土木工程概論知識點

土木工程概論知識點?一、土木工程的定義與范圍土木工程是指一切和水、土、文化有關(guān)的基礎建設的計劃、建造和維修。它涵蓋的范圍極為廣泛，包括房屋建筑工程、道路與橋梁工程、隧道與地下工程、巖土工程、水利水電工程等。從房屋建筑來看，無論是住宅、商業(yè)建筑還是工業(yè)廠房，都屬于土木工程的范疇。這些建筑需要考慮結(jié)構(gòu)安全、功能布局、建筑美觀等多方面因素。道路與橋梁工程則致力于建設各種等級的公路、城市道路以及跨越江河湖海的橋梁。道路要滿足車輛行駛的順暢性和安全性，橋梁要承受自身重量、車輛荷載以及各種自然因素的作用。隧道與地下工程涉及到地下鐵道、地下商場、地下停車場以及穿山隧道等的建設。它需要解決地下空間的開挖、支護、防水等一系列技術(shù)難題。巖土工程主要研究巖土體的工程性質(zhì)以及在工程活動中的表現(xiàn)，包括地基處理、邊坡穩(wěn)定、基坑工程等，確保工程的穩(wěn)定性和安全性。水利水電工程包括水庫、大壩、水電站、灌溉渠道等設施的建設，對于合理利用水資源、防洪、發(fā)電等起著關(guān)鍵作用。二、土木工程的發(fā)展歷程1.古代土木工程古代土木工程有著悠久的歷史。早在遠古時期，人們?yōu)榱硕惚茱L雨和野獸，開始建造簡單的住所，如洞穴、草棚等。隨著時間的推移，逐漸發(fā)展出了較為復雜的建筑形式。埃及金字塔是古代土木工程的杰出代表之一。它采用巨大的石塊建造而成，展現(xiàn)了當時高超的石材加工和砌筑技術(shù)。金字塔的建造需要精確的測量、組織和施工，反映了古埃及人在土木工程方面的卓越成就。中國古代的萬里長城也是舉世聞名的土木工程壯舉。它綿延萬里，跨越多個省份，工程規(guī)模宏大。長城的修建不僅起到了防御外敵的作用，還展示了中國古代在建筑材料、結(jié)構(gòu)設計和施工組織方面的智慧。古代的橋梁建筑同樣令人贊嘆。例如，中國的趙州橋，它是世界上現(xiàn)存最早、保存最完善的古代敞肩石拱橋。趙州橋的設計巧妙，采用了獨特的拱券結(jié)構(gòu)，能夠承受較大的荷載，并且在一千多年的歷史中歷經(jīng)多次洪水和地震的考驗，依然屹立不倒。2.近代土木工程隨著工業(yè)革命的到來，土木工程進入了近代發(fā)展階段。鋼鐵和水泥等新型建筑材料的出現(xiàn)，為土木工程帶來了革命性的變化。1851年，英國倫敦建造了水晶宮。這座建筑采用了鑄鐵和玻璃作為主要材料，展現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)在建筑領域的應用。水晶宮的跨度巨大，內(nèi)部空間開闊，其建造標志著近代建筑技術(shù)的重大突破。鐵路工程在近代得到了迅猛發(fā)展。1825年，世界上第一條鐵路在英國正式通車。鐵路的出現(xiàn)極大地改變了人們的出行方式和物資運輸方式，推動了經(jīng)濟的快速發(fā)展。同時，鐵路橋梁、隧道等工程技術(shù)也不斷進步。這一時期，高層建筑也開始逐漸興起。1885年，美國芝加哥建成了第一座具有現(xiàn)代意義的高層建筑家庭保險大樓。它采用了框架結(jié)構(gòu)，解決了高層建筑的結(jié)構(gòu)承載問題，為現(xiàn)代高層建筑的發(fā)展奠定了基礎。3.現(xiàn)代土木工程進入現(xiàn)代，土木工程技術(shù)得到了飛速發(fā)展。計算機技術(shù)、材料科學、力學理論等多學科的交叉融合，為土木工程帶來了前所未有的機遇。超高層建筑不斷涌現(xiàn)。例如，迪拜的哈利法塔，高度達到了828米，成為世界上最高的建筑。建造這樣的超高層建筑需要解決一系列復雜的技術(shù)問題，如高強度結(jié)構(gòu)材料的研發(fā)、風荷載和地震作用下的結(jié)構(gòu)響應分析、高效的施工技術(shù)等。大跨度橋梁技術(shù)取得了巨大進步。懸索橋、斜拉橋等新型橋梁結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新。如日本的明石海峽大橋，是世界上最大跨度的懸索橋，主跨達到了1991米。這些大跨度橋梁的建設需要精確的風洞試驗、先進的施工設備和技術(shù)，以確保橋梁的穩(wěn)定性和安全性。地下工程領域也有了新的突破。城市地鐵網(wǎng)絡不斷擴展，盾構(gòu)法、礦山法等地下工程施工技術(shù)日益成熟。