学报论文发表论建筑材料的发展对土木工程的影响

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2015-03-24 15:33 热度:

   摘 要:对土木工程的发展起关键作用的,首先是作为工程物质基础的土木建筑材料;二是钢材的大量应用;三是混凝土的出现和使用。从未来发展方向来看,钢结构符合我国建筑产业化和可持续发展的要求,是我国现代化建筑发展的必然趋势。

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  土木工程是指一切和水、土、文化有关的基础建设的计划、建造和维修的统称。一般的土木工程项目包括:道路、水务、渠务、防洪工程及交通等。

  土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的,它所建造的工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌,因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。而建造工程设施的物质基础是土地、建筑材料、建筑设备和施工机具。借助于这些物质条件,经济而便捷地建成既能满足人们使用要求和审美要求,又能安全承受各种荷载的工程设施,是土木工程学科的出发点和归宿。

  对土木工程的发展起关键作用的,首先是作为工程物质基础的土木建筑材料,其次是随之发展起来的设计理论和施工技术。每当出现新的优良的建筑材料时,土木工程就会有飞跃式的发展。从历史来看,建筑材料的发展促进了土木工程的三次飞跃式发展。

  一、砖和瓦的出现和使用是土木工程的第一次飞跃

  人们在早期只能依靠泥土、木料及其他天然材料从事营造活动。大致在新石器时代,原始人为避风雨、防兽害,利用天然的掩蔽物,例如山洞和森林作为住处,并逐渐使用简单的木、石、骨制工具,伐木采石,以粘土、木材和石头等,模仿天然掩蔽物建造居住场所,开始了人类最早的土木工程活动。随着生产力的发展,农业、手工业开始分工。中国在公元前十一世纪的西周初期制造出瓦,最早的砖出现在公元前五世纪至公元前三世纪战国时的墓室中。砖和瓦具有比土更优越的力学性能,可以就地取材,而又易于加工制作,使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。

  砖和瓦的出现使人们开始广泛地、大量地修建房屋和城防工程等。由此土木工程技术得到了飞速的发展。直至18~19世纪,在长达两千多年时间里,砖和瓦一直是土木工程的重要建筑材料,为人类文明作出了巨大贡献,甚至在目前还被广泛采用。在构造方面,形成木构架、石梁柱、券拱等结构体系;在工程内容方面,有宫室、陵墓、庙堂,还有许多较大型的道路、桥梁、水利等工程。如中国在西周时代已出现陶制房屋版瓦、筒瓦、人字形断面的脊瓦和瓦钉,解决了屋面防水问题。砖和瓦的出现,使土木工程材料由天然材料进入了人工生产阶段,为较大规模建造土木工程创造了基本条件。

  二、钢材的大量应用是土木工程的第二次飞跃

  十七世纪70年代开始使用生铁、十九世纪初开始使用熟铁建造桥梁和房屋,这是钢结构出现的前奏。于是适应发展需要的钢结构得到蓬勃发展。除应用原有的梁、拱结构外,新兴的桁架、框架、网架结构、悬索结构逐渐推广,出现了结构形式百花争艳的局面。

  建筑物跨径也从砖结构、石结构、木结构的几米、几十米发展到钢结构的百米、几百米,直到现代的千米以上。于是在大江、海峡上架起大桥,在地面上建造起摩天大楼和高耸铁塔,甚至在地面下铺设铁路,创造出前所未有的奇迹。

  为适应钢结构工程发展的需要,在牛顿力学的基础上,材料力学、结构力学、工程结构设计理论等就应运而生。施工机械、施工技术和施工组织设计的理论也随之发展,土木工程从经验上升成为科学,在工程实践和基础理论方面都面貌一新,从而促成了土木工程更迅速的发展。

  三、混凝土的出现和使用是土木工程的第三次飞跃

  十九世纪20年代,波特兰水泥制成后,混凝土问世了。十九世纪中叶以后,钢铁产量激增,随之出现了钢筋混凝土这种新型的复合建筑材料,其中钢筋承担拉力,混凝土承担压力,发挥了各自的优点。二十世纪初以来,钢筋混凝土广泛应用于土木工程的各个领域。

  从三十年代开始,出现了预应力混凝土。预应力混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力,大大高于钢筋混凝土结构,因而用途更为广泛。土木工程进入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史时期。混凝土的出现,给建筑物带来了新的经济、美观的工程结构形式,使土木工程产生了新的施工技术和工程结构设计理论。这是土木工程的又一次飞跃发展。

  由此可见,建筑材料的发展对土木工程的发展影响巨大,预计随着新型建筑材料的蓬勃发展和未来对建筑的多方面要求,必然引起土木工程的再次飞跃发展。

  四、从建筑材料发展看土木工程的发展趋势

  现代土木工程的特点是:适应各类工程建设高速发展的要求,人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密、设备现代化的建筑物。既要求高质量和快速施工,又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题,并推动土木工程这门学科不断发展。

  随着建筑需求的提高,大量高强轻质的新材料不断出现。比如铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)已开始应用。而对提高钢材和混凝土的强度和耐久性,也已取得显著成果,而且还仍继续进展。

  目前,钢结构发展迅速。与传统的钢筋混凝土结构相比,钢结构由于本身的自重较轻,强度较高,在经历震动时不仅不会发生太大的位移变形,反而还可以削弱地震波,从根本上确保了建筑的安全性。而且钢结构承载力高、密闭性好、节能减排、绿色环保,同时钢结构比传统结构更易拆除且用料省、回收利用率高,外围墙体也多用环保材料如防火涂料、节能砖等,因此降低了钢铁污染所带来的高风险。另外,由于钢结构的自身优势,其多用于超高层、超大跨度的建筑中,不但拓展了人们的生存空间,提高了人们的生活质量,也缓解了人多地少的矛盾,符合可持续发展的理念,是名副其实的绿色建筑。

  从总体上说,钢结构建筑代表了未来的建筑发展新模式,体现了绿色环保、舒适美观、布局独特、抗震性能优良等理念,符合我国建筑产业化和可持续发展的要求,是我国现代化建筑发展的必然趋势。

  参考文献:

  [1]叶志明主编.《土木工程概论》,高等教育出版社,上海大学

  [2]《新型建筑材料》,1999年第七期,清华大学土木工程系主办

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