土木工程概论讲义.ppt

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1、土木工程概论上海大学：姚文娟上海大学：姚文娟 Wednesday,July 9,2025Wednesday,July 9,2025土木工程概论讲授要义土木工程概论讲授要义本课程本课程为土木工程专业本科学习的引领为土木工程专业本科学习的引领 本课程本课程为土木工程后续专业课程之纲为土木工程后续专业课程之纲本课程本课程为土木工程各专业课程连接之纽带为土木工程各专业课程连接之纽带一、收集资料一、收集资料资料应反映经典案例资料应反映经典案例 （反映时代印记、反映结构特点）（反映时代印记、反映结构特点）（反映时代印记、反映结构特点）（反映时代印记、反映结构特点）意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔 塔高塔高 5

2、4.5 m，1173 年开年开工兴建，因伽利略在此实验万工兴建，因伽利略在此实验万有引力定律而久负盛名，有引力定律而久负盛名，1987 年已列被入年已列被入世界文化遗产目世界文化遗产目录录。斜塔可近似看作由砌体形斜塔可近似看作由砌体形成的筒中筒结构，整体性好，成的筒中筒结构，整体性好，刚度大，故斜而不倒。上世纪刚度大，故斜而不倒。上世纪末已对塔基进行了全面加固。末已对塔基进行了全面加固。在在巨巨型型桁桁架架平平面面内内还还设设置置若若干干吊吊杆杆，将将楼楼层层荷荷载载通通过过巨巨型型桁桁架架斜斜杆杆传传给给角角柱柱。使使角角柱柱承承担担几几乎乎全全部部重重力力荷荷载载，增增强强了了巨巨型型桁桁

3、架架的的抗抗倾倾覆能力。覆能力。地面以上地面以上 70 层，楼高层，楼高 315 m(层顶天线高层顶天线高 367.4 m)香港中国银行大厦香港中国银行大厦巨型桁架巨型桁架 充充分分体体现现了了巨巨型型桁桁架架体体系系的的结结构构优优越越性性，建建筑筑上上形形成成多棱形晶体的独特造型多棱形晶体的独特造型 建建筑筑方方案案由由著著名名美美藉藉华华人人建建筑筑师师贝贝聿聿铭铭先先生生构构思思设设计计。大大楼楼内内的的主主体体结结构构为为八八榀榀巨巨型型桁桁架架，其其中中四四榀榀沿沿房房屋屋正正方方形平面的周边布置，另四榀沿对角线方向布置。形平面的周边布置，另四榀沿对角线方向布置。平面平面 52 m

4、52 52 m52 m m，四角为型钢，四角为型钢立柱，底部最立柱，底部最大截面尺寸为大截面尺寸为 4.8 m4.1m4.8 m4.1m，直接深入基础，直接深入基础，向上逐渐减小向上逐渐减小截面。截面。资料应反映最新进展资料应反映最新进展苏通大桥（苏通大桥（苏通大桥（苏通大桥（2008200820082008年通车）年通车）年通车）年通车）跨径为跨径为跨径为跨径为1088108810881088米，是当今世界跨径最大的斜拉桥米，是当今世界跨径最大的斜拉桥米，是当今世界跨径最大的斜拉桥米，是当今世界跨径最大的斜拉桥资料应反映新的发展理念资料应反映新的发展理念 深水港位于杭州湾口，长江口外的浙江省

5、深水港位于杭州湾口，长江口外的浙江省嵊泗嵊泗列岛，由大小洋山数十个岛列岛，由大小洋山数十个岛屿组成的海域。是中国首个在海岛建设的港口。屿组成的海域。是中国首个在海岛建设的港口。20202020年，洋山港集装箱深水泊位年，洋山港集装箱深水泊位5050多个，设计年吞吐能力多个，设计年吞吐能力15001500万标准箱以上；万标准箱以上；通过跨海大桥与上海交通运输网络连接港口前沿水深通过跨海大桥与上海交通运输网络连接港口前沿水深17.517.5。结构形式为高桩码头。结构形式为高桩码头。洋山深水港一期工程洋山深水港一期工程新的发展理念新的发展理念新的发展理念新的发展理念 新型结构新型结构新型结构新型结构

6、 新兴问题新兴问题新兴问题新兴问题 前沿研究前沿研究前沿研究前沿研究向深海发展向深海发展向深海发展向深海发展 软土很厚，填海造路软土很厚，填海造路软土很厚，填海造路软土很厚，填海造路 高回填土高回填土高回填土高回填土超长桩超长桩超长桩超长桩-竖向及水平力、负摩阻力竖向及水平力、负摩阻力竖向及水平力、负摩阻力竖向及水平力、负摩阻力高回填土下的非刚性挡土墙高回填土下的非刚性挡土墙高回填土下的非刚性挡土墙高回填土下的非刚性挡土墙 深水航道、海口（河口）建水工结构深水航道、海口（河口）建水工结构深水航道、海口（河口）建水工结构深水航道、海口（河口）建水工结构嵌入式的薄壳结构嵌入式的薄壳结构嵌入式的薄壳

