第三章土木工程

第三章土木工程 3.1 土木工程概述 3.1.1 土木工程的概念土木工程是建造各类工程设施的科学技术总程。土木工程是工程的分科，指用砖、瓦、石灰、砂、石、水泥、钢材、木材、铝合金等建筑材料修建房屋、铁路、道路、桥梁、隧道、运河等工程的生产活动。 3.1.2 土木工程的发展土木工程的发展历史源远流长，土木工程早就出现在人类的实践活动之中。从土木工程的定义可以看出，只要人类存在，土木工程就存在，只要人类发展，土木工程就会继续向前发展。按照时间界划分，土木工程经历了古代、近代和现代三个历史阶段。

3.1.2 土木工程的发展 1.古代土木工程（1）西方古代建筑成就简述欧洲古典建筑是以石材为建筑材料的其代表有：雅典卫城罗马大角斗场

3.1.2 土木工程的发展 凡尔赛宫花园意大利维琴察圆厅别墅

3.1.2 土木工程的发展 （2）我国古代建筑成就故宫长城

3.1.2 土木工程的发展 2.近代土木工程近代土木工程建筑时间可定为16世纪至20世纪中期，这期间许多学者为土木工程的发展做出了理论方面的贡献，同时人们在建筑结构设计和建筑材料上也有了重大的认识和突破，如：钢建筑结构和混凝土的出现等。这些都为现代土木工程的发展注入了强大的推动力。埃菲尔铁塔

3.1.2 土木工程的发展 3.现代土木工程现代土木工程建筑的时间起点可定为20世纪中业。这一阶段，随着科学技术的发展，人类文明的进步，土木工程开始和高新技术相结合，并取得了长足的发展。取得的成就有以下几个方面（1）房屋方面。台北的101大厦，芝加哥西尔斯大厦，香港中环广场等迪拜大楼（2）高速铁路建设方面。日本于1964年建成时速高达210km的新干线高速铁路。1988年，上海至嘉定全长15.9km的高速公路。2011年，京沪高铁全线开通京沪高铁

3.1.2 土木工程的发展 （3）大高坝方面。世界著名的胡佛大坝，坝型为重力拱形，坝高131m，世界第一，装机200万kw. 三峡大坝（4）大跨度空间结构方面。北京奥运会国家体育馆“鸟巢”，是世界最大跨度的钢结构建筑之一。鸟巢

3.1.2 土木工程的发展 （5）桥梁方面厄尔松海峡桥，连接瑞典和丹麦，总长16km,是世界最长的公路铁路两用斜拉桥：奥克兰港湾大桥，全长1079km，有8条平行车道，是新西兰唯一的港口桥。奥克兰港湾大桥（6）海底隧道方面英法海底隧道，于1987年开工，横跨英吉利海峡最窄处，使英伦三岛与欧洲大陆连为一体。英法海底隧道

3. 2 土木工程的类型 3. 2 土木工程的类型土木工程的类型众多，主要包括建筑工程、桥梁工程、公路与城市道路工程、铁路工程、隧道工程、水利工程、港口工程、海洋工程、给水和排水工程，以及环境工程。 3.2.1 建筑工程建筑工程一般是指兴建建筑物和构筑物的勘察、规划、设计、施工和设备调试等工作的总称。建筑物又称建筑，例如工业建筑、民用建筑、农业建筑和园林建筑等。构筑物指房屋以外的工程建筑，如围墙、道路、水坝、隧道、水塔、桥梁和烟囱等。

3.2.1 建筑工程 2.常用的结构材料（1）砖指常用的砌筑材料。标准砖的规格为240mm×115mm×53mm包括10mm厚灰缝，其长宽厚之比为4：2：1 （2）砌块它是利用混凝土，工业废料（炉渣、粉煤灰等）或地方材料制成的人造块材。（3）混凝土它是以水泥作为胶凝材料，以砂子石子作为粗细骨料和水按照适当比例配合、搅拌成的搅拌物。

3.2.1 建筑工程 （4）钢材钢材是铁和碳的合金，在常温下能经受较大的冲击力和载荷，具有良好的塑形和韧性。（5）木材它是最早用于建造房屋的材料，是古老建筑材料之一。

3.2.1 建筑工程 2.主要构件类型 • 板 • 梁 • 柱 • 拱

3.2.1 建筑工程 一、板 • 概述：平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常水平放置，但有时也斜向设置(如楼梯板)或竖向设置(如墙板)。一般应用于楼板、屋面板、基础板、墙板等。楼板屋板基础板墙板

