（除了大多數(shù)的砂和礫石以外） 顯示出彈性性質(zhì)在荷載作用下受 壓變形

28、，當(dāng)荷載解除后可以回彈。 土壤的彈性常常依賴于時(shí)間， 也就是說(shuō)， 土的變形可 能發(fā)生在荷載作用后從數(shù)分鐘到數(shù)年的時(shí)間長(zhǎng)度上。 超過(guò)一個(gè)時(shí)段， 如果建筑物作用在 土體上的負(fù)載高于土的天然壓實(shí)重量， 它可能產(chǎn)生沉降。 相反地，如果建筑物作用在土 體上的負(fù)載小于土體的天然壓實(shí)重量， 它可能隆起。 土也可能在建筑物自重作用下產(chǎn)生 流動(dòng)，就是說(shuō)，它很容易被壓擠出。由于壓實(shí)和流動(dòng)效應(yīng)， 建筑物趨向于沉降。 例如比薩和博洛尼亞的斜塔， 不均勻沉 降能產(chǎn)生破壞效果建筑物可能傾斜， 外墻和隔墻可能產(chǎn)生裂縫， 窗戶和門可能夠變 得不起作用， 并且極端的情況是建筑物可能倒塌。 盡管在某些極端條件下， 像墨西哥城 的

29、情況，能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果， 但是不均勻沉降并不是那么嚴(yán)重。 過(guò)去 100年以來(lái)，那里 地下水水位的變化已經(jīng)使一些建筑物沉降超過(guò) 10英尺（ 3 米）。由于這種運(yùn)動(dòng)能發(fā)生 在施工工程中和其后，仔細(xì)分析在建筑物下土的行為顯得非常重要。土的巨大的可變性導(dǎo)致基礎(chǔ)問(wèn)題多樣的解決方法。 在地表附近存在堅(jiān)硬土?xí)r， 最簡(jiǎn) 單的解決方法是把柱放置在一個(gè)小的混凝土板上 （擴(kuò)展基底） 。土較軟的地方， 有必要 將柱荷載傳遞到一個(gè)較大的面積上， 在這種情況下， 則在整個(gè)建筑物底下采用連續(xù)的混 凝土板（筏或席） 。地表附近的土體不能承載建筑物重量時(shí)， 木制，鋼制或混凝土制樁 被打入以加固土體。建筑物的施工工程自然是從基礎(chǔ)

30、到上部結(jié)構(gòu)。 但是，設(shè)計(jì)工程則是從屋頂?shù)交A(chǔ) (沿 重力的方向)。過(guò)去，基礎(chǔ)不依照系統(tǒng)調(diào)查?？茖W(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的方法已經(jīng)在 20 世紀(jì)內(nèi)得 到發(fā)展。美國(guó) Karl Terzaghi 的先鋒研究，利用土力學(xué)和探測(cè)及測(cè)試程序技術(shù)，使精確 預(yù)報(bào)基礎(chǔ)的行為成為可能。 過(guò)去基礎(chǔ)的破壞， 像經(jīng)典的例子比薩斜塔， 已經(jīng)變得幾 乎不存在。然而，基礎(chǔ)仍然是許多建筑物一個(gè)隱而昂貴第四課 高層建筑大體上建筑施工工藝學(xué)方面已經(jīng)有許多進(jìn)步 , 在超高層的設(shè)計(jì)和施工上已經(jīng)取得 了驚人的成就。高層建筑早期的發(fā)展開(kāi)始于鋼結(jié)構(gòu)。 鋼筋混凝土和薄殼筒系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)濟(jì)而競(jìng)爭(zhēng)性地 被用于大量的住宅和商業(yè)目的的結(jié)構(gòu)。由于新型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的創(chuàng)新和發(fā)展

31、，現(xiàn)在從 50 到 100 層的高層建筑遍布全美國(guó)。更大高度的要求增加了梁柱的尺寸以使建筑物剛性更強(qiáng)， 以便在風(fēng)荷載作用下建筑 物將不會(huì)產(chǎn)生超過(guò)一個(gè)可接受限度的擺動(dòng)。 過(guò)度的側(cè)移可能導(dǎo)致隔墻， 天花板和其他建 筑細(xì)部的重復(fù)性損害。 此外，過(guò)度側(cè)傾可能使建筑物的居住者因?yàn)閷?duì)擺動(dòng)的知覺(jué)而導(dǎo)致 不便。鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)， 能充分利用整個(gè)建筑物固有潛在的勁性， 因而不需要 額外加勁以限制側(cè)傾。例如，在一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)中， 經(jīng)濟(jì)性由建筑物房屋面積每平方英尺鋼的全部平均數(shù)量來(lái) 定義。圖一中的曲線 A 采用層逐漸增加的數(shù)量表現(xiàn)傳統(tǒng)框架的平均單位重。 曲線 B 則表 現(xiàn)框架受到所有橫向荷載保護(hù)下的平均鋼重量。