同時，地下空間的綜合利用也越來越受到重視，如建設地下商業(yè)街、地下停車場等。三、土木工程的材料1.結(jié)構(gòu)材料鋼材鋼材具有強度高、韌性好、可焊性強等優(yōu)點，是土木工程中廣泛應用的結(jié)構(gòu)材料。在建筑結(jié)構(gòu)中，鋼材常用于制作梁、柱、桁架等主要承重構(gòu)件。例如，在高層鋼結(jié)構(gòu)建筑中，鋼梁和鋼柱承受著巨大的豎向和水平荷載，鋼材的高強度能夠有效減輕結(jié)構(gòu)自重，提高建筑的空間利用率。同時，鋼材的韌性使其在地震等自然災害發(fā)生時能夠吸收能量，減少結(jié)構(gòu)破壞的風險。常見的鋼材品種有碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼等。根據(jù)工程需求，選擇合適的鋼材型號和規(guī)格，以確保結(jié)構(gòu)的安全可靠。木材木材是一種天然的結(jié)構(gòu)材料，具有質(zhì)輕、強度較高、加工方便等特點。在建筑中，木材常用于制作門窗、屋架、木樓梯等。由于木材具有良好的保溫隔熱性能，在一些對室內(nèi)環(huán)境要求較高的建筑中，如木屋別墅，木材被廣泛應用。同時，木材的紋理美觀，能夠為建筑增添獨特的藝術(shù)氛圍。然而，木材的耐久性相對較差，容易受到腐朽、蟲蛀等影響。因此，在使用木材時，需要進行防腐、防蟲處理，以延長其使用壽命。混凝土混凝土是土木工程中最常用的材料之一。它由水泥、砂石、水和外加劑按一定比例配制而成。混凝土具有成本低、可塑性強、耐久性好等優(yōu)點。在建筑結(jié)構(gòu)中，混凝土可以澆筑成各種形狀和尺寸的構(gòu)件，如梁、板、柱、基礎等。通過合理設計混凝土的配合比，可以滿足不同工程的強度和耐久性要求。例如，在大體積混凝土基礎施工中，需要控制混凝土的水化熱，防止因溫度變化產(chǎn)生裂縫。同時，高性能混凝土的研發(fā)和應用，進一步提高了混凝土的強度和耐久性，滿足了一些特殊工程的需求。2.墻體材料磚磚是傳統(tǒng)的墻體材料，種類繁多，常見的有粘土磚、頁巖磚、煤矸石磚等。磚具有一定的強度和保溫隔熱性能，砌筑方便。在過去，粘土磚大量使用，但由于其對土地資源的消耗較大，現(xiàn)在逐漸被限制使用。頁巖磚和煤矸石磚等新型磚材，利用工業(yè)廢料或自然資源，具有環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點，得到了廣泛應用。磚墻體在建筑中起到分隔空間、圍護結(jié)構(gòu)的作用，同時還能起到一定的保溫、隔熱、隔音效果。砌塊砌塊是近年來發(fā)展較快的墻體材料，如混凝土砌塊、加氣混凝土砌塊等?；炷疗鰤K強度較高，加氣混凝土砌塊則具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能好等特點。加氣混凝土砌塊常用于框架結(jié)構(gòu)的填充墻，能夠有效減輕建筑物的自重，提高建筑的節(jié)能效果。同時，砌塊墻體施工速度快，能夠提高工程效率。墻板墻板包括預制混凝土墻板、金屬墻板、玻璃幕墻等。預制混凝土墻板具有工業(yè)化生產(chǎn)、質(zhì)量穩(wěn)定、安裝速度快等優(yōu)點，常用于裝配式建筑。金屬墻板具有自重輕、防水、防火、美觀等特點，常用于工業(yè)建筑和一些現(xiàn)代風格的建筑外墻。玻璃幕墻則以其通透、美觀的特點，廣泛應用于高層建筑的外立面，不僅能提升建筑的外觀形象，還能改善室內(nèi)采光和通風條件。3.防水材料卷材防水材料卷材防水材料包括瀝青防水卷材、高聚物改性瀝青防水卷材和合成高分子防水卷材等。卷材防水材料具有良好的柔韌性和防水性能，能夠適應不同形狀和部位的防水要求。在屋面防水工程中，卷材防水材料被廣泛應用。施工時，將卷材鋪設在基層上，通過熱熔或粘貼等方式使其與基層緊密結(jié)合，形成連續(xù)的防水層。例如，SBS改性瀝青防水卷材具有良好的耐高溫和低溫性能，適用于各種氣候條件下的屋面防水。涂料防水材料涂料防水材料是一種液態(tài)的防水材料，涂刷在基層表面后能夠形成一層連續(xù)的防水膜。涂料防水材料具有施工方便、可形成各種形狀的防水層等優(yōu)點。常見的涂料防水材料有丙烯酸防水涂料、聚氨酯防水涂料等。在地下室防水、衛(wèi)生間防水等工程中，涂料防水材料應用較為廣泛。