3.2.1 建筑工程 2.板的分类： • 按平面形式：方形板、矩形板、圆形板及三角形板 • 按截面形式：实心板、空心板、槽形板 • 按所用材料：木板、钢板、钢筋混凝土板、预应力板等 • 板按受力形式：单向板和双向板 • 单向板：板上的荷载沿一个方向传递到支承构件 • 双向板：板上的荷载沿两个方向传递到支承构件

3.2.1 建筑工程 • 矩形板，当其为两边支承时为单向板；当有四边支承时，板上的荷载沿双向传递到四边，为双向板。 • 特例：当板的长边L1比短边L2长很多时（规定L1/L2≥2）,四边支承板仍认为是单向板 • 原因：板上的荷载主要沿短边方向传递到支承构件上，沿长边传递的荷载不超过 6％，可忽略不计

3.2.1 建筑工程 二、梁 • 梁是工程结构中的受弯构件，通常水平放置，有时也斜向设置以满足使用要求，如楼梯粱。梁的截面高度与跨度之比一般为l／8～1／16， • 深梁：高跨比大于1／4的梁（高层建筑常用） • 扁梁：梁宽大于梁高（用的较少，视工程需要） • 变截面梁：梁的高度沿轴线变化

3.2.1 建筑工程 梁的分类 • 按截面形式：矩形梁、T形梁、倒T形梁、L形梁、Z形梁、槽形梁、箱形梁、空腹梁、叠合梁等。矩形梁花篮梁 T形梁

3.2.1 建筑工程 梁的分类 • 按所用材料：钢梁、钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、木梁以及钢与混凝土组成的组合梁等

3.2.1 建筑工程 梁的分类 • 按梁的常见支承方式：简支梁、悬臂梁、连续梁等

3.2.1 建筑工程 梁的分类 • 梁按其在结构中的位置：主梁、次梁、连梁、圈梁、过梁等。

3.2.1 建筑工程 3、柱 • 柱是工程结构中主要承受压力、有时也同时承受弯矩的竖向构件。 • 按截面形式：方柱、圆柱、管柱、矩形柱、工字形柱、H形柱、L形柱、十字形柱、双肢柱、格构柱

3.2.1 建筑工程 柱的分类 • 按所用材料：石柱、砖柱、砌块柱、木柱、钢柱、钢筋混凝土柱、劲性钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱和各种组合柱

3.2.1 建筑工程 4.拱 • 拱为曲线结构，主要承受轴向压力，广泛应用于拱桥，在建筑中应用较少，其典型应用为砖砌门窗圆形过梁，亦有拱形的大跨度结构。

3.2.1 建筑工程 拱的分类 • 拱按铰数可分为三铰拱(图a)、无铰拱(图b)、双铰拱(图c)、带拉杆的双铰拱(图d)。

3.2.1 建筑工程 关于建筑按层数的划分包括单层建筑、多层建筑、超高层建筑，每种建筑都有纷繁复杂的机构形式，建筑形象的实现需要结构的支撑，这里不再详细介绍，同学们会在“土木工程概论”这门专业课中“建筑工程”这一章中学习到这方面的知识，下面提供几幅图片，以供同学们了解。薄壳结构的悉尼歌剧院索膜结构的迪拜阿拉伯塔酒店

3.2.1 建筑工程 筒体结构示例芝加哥西尔斯大厦（成束筒）框支剪力墙结构示例北京兆龙饭店

3. 2 土木工程的类型 3.2.2 桥梁工程桥梁工程是指桥梁的勘测、设计、施工、养护和检验等工作过程。以及研究这一过程的科学和工程技术。桥梁工程在整个国民经济中占有很重要的地位，发展交通运输，建立现代化的交通网，发展国家经济离不开桥梁的建设。桥梁的分类如下表所示

3. 2 土木工程的类型 3.2.2 桥梁工程梁式桥刚架桥：广州虎门珠江大桥无背斜拉桥：阿拉米罗大桥斜拉桥：武汉天兴洲长江大桥

3. 2 土木工程的类型 3.2.3 公共与城市道路工程交通运输是国民经济的命脉，是经济发展的支柱产业，交通的发展伴随着人类社会的发展，在某种程度上是人类社会文明发展的缩影。到了现代，交通的发展已经成为经济发展的重要因素。 1.公路的分类公路按照各自在公路网中的地位与作用分为： 1.国家干线公路（国道）:在国家公路网中，具有全国性政治，经济，国防意义的道路并确定为国家干线的公路。 2.省干线公路（省道）：在省公路网中，具有全省政治，经济，国防意义的道路并确定为省级干线的公路。 3.县公路（县道）：具有全县政治，经济，国防意义的道路并确定为省级干线的公路。 4.乡公路（乡道）：主要为乡村生产、服务并确立为乡级的公路。 5.专业公路：为企业或其他单位提供运输服务的道路。