32、上下邊界之間的間隙則表現(xiàn)傳統(tǒng)梁柱框 架為高度付出的額外費(fèi)用。結(jié)構(gòu)工程師已經(jīng)發(fā)展了可消除這一額外費(fèi)用的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。鋼結(jié)構(gòu)體系 。因?yàn)橐恍╊愋偷慕Y(jié)構(gòu)改革， 鋼高層建筑物得到了發(fā)展。 此改革被用于 辦公大樓和公寓的建造。帶有剛性帶式桁架的框架 。為了將一個(gè)框架結(jié)構(gòu)的外柱約束于內(nèi)部的垂直梁架 , 可 能在建筑物中部和頂部采用一個(gè)剛性帶式桁架的系統(tǒng)。 這一系統(tǒng)的最好例證是在密爾瓦 基的威斯康辛州第一銀行建筑物 (1974) ?？蚣芡搀w 。只有當(dāng)建筑物突出地面的所有的柱構(gòu)件能夠彼此連接使整個(gè)建筑物成為 一個(gè)空心筒體或一個(gè)勁性箱體時(shí)， 一幢高層建筑的整個(gè)結(jié)構(gòu)才能最有效。 這種特殊的結(jié) 構(gòu)體系第一次大概是用于芝

33、加哥的 43 層樓高的德威特栗木鋼筋混凝土公寓。而這一系 統(tǒng)最重要的應(yīng)用是紐約的 110 層樓高的世界貿(mào)易中心的鋼結(jié)構(gòu)雙塔。對(duì)角柱桁架支撐筒體 。建筑物的外柱可以被適當(dāng)?shù)姆指魠s仍能通過(guò)在梁柱中線處 交叉對(duì)角構(gòu)件連接使之作為一個(gè)筒體而共同工作。 這種簡(jiǎn)單而又極其有用的系統(tǒng)最早被 用于芝加哥的約翰漢考克中心，其僅僅使用了傳統(tǒng)的 40 層樓高建筑的用鋼量組合筒體（束筒） 。由于對(duì)更大更高的建筑物的持續(xù)需求，框架筒和對(duì)角柱桁架 支撐筒可能采用組合使用的形式以創(chuàng)造更大的筒，并仍可以保持高功效。芝加哥 110 層樓高的西爾斯瑞巴克總部有 9 個(gè)筒，由三排建筑物組合而成。 一些個(gè)別筒體終止在建 筑物不同的高

34、度，證明了無(wú)限建筑可能性的結(jié)構(gòu)觀念。 西爾斯塔高1450英尺（442m）, 是世界上最高的建筑。薄殼筒體系 。筒結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展提高了高層建筑抵抗側(cè)向力（風(fēng)和地震作用）和 飄移（建筑物的側(cè)向運(yùn)動(dòng)） 的能力。 薄殼筒使筒結(jié)構(gòu)體系有了進(jìn)一步的發(fā)展。 薄殼筒的 進(jìn)步是利用 （高層）建筑的外表面 （墻和板） 作為與框筒共同作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件， 為高層 建筑抵抗側(cè)向荷載提供了一個(gè)有效的途徑， 而且可獲得不設(shè)柱子， 節(jié)省成本， 使用面積 與建筑面積之比很高的室內(nèi)空間。由于薄殼表面的作用， 筒體的框架構(gòu)件數(shù)量減少，使得結(jié)構(gòu)更輕， 費(fèi)用更少。 所有標(biāo)準(zhǔn)柱和外墻托梁都采用標(biāo)準(zhǔn)型鋼， 使得組合構(gòu)件的使用和花費(fèi)最小化。

35、四周外墻托梁 的深度要求也被減少， 而且樓板上的頂梁對(duì)有用空間的占用會(huì)達(dá)到最小。 這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 已經(jīng)被使用于 54 層樓高的匹茲堡的梅隆銀行中心混凝土體系 。雖然采用鋼結(jié)構(gòu)建造的高層建筑開(kāi)始很早，但是鋼筋混凝土高層建 筑的快速發(fā)展在辦公大樓和公寓方面對(duì)鋼結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生了很大的挑戰(zhàn)?？蚣芡搀w 。由上面討論到的，高層建筑最早的框架筒體概念應(yīng)用于 43 層樓高的德 威特栗木公寓。在這一建筑物中，外柱以中心距為 5.5 英尺（ 168 米）的間隔排列，內(nèi) 柱則用于支撐 8 英寸厚的混凝土平板。筒中筒 。另一個(gè)用于辦公大樓的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系是將內(nèi)部框架筒體與傳統(tǒng)的 剪力墻工藝相結(jié)合。這種體系由間距很小的