通過多遍涂刷，可以確保防水層的厚度和質(zhì)量，有效防止?jié)B漏。密封材料密封材料用于填充建筑物的縫隙、孔洞等部位，防止雨水、空氣等滲漏。密封材料包括硅酮密封膠、聚氨酯密封膠等。在門窗安裝、屋面接縫、衛(wèi)生間潔具與地面接縫等部位，都需要使用密封材料。密封材料具有良好的粘結(jié)性、彈性和耐候性，能夠長期保持密封效果，確保建筑物的防水性能。四、土木工程的結(jié)構(gòu)形式1.混合結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)是指由兩種或兩種以上不同材料組成的結(jié)構(gòu)體系。常見的混合結(jié)構(gòu)有磚混結(jié)構(gòu)和鋼混結(jié)構(gòu)。磚混結(jié)構(gòu)磚混結(jié)構(gòu)是指用磚墻、鋼筋混凝土樓板層、鋼屋架或木屋架等組成的房屋結(jié)構(gòu)。磚墻是主要的豎向承重構(gòu)件，承受著屋頂、樓板傳來的荷載，并將其傳遞到基礎。磚混結(jié)構(gòu)具有造價低、施工簡單等優(yōu)點，適用于層數(shù)較少的住宅、辦公樓等建筑。但由于磚墻的強度相對較低，其抗震性能較差，一般適用于抗震設防烈度較低的地區(qū)。鋼混結(jié)構(gòu)鋼混結(jié)構(gòu)是指鋼筋混凝土構(gòu)件與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。例如，在高層建筑中，下部采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，上部采用鋼結(jié)構(gòu)。鋼混結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和鋼結(jié)構(gòu)的高強度、輕質(zhì)等優(yōu)點，能夠有效減輕結(jié)構(gòu)自重，提高建筑的抗震性能和空間利用率。適用于對結(jié)構(gòu)性能要求較高的建筑，如大型商場、酒店等。2.框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)由梁和柱通過節(jié)點連接而成，形成空間骨架體系。梁承受樓板傳來的豎向荷載，并將其傳遞給柱；柱則將荷載傳遞到基礎?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具有建筑平面布置靈活、空間較大等優(yōu)點，適用于教學樓、辦公樓、商場等建筑。其缺點是側(cè)向剛度較小，在水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移較大。為了提高框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，可以設置柱間支撐、剪力墻等抗側(cè)力構(gòu)件，形成框架支撐結(jié)構(gòu)或框架剪力墻結(jié)構(gòu)。3.剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)是利用建筑物的墻體作為承受豎向荷載和抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)體系。剪力墻一般為鋼筋混凝土墻體，厚度較大，具有較高的抗側(cè)剛度。剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大，在水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移較小，抗震性能好。適用于高層建筑，尤其是住宅建筑。剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點是建筑平面布置相對不靈活，墻間距較小，影響室內(nèi)空間的使用。4.框架剪力墻結(jié)構(gòu)框架剪力墻結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)的基礎上，設置一定數(shù)量的剪力墻而成?？蚣苤饕惺茇Q向荷載，剪力墻主要承受水平荷載。這種結(jié)構(gòu)形式結(jié)合了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，既具有建筑平面布置靈活的特點，又具有較好的抗震性能和較大的側(cè)向剛度。