7、结构嵌入式的薄壳结构使学生在初年级学习阶段就使学生在初年级学习阶段就使学生在初年级学习阶段就使学生在初年级学习阶段就了解本学科的一些前沿研究了解本学科的一些前沿研究了解本学科的一些前沿研究了解本学科的一些前沿研究二、如何组织教学二、如何组织教学有不同的讲法可以这样讲，也可以那样讲有不同的讲法可以这样讲，也可以那样讲按章节顺序传统、知识全面、平淡按章节顺序传统、知识全面、平淡 （如讲稿如讲稿 建筑工程建筑工程）案例引领法直观、感性（详见六、案例）案例引领法直观、感性（详见六、案例）不论如何讲，教学思想不变不论如何讲，教学思想不变三、如何把握课程内容三、如何把握课程内容1、常规的课程内容建筑工程建

8、筑工程建筑工程建筑工程-基本构件、单层与多层建筑、高层与超高层建筑、基本构件、单层与多层建筑、高层与超高层建筑、基本构件、单层与多层建筑、高层与超高层建筑、基本构件、单层与多层建筑、高层与超高层建筑、结构设计的基本理论与方法结构设计的基本理论与方法结构设计的基本理论与方法结构设计的基本理论与方法港口工程港口工程港口工程港口工程-港口分类、港口规划与布置、码头建筑、防波堤、港口分类、港口规划与布置、码头建筑、防波堤、港口分类、港口规划与布置、码头建筑、防波堤、港口分类、港口规划与布置、码头建筑、防波堤、护岸建筑护岸建筑护岸建筑护岸建筑水利水电工程水利水电工程水利水电工程水利水电工程-农田水利工程

9、水电工程、防洪工程、水利农田水利工程、水电工程、防洪工程、水利农田水利工程、水电工程、防洪工程、水利农田水利工程、水电工程、防洪工程、水利（综合）枢纽（综合）枢纽（综合）枢纽（综合）枢纽桥梁工程桥梁工程桥梁工程桥梁工程-桥梁的分类、桥梁工程的总体规划和设计要点、桥梁的分类、桥梁工程的总体规划和设计要点、桥梁的分类、桥梁工程的总体规划和设计要点、桥梁的分类、桥梁工程的总体规划和设计要点、桥梁的结构形式、桥墩与桥台、桥梁技术的发展方向桥梁的结构形式、桥墩与桥台、桥梁技术的发展方向桥梁的结构形式、桥墩与桥台、桥梁技术的发展方向桥梁的结构形式、桥墩与桥台、桥梁技术的发展方向基础工程基础工程基础工程基

10、础工程-工程地质勘查、浅基础、深基础、不均匀沉降问题、工程地质勘查、浅基础、深基础、不均匀沉降问题、工程地质勘查、浅基础、深基础、不均匀沉降问题、工程地质勘查、浅基础、深基础、不均匀沉降问题、地基处理地基处理地基处理地基处理2 2、在常规内容基础上，有侧重面，有主有次、在常规内容基础上，有侧重面，有主有次（）视各学校土木专（）视各学校土木专业的设置情况业的设置情况如上海大学为建筑工如上海大学为建筑工程为主程为主（）毕业后在哪些部门工作（工作性质），（）毕业后在哪些部门工作（工作性质），以后的职业生涯、定向以后的职业生涯、定向 如成为工程师、科研工作者、教师等如成为工程师、科研工作者、教师等、注

11、意广度和深度的关系、注意广度和深度的关系注意讲基本概念、宏观的、扩展知识。注意讲基本概念、宏观的、扩展知识。比如：只讲构件的形式与特点，而不能讲构件的详比如：只讲构件的形式与特点，而不能讲构件的详细计算；细计算；只讲建筑的结构类型应用范围与特性，而不能讲结只讲建筑的结构类型应用范围与特性，而不能讲结构的详细受力分析构的详细受力分析易犯的错误深易犯的错误深四、如何讲授四、如何讲授、注意学生的特点（刚进校）、注意学生的特点（刚进校）（）对专业的未知与茫然（）对专业的未知与茫然 介绍专业，注意讲一些经典介绍专业，注意讲一些经典的、现代的标志性工程，引入专业兴趣的、现代的标志性工程，引入专业兴趣 三峡

12、大坝三峡大坝三峡大坝三峡大坝位于湖北省宜昌市三斗坪中堡岛，位于湖北省宜昌市三斗坪中堡岛，位于湖北省宜昌市三斗坪中堡岛，位于湖北省宜昌市三斗坪中堡岛，是当今世界上最大的水利枢纽工程。是当今世界上最大的水利枢纽工程。是当今世界上最大的水利枢纽工程。是当今世界上最大的水利枢纽工程。阿联酋迪拜塔阿联酋迪拜塔阿联酋迪拜塔阿联酋迪拜塔预计完工时间为预计完工时间为预计完工时间为预计完工时间为2009200920092009年年年年12121212月月月月20202020日，日，日，日，2009200920092009年年年年1 1 1 1月达到其最终设计高度月达到其最终设计高度月达到其最终设计高度月达到其最