36、柱子構(gòu)成的外框架筒與圍繞中心設(shè)備區(qū)的剛 性剪力墻內(nèi)筒組成。這種被稱為筒中筒的體系使設(shè)計(jì)目前世界上最高（ 714英尺或 218 米），總費(fèi)用只相當(dāng)于傳統(tǒng) 35層樓高的剪力墻結(jié)構(gòu)體系的輕型混凝土建筑（ 52層樓高 的休斯頓的殼廣場(chǎng)建筑）成為可能。結(jié)合混凝土和鋼的體系也得到發(fā)展，這方面的一個(gè)例子是由 Skidmore, Owings 和 Merrill 發(fā)展的復(fù)合體系。它是采用間距很小的混凝土外框架筒包圍鋼框架內(nèi)筒組成，因此兼有鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)。 在新奧爾良的一個(gè) 52 層樓高的殼廣場(chǎng)建筑 便是以這一體系為基礎(chǔ)。第五課 環(huán)境工程環(huán)境工程是有關(guān)由結(jié)構(gòu)， 機(jī)器，系統(tǒng)和人類的活動(dòng)引起的污染的一

37、個(gè)工程分支。 文 明的發(fā)展已經(jīng)引起許多地球生態(tài)系統(tǒng)的紊亂， 造成空氣，陸地和水的污染。 環(huán)境工程師 的責(zé)任不僅在于設(shè)計(jì)系統(tǒng)以緩和這一污染， 而且還需要教育人們保護(hù)他們周圍的環(huán)境 免受其他污染。環(huán)境工程的實(shí)踐被劃分為以下各種不同層次。水質(zhì)處理 。在許多情況下， 河流，湖泊和海洋已經(jīng)被由住宅， 商業(yè)， 和工業(yè)源點(diǎn)排 放的液態(tài)廢料污染。這些水體許多已經(jīng)由于 20 世紀(jì) 70年代的一次運(yùn)動(dòng)被開(kāi)墾裝配上新 的廢水處理設(shè)備并且一些舊的設(shè)備也得到了改良， 可以采用物理化學(xué)和生物學(xué)方法從液 態(tài)廢水中除去污染物。 有機(jī)物使河流和湖泊中的氧氣耗盡， 并因此導(dǎo)致魚類的死亡和有 毒的臭氣。物理化學(xué)和生物學(xué)工序可以取去

38、大量的有機(jī)物， 連同來(lái)自廢棄河流上漂浮的浮渣和 滑脂?；瘜W(xué)消毒可以使廢棄河流中的細(xì)菌， 病毒和原生生物鈍化。 物理化學(xué)方法用于除 去廢棄河川中的固體化學(xué)物， 所用的方法有過(guò)篩， 砂和砂礫分離，化學(xué)凝結(jié)和單純沉淀。 生物學(xué)方法有加菌濾渣，接觸塔和生物圈。這些處理方法應(yīng)用到住宅， 商業(yè)和工業(yè)廢水上， 已經(jīng)降低了許多河流， 湖泊和海洋 的污染程度。 然而，大部分地區(qū)存在著清理不完全的情況。 在許多其他地區(qū)的暴風(fēng)雨期 間發(fā)生未經(jīng)處理的衛(wèi)生廢污和大量廢水的無(wú)限制排放。 這些排放物來(lái)源于攜帶衛(wèi)生廢污 和大量垃圾的管道。 在暴風(fēng)雨期間， 陸地上的雜質(zhì)混合著管道里的衛(wèi)生廢污， 并且廢水 量超過(guò)了管道的承載量；

39、 在它能到達(dá)廢水處理設(shè)備前， 這一混合物的部分就流了最近的 水體。通常，建造一整套全新的分開(kāi)衛(wèi)生廢污的管道價(jià)格太昂貴。 但是，一些都市， 像 芝加哥，已經(jīng)開(kāi)始采用建造一個(gè)能在暴風(fēng)雨期間儲(chǔ)存大量流量的深地下隧道， 廢水可以 合理的速率進(jìn)出處理設(shè)備的系統(tǒng)來(lái)解決這一問(wèn)題。在那些廢水一定會(huì)進(jìn)入湖泊和干的河川的地方， 必須采用更高水平的處理措施， 包 括營(yíng)養(yǎng)物和膠質(zhì)物的除去。 物理化學(xué)和生物學(xué)處理方法被用于廢水的處理。 此外，在生 物方法處理后， 化學(xué)制品被用于營(yíng)養(yǎng)物的沉淀， 和緊接著固體殘留物的凝結(jié)和過(guò)濾。 在 一些情況下， 粒狀的活性碳或膜被用于廢棄河川的附加凈化。 因?yàn)槿魏慰梢?jiàn)的污染對(duì)水 域的形狀