3.2.3 公共与城市道路工程 2.公路的分级 1.高速公路2.一级公路3.二级公路4.三级公路5.四级公路 3.路面的等级 1.高级：沥青混凝土面或水泥混凝土路面。 2.次高级：沥青灌入或路面式沥青碎石路面。 3.中级：沙石路面。 4.低级：泥结碎石或土路。

3.2.3 公共与城市道路工程 值得一提的是，长安大学道路与铁道工程学科经过五十年的建设与发展，已成为我国公路交通科学研究和高层次人才培养的重要基地。 2009年国家授予长安大学以沙爱民为带头人的公路工程系列课程国家级教学团队，确定了其在公路交通方面“领头羊”的位置。团队长期以来主要承担《路基路面工程》、《道路建筑材料》、《道路勘测设计》、《基础工程》等系列理论课程和实践环节的教学工作。其中《路基路面工程》被评为国家级精品课程，《道路建筑材料》和《基础工程》被评为省级精品课程。有兴趣的同学可以登录“长安大学公路学院”网站，查找相关的资料，以供学习使用。 http://highway.chd.edu.cn/

3. 2 土木工程的类型 3.2.4 铁路工程铁路由线路、路基和轨道组成。为了完成铁路运输的客货运任务和进行行车作业，并保证各项作业安全，应修建和设置不同的线路。高速铁路指列车营运速度达到200km\h以上，或专门修建新的“高速新线”，使列车营运速度达到250km\h以上的铁路系统。高速铁路不仅需要科学技术的支持，而且他还能推动科学技术进步和发展。2011年京沪高铁正式开通。最高时速高达300km\h. 京沪高铁

3. 2 土木工程的类型 3.2.5 隧道工程隧道是一种修建在掩体、土体或者水底的地下工程建筑物。在人类漫长的历史中，地下空间为人类提供了防御自然和抵御外敌入侵的保护场所。公路隧道铁路隧道海底隧道

3. 2 土木工程的类型 3.2.6 水利工程我国水资源比较丰富，河流纵横，可开发的水利资源还是很多的。但是水资源的地域分布极不均匀。为了更好的利用水资源，就要兴建水利工程。水利工程包括排水灌溉工程、防洪工程、水利发电工程、港口航道工程及跨流域调水工程。三峡大坝

3. 2 土木工程的类型 3.2.7 港口工程港口工程是土木工程的重要分支之一，是兴建、扩建或改建港口所需工程设施的工程技术活动。天津港

3. 2 土木工程的类型 3.2.8 海洋工程海洋工程是指以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，新建或扩改建的与海洋有关的设施的总称。 3.2.9 给水排水工程给水排水工程是一门应用很广泛的学科，他是以与城市水的输送、净化及水资源保护与利用有关的理论与技术为主要内容，与城市、城镇建设、工业生产、环保和人民生活密切相关的重要学科。 3.2.10 环境工程环境工程是研究和从事防治环境污染和提高环境质量的科学技术，它同生物学中的生态学、医学中的环境卫生学和环境医学，以及环境物理学和环境化学有关。

3. 3 土木工程施工 本节将介绍施工组织设计的一些基本内容，在以后的专业课学习中，学校还要开设“施工技术与组织”这门课（教材：《土木工程施工》，中国建筑业出版社），从这门课中同学们可以学到详细具体的施工组织设计的专业技能，为同学们的专业课体系增砖添瓦。世博园施工现场

3. 3 土木工程施工 看似杂乱无章的施工现场中的活动都在施工组织设计的的“指挥下”有条不紊的进行着。土木工程施工组织设计中一些因素例如：施工方案的选择、施工平面设计是否合理、施工进度计划的是否被严格执行、资源需求量计划是否到位以及施工组织的优化都影响着工程造价各部分的确定。因此一个好的施工组织设计是形成理想工程造价的必要条件。鸟巢施工现场

3. 3 土木工程施工 3.3.1 土木工程施工组织设计的概念施工组织设计是指对即将拟建的工程项目，在开工前针对工程本身的特点和具体情况，按照工程要求对所需要的施工劳力、材料、机具和临时设施，通过科学计算，精心比较及合理安排后而编制出的一套在时间上和空间上都合理的施工战略部署文件。

3. 3 土木工程施工 3.3.2 土木工程施工组织设计的分类

3. 3 .3土木工程施工组织设计的内容 土木工程施工组织设计的内容一.施工组织总设计 5.施工总平面图施工组织总设计包括： 4.各项资源需要量计划 1.工程概况及施工条件分析 3.施工总进度计划 2.施工部署