適用于多功能的高層建筑，如商住樓、寫字樓等。5.筒體結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)是指由一個或多個筒體作為主要抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系。筒體可以分為實腹筒、框筒、桁架筒等。實腹筒一般由鋼筋混凝土墻體構(gòu)成，具有較高的抗側(cè)剛度。框筒是在框架結(jié)構(gòu)的基礎上，通過在周邊布置密集的柱和梁形成的筒體。桁架筒則是由空腹桁架組成的筒體。筒體結(jié)構(gòu)適用于超高層建筑，能夠有效承受巨大的豎向和水平荷載，為建筑提供強大的抗側(cè)力。例如，美國的芝加哥西爾斯大廈就是典型的筒體結(jié)構(gòu)建筑。五、土木工程的施工技術(shù)1.基礎工程施工技術(shù)淺基礎施工淺基礎包括獨立基礎、條形基礎、筏板基礎等。獨立基礎施工時，首先進行基坑開挖，然后綁扎鋼筋、支模板，最后澆筑混凝土。條形基礎施工類似，在基槽內(nèi)進行鋼筋綁扎和模板支設，注意控制基礎的寬度和高度。筏板基礎則是大面積的混凝土基礎，施工時要采用分層澆筑、振搗的方法，確?；炷恋拿軐嵭?。淺基礎施工過程中，要注意基坑的排水，防止積水影響基礎質(zhì)量。同時，要保證鋼筋的數(shù)量、規(guī)格和間距符合設計要求，模板的支撐牢固，以確?；A的尺寸和形狀準確。深基礎施工深基礎包括樁基礎、沉井基礎等。樁基礎施工方法多樣，常見的有打入樁、灌注樁等。打入樁是通過錘擊、靜壓等方式將預制樁打入地下。灌注樁則是在現(xiàn)場鉆孔，然后放入鋼筋籠，澆筑混凝土形成樁體。沉井基礎是先在地面制作鋼筋混凝土井筒，然后通過挖土使其下沉到設計標高，最后封底并澆筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)。深基礎施工技術(shù)要求較高，施工過程中要嚴格控制樁的垂直度、樁長、沉井的下沉速度和方向等參數(shù)，確?；A的承載能力和穩(wěn)定性。2.混凝土工程施工技術(shù)混凝土攪拌混凝土攪拌是將水泥、砂石、水和外加劑等按一定比例混合均勻的過程。攪拌設備有自落式攪拌機和強制式攪拌機等。自落式攪拌機適用于攪拌塑性混凝土，通過物料的自由下落和相互碰撞達到攪拌目的。強制式攪拌機則適用于攪拌干硬性混凝土和輕骨料混凝土，它通過葉片的強制攪拌作用，使物料更均勻地混合。在攪拌過程中，要嚴格控制原材料的計量精度，確?；炷僚浜媳葴蚀_。同時，要根據(jù)混凝土的坍落度要求，合理調(diào)整攪拌時間，以保證混凝土的和易性?；炷吝\輸混凝土運輸要保證混凝土的均勻性和坍落度損失在允許范圍內(nèi)。常見的運輸方式有混凝土攪拌車運輸和混凝土輸送泵運輸?；炷翑嚢柢囋谶\輸過程中要保持攪拌筒的慢速轉(zhuǎn)動，防止混凝土離析?；炷凛斔捅脛t通過管道將混凝土輸送到澆筑地點，適用于長距離和高度較大的混凝土澆筑工程。在運輸過程中，要注意防止混凝土受到日曬、雨淋，避免混凝土坍落度損失過大或出現(xiàn)離析現(xiàn)象?；炷翝仓炷翝仓耙獧z查模板、鋼筋、預埋件等是否符合要求，并做好澆筑準備工作。澆筑時要注意分層澆筑、振搗密實。對于梁、板等構(gòu)件，要從一端向另一端推進澆筑，同時用振搗棒振搗，使混凝土充滿模板，排除氣泡。對于大體積混凝土澆筑，要采取分層澆筑、分層振搗、控制澆筑速度和溫度等措施，防止混凝土出現(xiàn)裂縫?；炷翝仓瓿珊螅皶r進行養(yǎng)護，保持混凝土表面濕潤，防止混凝土因水分蒸發(fā)過快而出現(xiàn)干裂。養(yǎng)護時間根據(jù)混凝土的類型和環(huán)境條件而定，一般不少于7天。3.鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)鋼結(jié)構(gòu)制作鋼結(jié)構(gòu)制作包括鋼材的矯正、切割、焊接、組裝等工序。鋼材矯正主要是消除鋼材的變形，使其符合設計要求。切割方法有氧氣切割、等離子切割等。焊接是鋼結(jié)構(gòu)制作的關(guān)鍵工序，要選擇合適的焊接材料和焊接工藝，確保焊接質(zhì)量。焊接完成后要進行焊縫探傷檢測，檢查焊縫是否存在缺陷。組裝時要按照設計圖紙將各個構(gòu)件準確拼接在一起，控制好構(gòu)件的尺寸和