40、產(chǎn)生的破壞 , 所以這種更高水平的處理是可取的。此外，這種處理還可以對(duì)水 域上由營(yíng)養(yǎng)物磷和氮引起的潛在的富營(yíng)養(yǎng)化效應(yīng)起防止作用。對(duì)于有廢水排放而下游又用于飲用水源的河流， 需要特別注意的不僅有廢污中有機(jī) 物的排除， 還有使微生物鈍化進(jìn)行的消毒程序。 還需要關(guān)心的是來(lái)自工業(yè)生產(chǎn)的有機(jī)化 學(xué)污染物或者沿河農(nóng)田使用的殺蟲劑和除草劑污染的河川世界上比較普遍的是對(duì)排入河川的廢水進(jìn)行間接的重復(fù)利用。 同時(shí)，只要排放物經(jīng) 過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚恚?并且有機(jī)化學(xué)污染物被消除， 也是可以被接受的。 比較不可接受的是直 接重復(fù)使用廢水作飲用的用途， 甚至是在高度處理之后。 最關(guān)心的則是疾病爆發(fā)的可能 性。但是，一些國(guó)家，像

41、以色列， 出于需要做試驗(yàn)， 在物理化學(xué)處理前通過(guò)在成熟作用 的地沼中長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存廢水來(lái)重復(fù)使用。 重復(fù)使用廢水， 緊接著進(jìn)行可取的處理， 再用于 農(nóng)作物的灌溉和為高爾夫課程澆水， 這種方法已經(jīng)變得相當(dāng)普遍和可接受， 尤其是在干 燥性氣候下。 此外，某些特定地區(qū)如那不勒斯， 佛羅里達(dá)和歐文， 加州, 已經(jīng)裝配雙重 的水系， 一方面處理過(guò)的廢水用于戶外住宅， 商業(yè)，以及消防用水等用途， 另一方面保 留高質(zhì)量的水用于潛在的需要。 在其他的情況， 大型工業(yè)產(chǎn)業(yè)直接從河川中取水用于工 業(yè)上的冷卻。廢水固體物質(zhì)處理 。從廢水中通過(guò)物理化學(xué)和生物學(xué)方法分離出來(lái)的有機(jī)和無(wú)機(jī)的 固體必須進(jìn)行脫水 ,采用生物和化學(xué)

42、方法使之穩(wěn)定 ,并且需掩埋在受約束的垃圾場(chǎng) , 焚燒 或者堆制成肥料。 有些固體不一定要脫水， 而是能直接應(yīng)用到陸地的一些環(huán)境， 接著是 生物穩(wěn)定過(guò)程。 可以舉出很多這樣的例子， 如在密爾瓦基， 威斯康辛州， 固體被加工作 肥料。不幸的是， 在世界的許多地方， 包括美國(guó)的東海岸， 固體廢物既不是再生作陸地也 不是焚燒作能源， 而是用船或者管道運(yùn)送到大海再直接向海水中傾卸。 我們希望這種做 法會(huì)被廢止，而焚化作能量供應(yīng)以及堆制成肥重復(fù)利用于土地將會(huì)代替海洋傾卸處理。 在固體廢物堆肥的地方，有毒的和重金屬必須在源點(diǎn)被除去。處理廢水中的固體廢物的方法有擠壓， 皮帶，離心分離機(jī)以及流化床火爐脫水。 已

43、 經(jīng)受到相當(dāng)注意的另外一種方法是容器堆肥。垃圾處理 。在陸地上的廢物和垃圾的不加選擇的傾卸已經(jīng)引起嚴(yán)重的污染問(wèn)題。 垃 圾處理可以控制在一個(gè)設(shè)計(jì)和操作很好的垃圾掩埋場(chǎng)， 而且這可能是特定的小社區(qū)的一 個(gè)適當(dāng)方法。 然而，在中型和大型社區(qū)用于垃圾處理的土地正在嚴(yán)重縮減， 而且垃圾堆 肥在陸地上的重復(fù)使用可能已經(jīng)被限制應(yīng)用。 對(duì)大多數(shù)社區(qū)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)似乎是垃圾的焚 化，通過(guò)燃燒有機(jī)材料來(lái)回收能量。 來(lái)自熱反應(yīng)堆以及廢水處理廠焚燒固體廢物的火爐 的空氣發(fā)生發(fā)射系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)成能防止化學(xué)品和微粒子空氣污染。 這些空氣發(fā)射系統(tǒng)包 括靜電沉淀和加力燃燒室。有害廢物處理 。不幸的是， 由于來(lái)自工業(yè)和商業(yè)活動(dòng)以及

