伟大的土木工程

伟大的土木工程

土木工程（Civil Engineering）是建造各类工程设施的科学、技术和工程的总称。它有着社会性，综合性，实践性，技术、经济和艺术统一性，与我们的“衣、食、住、行”息息相关。土木工程的产物是每个人都必须与之接触，与之产生关系的。土木工程对每一个社会产业都有着至关重要的作用，在任何一个国家的国民经济中都占有举足轻重的地位。由此可见其的重要性与伟大。由于其的重要性伟大性，关系到人命、经济，这又给设计者、施工者提出了更高的要求。这样伟大的土木工程也在一次次的材料、结构、施工技术的革新中不断向前推进。材料、结构、施工技术的发展促进了土木工程的发展，土木工程的发展又向材料、结构、施工技术提出了新的要求，这是一个相互促进的过程。

制造衣服必须要有工厂，种植粮食就要兴建水利设施，舒适的生活要靠合理的住房提供，快速的通行要靠一流的交通硬件保障„„几乎我们的一切生活活动都要和土木工程打交道。说白了，我们人类的文明是活在土木工程中的。人类从一开始住在天然的洞穴，逐渐到搭草屋，到有一定技术的房屋(如西安半坡村房屋)，到砖瓦结构房屋（现还大量存在于中国的乡村中），到钢筋混凝土的高楼大厦，到钢结构、膜结构的种种建筑，高速公路，电气化铁路，海底隧道„„，土木工程每前进一步都意味着人类文明向前推进一大步。

土木工程的发展也为国家的经济繁荣作出了重大的贡献。水利工程的修建确保了粮食的生产，稳定了民生，给国家发展尊定一个和谐的大背景。水电站的修建则提供了大量的清洁能源，三峡大坝的构筑现已在能源、防洪减灾，灌溉等方面起到了至关重要的作用。道路、桥梁、隧道、机场、港口的建成则大大促进了物流交通运输的发展，是货物流通的重要硬件，我国的青藏铁路为西北大发展注入了强大的动力。城市的建筑群，公共设施则为城市的可持续发展提供了重要的硬件支持。反过来，经济的大繁荣又促进土木工程的发展，法国埃菲尔铁塔，美国布鲁克林大桥，马来西亚吉隆坡石油双塔大厦，日本青海隧道，我国上海明珠电视塔、北京鸟巢水立方、广州小蛮腰（新电视塔），都是繁荣经济的产物，是一代人的见证。 可以说，土木工程是关系到人们的生命财产的，所以工程师的责任巨大。多个世纪来，苏格兰的钟岩一直是船只的葬身之地，工程师史蒂文森冒着生命危险在涨潮时可被海水淹没的钟岩上筑起了钟岩灯塔，使船只从此有了指路明灯。当美国花旗大厦的设计人发现其设计有着致命缺陷时，大厦可能会被飓风拦腰吹断，他没有为了个人声誉以隐瞒，而是立即进行补救。米高梅大厦火灾，上海“11·15”特大火灾，九·一一世界贸易中心大厦钢结构的失效，唐山大地震后的那一片废墟„„都时刻警醒着我们土木工程绝对与人们生命财产密切联系着。所以设计工程师们在结构设计除了必须做到：（1）结构承受荷载后的内力（土N,M,V,Mt）≦结构的承载力（2）结构承载荷载后的变形（挠度，侧移，沉陷）≦变形的允许值，还要考虑各种外力影响，各种突发事故，各种不可预料极端外部环境等等，再在此基础上建成实用、美观、经济的工程。

土木工程是依赖于材料与结构的，要想建成安全、可靠、实用、美观、经济的工程就要在材料结构上下功夫。建筑材料包括很多：木材、竹材、石材、水泥、混凝土、金属、砖瓦、陶瓷、玻璃、塑料、沥青、复合材料等。结构有：生土结构、木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构、钢-混凝土组合结构、索结构和索-膜结构网架结构、悬架式结构、薄壳结构、薄膜充气结构等等。材料与结构都是不断发展的，它们又是相互促进的。

古代，人们只能依靠泥土、木料及其它天然材料从事营造活动，所以木结构和生土结构是那时的宠儿。距今6000年的半坡村时期已有了聚落和半穴居式的生土建筑，而古代大量宫殿、庙宇、民居建筑采用的是抬梁式木结构。但木结构毕竟跨度有限，用材甚多，不利于保护自然。所以采用胶合木代替整体木做成的结构有着诱人的发展前景。近年来，美国相继建成直径为153m\152m及208m的胶合木圆顶建筑就是很好的证明。

而古代砌体结构建筑的成就是辉煌的。埃及的胡夫金字塔、古希腊的巴台农神殿、古罗马的万神殿、法国巴黎圣母院，中国明代灵谷寺。以上古代砌体多采用石块作材料。到现代，新材料运用，如在砌体砂浆层中配置钢筋，多孔砖，高强砖砌体，配筋混凝土块材等等，使现代砌体结构得以发展。

混凝土及钢的发明无疑是土木工程上的一个里程碑，是建筑材料的一次飞跃，也由此催生了许多新结构，特别是高层，大跨度结构。混凝土的可模性、整体性、刚性均较好，体内能按受力需要配置钢筋等优点，可用于各种受力结构（如板、梁、柱等），做成各种结构体系（如墙体结构体系、框架结构体系、薄壳结构体系等），建造各种建筑（如住宅建筑、公共建筑、商用建筑）。高层建筑、巨型大跨度建筑、海洋工程建筑、原子能工程建筑等都可以采用混凝土结构。所以混凝土结构实质上已成为现代工程建设中的主要结构型式。马来西亚吉隆坡的石油双塔大厦、朝鲜平壤柳京大厦，中国广州的中信广场等是世界混凝土结构的代表。而钢结构则由于重量轻，塑性韧性好，制造简便、强度大等优点而在现代重要建筑中得到广泛应用，如美国芝加哥的 Sears Tower,John Hancock Building，香港汇丰银行大楼。在钢结构中，网架，桁架、悬索、索-膜、充气等适应大跨度屋盖的结构型式近年来发展迅速，其中的索结构、索-膜结构可充分利用钢材的优点，用料经济，能跨越很大的跨度，施工方便，外形多样，造型美观，成了现代大跨度建筑的新宠儿。混凝土和钢组合——钢-混凝土组合结构使两种材料取长补短，取得良好的技术经济效果。其中代表性建筑物有中国台北金融大厦( 目前世界最高建筑物)、上海金茂大厦、香港中国银行大厦等。在桥梁工程中，钢和混凝土更是得到广泛应用，梁式桥、刚架桥、斜拉桥、悬索桥飞越各大深谷、大河、海峡，极大改善了交通运行。

现在，经济的高速发展，城市用地供求紧张，生活需求、商业聚集，建筑工程项目会向更高更深方向发展，摩天大厦、地铁等标志性工程应运而生。为适应城市开发、水上通航、海上跨越的需要，桥梁的跨度越来越大，道路要适应更高速的交通工具，这使建筑项目向着更快方向发展。为了迎合工程项目更高更深更快方向的发展，建筑材料也必须走向高性能、多品种和组合利用的方向。而且现在都提倡可持续绿色发展，建筑更要求节能、生态、节地，而这就要求开发更新的材料，设计更优的结构，势必促进材料、结构的大发展。

土木工程为人类的文明经济作出了重大的贡献。土木工程历史悠久却不显苍老，反而因为材料结构的不断创新而青春焕发。其是一门既古老又年轻的综合性学科，需要我们年轻一代为之奋斗，给其注入新鲜的血液。