施工组织总设计 一.工程概况及施工条件分析工程概况包括：1.工程的性质和规模；2.建设单位、设计单位、监理单位；3.功能和用途，生产工艺概要；4.项目系统的构成；5.建设概算总投资，主要建安工程量，建设工期目标；6.规划建筑设计特点；7.主要工程结构类型；8.设备系统的配置与性能等。施工条件分析，主要包括：1.施工合同条件：如开竣工时间目标，工程质量标准及验收办法，工程款支付与结算方式等：2.现场条件：如水文地质及气象条件，周围地上、地下建筑物、构筑物、道路管线等情况，场外交通运输、物料运输条件，施工期间可临时利用的旧建筑物、构筑物及设施：3.法规条件：如施工噪音，渣土运输与堆放的限制，交通管制，消防保安要求等。

施工组织总设计 二.施工部署 1、确定工程开展程序根据建设项目总目标的要求，确定合理的各项工程总开展程序，是关系到整个建设项目能否迅速建成的重大问题，也是施工部署中组织施工全局生产活动的战略目标，在确定施工开展程序时，主要考虑以下几点： 1.在保证工期的前提下分批分期施工。2.一般情况下应按先地下、后地上，先深后浅，现干线后支线的原则进行安排。3.应注意已完工程的生产或使用和在建工程的施工互不妨碍。4.应考虑季节对施工的影响等等。

施工组织总设计 二.施工部署 2、主要工程施工方案的拟定主要内容包括确定施工工艺流程、选择大型施工机械和主要施工方法。在明确施工项目管理体制、机构的条件下，划分各参与施工单位的工作任务，明确总包与分包的关系，建立施工现场统一的组织领导机构及职能部门，确定综合的和专业化的队伍，明确各单位间的分工协作关系及施工要求，划分施工阶段。 3、组织安排和任务分工

施工组织总设计 二.施工部署 4、全场性施工准备工作计划 1.做好土地征用、民居拆迁和现场障碍物拆除工作；2.安排好场内外运输、施工用主干道、水电气主要来源及其引入方案；3.安排好场地平整方案和全场性排水防洪；4.安排好生产生活基地建设；5.安排好建筑材料、成品、半成品的货源和运输、储存方式；6.按照建筑总平面图要求，做好现场控制网测量工作；7.组织项目采用的新结构、新材料、新技术试制和实验工作；8.做好工人上岗前的技术培训工作及冬季施工所需的特殊准备工作。

施工组织总设计 三.施工总进度计划施工总进度计划是以拟建项目交付使用时间为目标确定的控制性施工进度计划，是施工现场各项施工活动在时间上的体现。它根据施工部署的要求，合理确定每个交工系统及其单项工程的控制工期、它们之间的顺序和搭接关系，从而确定施工现场上劳动力、材料、施工机械、成品、半成品的需要量和调配情况。

施工组织总设计 三.施工总进度计划 1、施工总进度计划的编制方法和步骤（1）列出工程项目一览表并计算工程量：首先根据项目的特点划分项目,项目划分不宜过细，通常按照分批分期投产顺序和工程开展顺序列出，并应突出主要工程项目，一些附属项目可以合并列出，然后估算主要项目的实物量。可按照初步设计图纸并根据定额手册或有关资料计算工程量，常用的定额资料有：a.万元、十万元投资工程量、劳动力及材料消耗扩大指标。b.概算指标或扩大结构定额。C.标准设计或已建房屋、构筑物的资料。d除房屋外，还必须确定主要的全工地性的工程的工程量。

施工组织总设计 三.施工总进度计划（2）确定各单位工程的施工期限：要考虑到建筑类型、结构特征、施工方法、施工技术等因素。（3）确定各单位工程的开竣工时间和相互搭接关系。（4）施工总进度计划的编制：以上各项工作完成后，即可着手编制施工总进度计划。可采用横道图法或网络图表达施工总进度计划。

施工组织总设计 三.施工总进度计划 2、施工准备工作计划的编制主要施工准备工作计划通常以表格形式表示，如下表主要施工准备工作计划表

施工组织总设计 四.各项资源需要量计划它根据工程量汇总表、施工准备工作计划、施工总计度计划、概（预）算定额和有关经验资料，分别确定出每个单项工程专业工种的劳动量工日数、工人数和进场时间。劳动力需要量各项资源需要量计划它是组织材料和预制品加工、订货、运输、确定堆场和仓库的依据。主要材料和预制品需要量计划施工机具和设备需要量计划施工机具和设备需要量计划是确定施工机具、设备进场、施工用电量和选择变压器的依据。它根据施工部署、施工方案、施工总进度计划、主要工种工程量和机械台班产量定额而确定。

第三章 土木工程