44、公眾代辦站的長(zhǎng)期非法傾 卸和洗滌， 鄉(xiāng)間和地下水已經(jīng)變得混亂并且被污染。 來(lái)自傾卸處理地的廢物儲(chǔ)存容器的 去除必然地是個(gè)很慢的方法， 并且一個(gè)經(jīng)核準(zhǔn)的處理基地必須存在并發(fā)展。 被污染的土 壤和地下水的凈化是個(gè)更慢的方法， 凈化工藝必須被設(shè)計(jì)并實(shí)行。 例如，被有機(jī)化學(xué)物 污染的水應(yīng)慢慢從蓄水層中抽取，然后通過(guò)空氣脫膜或粒狀活性碳吸附作用除去污染 物。經(jīng)凈化后的水再回注入蓄水層， 這個(gè)工程則需要數(shù)年才能完成。 在一些情況下， 這 可能是不便的，因?yàn)檫@對(duì)那些必須使用這些地下水作飲用供給的社區(qū)， 會(huì)造成健康危害。空氣污染控制 。柴油驅(qū)動(dòng)的卡車和不受限制的汽油機(jī)使環(huán)境中廢煙增加， 工業(yè)煙囪 則帶來(lái)污染。

45、在美國(guó)， 1987 年環(huán)境保護(hù)組織出版的統(tǒng)計(jì)表顯示，每年有 磅（ 公斤） 的有毒化學(xué)品被釋放到空氣中， 當(dāng)一億人居住的時(shí)候， 其他的空氣污染物主要來(lái)自于汽 車，超過(guò)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)。 像洛杉機(jī)這樣的大城市的地方煙霧則由各社區(qū)的活動(dòng)引起。 在美國(guó) 中西部由工業(yè)煙囪排放的廢氣引起的酸雨降落在了東北部和加拿大的森林和湖泊上。雖然已經(jīng)做了很多空氣凈化的嘗試， 但是解決的行動(dòng)還是受到很大的限制。 工藝學(xué) 上可用于除去空氣中的顆粒物質(zhì)和化學(xué)污染物的方法是可用的 （例如多樣性火爐， 流化 床反應(yīng)堆以及究竟久經(jīng)考驗(yàn)的空氣發(fā)射技術(shù)），但是代價(jià)昂貴，并且過(guò)程緩慢。飲用管理 。安全高質(zhì)量的飲用水的可用性是現(xiàn)代文明中一個(gè)重要

46、的要素源點(diǎn)。通過(guò)撤回來(lái)自河川的飲用水的間接廢水利用是一個(gè)可行并且經(jīng)濟(jì)的供給社 區(qū)飲用水的方法， 特別是在濱水地區(qū)。 水必須經(jīng)過(guò)消毒處理以使微生物污染物鈍化， 還 必須進(jìn)行物理化學(xué)處理以除去有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物。其他的飲用水源是自然湖泊和水庫(kù)。它們往往優(yōu)于河水，并且它們可作多重用途， 如給排水和水力電氣的動(dòng)力。這些湖泊的部分區(qū)域的受限制的娛樂(lè)使用是很尋常的。地下的蓄水層是一個(gè)飲水的通常源點(diǎn)， 并且其質(zhì)量相當(dāng)高， 除了那些化學(xué)污染已經(jīng) 發(fā)生的地方。在世界的一些地區(qū)，蓄水層能被開(kāi)墾的地表水回灌。在世界許多地區(qū)的一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題是在低降水和降雪期間純凈飲水的短缺。 一場(chǎng)大 規(guī)模旱災(zāi)發(fā)生在 1989 年美國(guó)東

47、海岸的春天。在旱災(zāi)中出現(xiàn)水資源短缺的兩個(gè)原因是： 許多飲水供給系統(tǒng)沒(méi)有能計(jì)劃充分以應(yīng)對(duì)旱災(zāi)；相對(duì)低的水價(jià)使大量水被浪費(fèi)。質(zhì)量 。必須審慎選擇最純凈的水用于飲水，如地下水，泉水，或高地湖泊，然后 對(duì)其源點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)制性保護(hù)。 預(yù)防地下水的化學(xué)污染是極其重要的， 其可以通過(guò)明智的控 制地表水沿岸的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)。 湖泊能被用于娛樂(lè)及水源。 然而如此的混合應(yīng)用需要作很 好的計(jì)劃。供給水的凈化與分水嶺的規(guī)劃和控制一樣重要。 在源點(diǎn)質(zhì)量相當(dāng)好的地方， 化學(xué)消 毒，凝結(jié)，過(guò)濾就足夠了。 如果水是來(lái)自含泥量多并遭受有機(jī)物污染的河川供給， 則需 要額外的處理措施。 在20世紀(jì) 80年代，凈水工藝有了大幅的進(jìn)步。 臭氧

48、已經(jīng)成為一種 消毒劑的選擇， 因?yàn)樗菍?duì)細(xì)菌， 病毒和原生動(dòng)物消毒的最有效的消毒劑， 并且它不像 氯，當(dāng)水中存在有機(jī)物質(zhì)的時(shí)候， 它不會(huì)形成致癌副產(chǎn)物。 經(jīng)濟(jì)內(nèi)嵌或直接的過(guò)濾可以 用于凈化許多高地供給。 和臭氧結(jié)合， 這種方法對(duì)許多未過(guò)濾水供給是能適用的。 粒狀 的活性碳可以除去水中產(chǎn)生味道和氣味的物質(zhì)，并且能吸收有害的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)。對(duì)自來(lái)水污染最后的屏障是配水系統(tǒng)的小心管理。 化學(xué)制品能被添加到已凈化水中 以抵消系統(tǒng)的腐蝕狀態(tài)， 如此可大大減少鉛管系統(tǒng)接合處對(duì)鉛的濾去量。 而且水管能填 塞水泥砂漿并保持奔流以預(yù)防臟水。其他方面 。環(huán)境工程學(xué)可以用于區(qū)域性問(wèn)題的解決。變得富營(yíng)養(yǎng)化和藻類繁盛的

49、池塘和湖泊不能被用于娛樂(lè)， 并且這水如果被用于飲用可能是有害的。 海港處水的無(wú)差 別的處理和隨之發(fā)生的海灘污染能通過(guò)適當(dāng)?shù)囊?guī)則和強(qiáng)制執(zhí)行來(lái)預(yù)防。 最后，還必須發(fā) 展對(duì)景觀地廢物的最佳處理方法。第六課：取暖，通風(fēng)，和空調(diào)取暖，通風(fēng)，和空調(diào)系統(tǒng)是環(huán)境工程的主要方面，就最新的概念而言，他包括建筑 工程的所有方面： 比如說(shuō)給排水工程， 隔音工程及室內(nèi)布置工程。 環(huán)境工程的概念就標(biāo) 志著建筑的所有因素都有著內(nèi)在的聯(lián)系。 取暖可由照明設(shè)備提供， 舉個(gè)例子： 管道是影 響空調(diào)系統(tǒng)的重要因素，同時(shí)，它也能影響結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。雖然目前有條文對(duì)建筑的種種限制，但是這個(gè)科目還是被延伸到交通工具中，如： 大客車，飛機(jī)，輪

50、船，航天器和潛艇。這些都有著很高的特殊要求。取暖，通風(fēng)，和空 調(diào)系統(tǒng)在目前的背景下， 將被定義為控制一個(gè)封閉空間的環(huán)境這一普遍的關(guān)系。 除了使 人安逸的設(shè)備外， 許多工業(yè)進(jìn)程都依賴著一個(gè)穩(wěn)定的大氣層， 如此以來(lái)， 工程的分支則 覆蓋了一個(gè)相當(dāng)大的應(yīng)用范圍。 取暖系統(tǒng)涉及到提高溫度以達(dá)到高溫環(huán)境。 通風(fēng)系統(tǒng)則 涉及到提供新鮮空氣和抽出那些被污染或含有雜質(zhì)的空氣。 空調(diào)系統(tǒng)則包括了取暖和通 風(fēng)系統(tǒng)的功能， 而且還增加了降溫功能， 調(diào)節(jié)濕度和潔凈空氣， 過(guò)濾灰塵， 細(xì)菌和空氣 中的雜質(zhì)。在歷史上，人們生火在自己周圍取暖是最容易做到的， 而且無(wú)疑的是木材是最初的燃料 首先在洞穴中，由石器時(shí)代遺留下來(lái)的

51、爐邊可以說(shuō)明，后來(lái)就在泥土或是草地上生火。發(fā)現(xiàn)木炭可以由木材制得， 而且是一種無(wú)煙的燃料， 這被看作在適當(dāng)?shù)牡胤降囊粋€(gè) 簡(jiǎn)單的進(jìn)步，那些地方僅僅需要適度取暖，如中國(guó)，日本，以及地中海沿岸。另外一個(gè)進(jìn)展就是氣孔和煙窗的出現(xiàn)。 首先是在屋頂中央開(kāi)個(gè)簡(jiǎn)單的孔， 而后來(lái)則 連著壁爐，這種發(fā)明源于歐洲 13 世紀(jì)。煙和汽水將不再蔓延于生活空間。火爐在公元前 600 年在中國(guó)出現(xiàn)并使用。 它比壁爐更節(jié)省熱量。 火爐從俄羅斯傳到 德國(guó)和歐洲的大部分國(guó)家。 及到今天它還在被使用， 而且還是一家人的焦點(diǎn)地方。 火爐 有橫過(guò)大西洋進(jìn)入美國(guó)， 在那里，本杰明.富蘭克林于 1744年改進(jìn)發(fā)明設(shè)計(jì)， 但其先行 者卻是那

52、些傳統(tǒng)的大腹便便的火爐。將近于 18世紀(jì)末期，首先對(duì)壁爐進(jìn)行科學(xué)精制好像歸功于物理學(xué)家本杰明 . 湯姆生。 計(jì)算 rumford 。他的目的是在使用耐火粘土團(tuán)和使用罩蓋時(shí)提高明火的使用效率。 這兩 項(xiàng)設(shè)計(jì)減少了總的輻射熱量。 由于他的想法并沒(méi)有被接受， 而導(dǎo)致嚴(yán)重的燃料浪費(fèi)持續(xù) 至今。在燒火加熱的同時(shí)對(duì)外部空間加熱，這在現(xiàn)在被描敘為中央取暖系統(tǒng)，由希臘Lacedae monians發(fā)明，并且第一個(gè)使用到加熱樓板中。在城市Ephesus中的大神殿被認(rèn)為使用褐煤作為燃料，將暖氣通過(guò)氣孔導(dǎo)入地板中。雖然希臘人認(rèn)識(shí)到集中取暖的優(yōu)點(diǎn)，但是羅馬人才稱得上古代最偉大的供暖技師。 他們發(fā)明了獨(dú)特的火坑供暖系統(tǒng)

53、。 地板提升了底座，熱氣從熔爐中被導(dǎo)入地板下面空間。 暖氣通過(guò)埋在墻里的中空的赤陶導(dǎo)管。 這一系統(tǒng)在整個(gè)歐洲都可以找到， 可見(jiàn)當(dāng)時(shí)羅馬 文化的繁榮。 在意大利， 火坑供暖裝置僅僅應(yīng)用于浴室內(nèi)。 在涼爽的地方如英國(guó)， 則不 僅僅應(yīng)用于浴室，也用于起居室，和有時(shí)需要取暖的一些房間里。如此科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和精煉隨著羅馬帝國(guó)的衰弱和城市的毀滅而終止。 那些黑暗時(shí) 期似乎又回到了原始生活。 城堡和住宅使用那些如同原始人類一樣粗糙地取暖， 在通風(fēng) 良好的大廳的石板上用原木燃燒取暖。 依舊用龐大而沉重的獸皮保暖， 這樣持續(xù)了 1500 年后，舒適的羅馬的火坑供暖系統(tǒng)被重新發(fā)現(xiàn)并用于現(xiàn)代城市。在 18 世紀(jì)和

54、19 世紀(jì)初的工業(yè)革命出現(xiàn)了以蒸汽機(jī)作動(dòng)力。這也提供了新的取暖方法。最初用于工廠和磨坊。蒸汽在導(dǎo)管中輸送被大規(guī)模用于取暖而不僅限于工業(yè)需求， 還可以為學(xué)校，教堂，法院，議會(huì)大廳，甚至家庭和園藝的溫室提供暖氣。蒸汽表面非常燙，導(dǎo)致在空中有烘烤似的作用，常常伴有燃燒殘骸一般的異味，而 用熱水的優(yōu)點(diǎn)在于有一個(gè)比較低的表面溫度和比蒸汽更溫和一般的影響。它在 1830 年 被接受。第一套熱水取暖系統(tǒng)安裝在倫敦的新西大教堂醫(yī)院， 用這種方式取暖時(shí)， 熱水在低 壓下能不斷地流向主要的地方。 它利用散熱器， 對(duì)流暖爐， 插入地板及天花板的取暖系 統(tǒng)，用扇子將暖氣分配到不同的地方的方法。在 1831年，英格蘭人

55、 Jocob Perkins 獲得高壓熱水系統(tǒng)的革新方法的專利權(quán)。這 種系統(tǒng)就是通過(guò)一個(gè)卷成圈的連續(xù)循環(huán)的堅(jiān)固導(dǎo)管接收從暖氣爐的熱量， 運(yùn)輸水在一個(gè) 封閉的系統(tǒng)繞圈配置在建筑中， 在彎管中循環(huán)流動(dòng)。 這一系統(tǒng)獲得了相當(dāng)大的推廣。 盡 管它具有很高的溫度， 他的裝備比那些用于低壓設(shè)備中的大而重的鑄鐵導(dǎo)管相比顯得小 而整潔。高壓熱水的原理它已經(jīng)在一個(gè)現(xiàn)代的系統(tǒng)中復(fù)興， 它首先遍布?xì)W洲， 后來(lái)傳向 其他各地，主要用于工業(yè)取暖。大概直到 19 世紀(jì)才產(chǎn)生對(duì)封閉空間采取某種形式誘導(dǎo)通風(fēng)的需要。那時(shí)所建的集 會(huì)禮堂， 劇院，教堂要容納數(shù)百甚至數(shù)千人。 在工業(yè)中， 一些改良蒸汽的氣壓在汽油燈 工作間的磨坊中

56、作為動(dòng)力，來(lái)抵消那些增大的卻作廢的比例。礦井在最早時(shí)期的通風(fēng)技術(shù)是采用在其通風(fēng)口的最底部用暖氣爐燃燒。 而一些建筑 的最初通風(fēng)系統(tǒng)就起源于上敘方法。例如：重建于 1837年的倫敦New Houses國(guó)會(huì)廳。 會(huì)場(chǎng)的空氣排出便采用焦碳燃燒的方法。早高高的通風(fēng)口的最底部空間不停地保持燃 燒。那些保留哥特式建筑的外形特征的建筑卻不再使用通風(fēng)口。 新鮮空氣從河岸的通風(fēng) 口吸入而室內(nèi)空氣通過(guò)出風(fēng)口穿過(guò)國(guó)會(huì)大廳地板下的隧道而被導(dǎo)入泰吾士河中。雖然旋轉(zhuǎn)式的電扇早在 16世紀(jì)就發(fā)明了，但從 18世紀(jì)在工業(yè)中安裝了蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng) 風(fēng)扇以來(lái)，一直沒(méi)有找到一種方便的動(dòng)力供給，直到無(wú)所不在的電流的出現(xiàn)。壓力通風(fēng)系統(tǒng)是一種

57、早期通風(fēng)道中的蒸汽管加熱空氣把供熱和通風(fēng)結(jié)合起來(lái)的方 法。其壓力也是由蒸汽驅(qū)動(dòng)的鼓風(fēng)機(jī)提供。 熱空氣在壓力的作用下通過(guò)管道被運(yùn)輸?shù)浇?筑物的各個(gè)部位。學(xué)校，醫(yī)院和工廠都是采取這種方法取暖的。蒸發(fā)冷卻可能最初出現(xiàn)印度。 在那里人們把濕的草席掛在向風(fēng)一邊的空地上， 結(jié)果 可以冷卻至 11 到 17 攝氏度，席子可以手工保濕或在它上面穿孔， 這樣的系統(tǒng)利用了空 調(diào)的一個(gè)最基本的原理?！翱照{(diào)”這一專業(yè)名詞的出現(xiàn)歸功于 Stuart W.Cramer,他在1907年向美國(guó)棉花制 作商協(xié)會(huì)提交了一個(gè)關(guān)于紡織工廠濕度控制的論文。 控制紡織品的潮氣等同于在大氣中 增加水蒸氣,這很早就被認(rèn)為是空調(diào), 但它卻不是

58、。不過(guò)直到 1911 年,當(dāng) Willis Carrier 出版了他多年來(lái)的研究成果后,具有科學(xué)基礎(chǔ)的空調(diào)誕生了。從空調(diào)的發(fā)展歷史來(lái)看,從生產(chǎn)質(zhì)量到空調(diào)設(shè)備一步,在 19世紀(jì) 20年代大劇院, 大商場(chǎng),和辦公大樓上都安裝了空調(diào)設(shè)備。 空調(diào)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是顯著的。 空調(diào)的發(fā)展成為 一個(gè)主要的工業(yè)。不過(guò)我們期待更新的冷卻技術(shù)的出現(xiàn)。在 19 世紀(jì)末期,取暖和通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很大程度上是憑經(jīng)驗(yàn),科學(xué)方法的發(fā)展在 19 世紀(jì) 90 年代得到了改變, 一戰(zhàn)前,研究工作是由 Belin-Charlottenburg 大學(xué)和其它的 一些部門擔(dān)任。戰(zhàn)爭(zhēng)過(guò)后,許多國(guó)家都開(kāi)始了研究,尤其在聯(lián)合王國(guó),美國(guó),德國(guó),瑞 典和

59、法國(guó),所有的這些研究,使現(xiàn)代空調(diào)的影響不斷提高。第七課 橋梁橋梁是跨越如河流、山谷這樣障礙的一種建筑,從而提供交通便利,到目前為止, 大部分橋梁都是公路橋或鐵路橋。大量的高架橋于19世紀(jì)在歐洲建成,目的是保持其運(yùn)河中船舶的航行。 最小的一座橋在紐約市的肯尼迪機(jī)場(chǎng), 它主要是把滑行飛機(jī)拖到跑 道上服務(wù)的。人類建成的第一座橋類似于原始人在孤立地帶建成的。 早期人類的工具和建筑技術(shù) 如同原始人類一樣都是最初級(jí)的。他們只要經(jīng)過(guò)最少的加工和安裝即可建成。在森林里, 隨處可得結(jié)實(shí)的木材和圓木, 那時(shí)侯的橋極可能是由一根或并排的幾根圓木 建成,可能在其上覆一些木枝或草墊以方便行走。處于熱帶地區(qū)的印度、非洲、和南美洲纖維藤被用來(lái)建成懸索橋