13、终设计高度818m818m818m818m 都江堰水利工程由鱼都江堰水利工程由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口引水口三大主体工宝瓶口引水口三大主体工程和百丈堤、人字堤等附程和百丈堤、人字堤等附属工程构成。科学地解决属工程构成。科学地解决了江水自动分流、自动排了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题。沙、控制进水流量等问题。鱼嘴是修建在江心的鱼嘴是修建在江心的分水堤坝，把汹涌的岷江分水堤坝，把汹涌的岷江分隔成外江和内江，外江分隔成外江和内江，外江排洪，内江引水灌溉。飞排洪，内江引水灌溉。飞沙堰起泻洪、排沙和调节沙堰起泻洪、排沙和调节水量的作用。水量的作用。上海环球金融

14、中心上海环球金融中心上海环球金融中心上海环球金融中心高高高高492492492492米，米，米，米，101101101101层层层层都江堰都江堰都江堰都江堰2、利用土木专业的优势建筑物无处不在、利用土木专业的优势建筑物无处不在逐渐引入专业如建筑工程进入基本构件逐渐引入专业如建筑工程进入基本构件3、注意本课程的教学目的以及与后续课程的联系注意本课程的教学目的以及与后续课程的联系 尽量把本学科四年要学的基础、专业基础及尽量把本学科四年要学的基础、专业基础及尽量把本学科四年要学的基础、专业基础及尽量把本学科四年要学的基础、专业基础及专业课程乃至毕业设计等知识全部融入，使学生专业课程乃至毕业设计等知识

15、全部融入，使学生专业课程乃至毕业设计等知识全部融入，使学生专业课程乃至毕业设计等知识全部融入，使学生对本专业从认识清楚到热爱，并知道后续课程在对本专业从认识清楚到热爱，并知道后续课程在对本专业从认识清楚到热爱，并知道后续课程在对本专业从认识清楚到热爱，并知道后续课程在本专业中的相关作用、意义。（详见六案例教学）本专业中的相关作用、意义。（详见六案例教学）本专业中的相关作用、意义。（详见六案例教学）本专业中的相关作用、意义。（详见六案例教学）4、注意大土木各专业之间的交叉、注意大土木各专业之间的交叉大土木各个专业方向之间的相同点、连贯关系与不同点大土木各个专业方向之间的相同点、连贯关系与不同点特

16、别是不同的难点、特点特别是不同的难点、特点特别是不同的难点、特点特别是不同的难点、特点相同均基于力学基础相同均基于力学基础相同均基于力学基础相同均基于力学基础不同工程背景、目的、功能不同不同工程背景、目的、功能不同不同工程背景、目的、功能不同不同工程背景、目的、功能不同-导致工程问题导致工程问题导致工程问题导致工程问题及思考方向不同及思考方向不同及思考方向不同及思考方向不同-解决的方法手段不同各有特点解决的方法手段不同各有特点解决的方法手段不同各有特点解决的方法手段不同各有特点将水工结构的手段用到建筑上交叉思维将水工结构的手段用到建筑上交叉思维将水工结构的手段用到建筑上交叉思维将水工结构的手段

17、用到建筑上交叉思维-新方法新方法新方法新方法由此引出一些培养创新思维的学习要点由此引出一些培养创新思维的学习要点由此引出一些培养创新思维的学习要点由此引出一些培养创新思维的学习要点水利工程与建筑工程的不同水利工程与建筑工程的不同不像建筑工程中的杆件（规则结构），而一般为大体不像建筑工程中的杆件（规则结构），而一般为大体积、大跨度及厚板式的不规则结构）积、大跨度及厚板式的不规则结构）如水电站、水闸有闸门、要挡水、进水等如水电站、水闸有闸门、要挡水、进水等长期在水中工作长期在水中工作承受循环（变化水位，底板易开裂、变形，影响闸门承受循环（变化水位，底板易开裂、变形，影响闸门的工作止水等等（如案例的

18、工作止水等等（如案例2-2-出海闸）出海闸）首先是总平面布置问题难首先是总平面布置问题难河道中的水沙平衡问题河道中的水沙平衡问题建坝后的冲淤问题建坝后的冲淤问题其次才是结构问题其次才是结构问题一、枢纽建筑物一、枢纽建筑物挡水挡水-水位差水位差-势能势能-动能动能-发电发电 1.挡水建筑物挡水建筑物-坝、水闸坝、水闸 2.电站电站 上游进水建筑上游进水建筑-取水口取水口-将水引入，引水道进口。上游将水引入，引水道进口。上游 引水引水 -把水引入水轮机，以及下游的尾水建筑。把水引入水轮机，以及下游的尾水建筑。平水建筑平水建筑 -电站负荷变化时，平衡引水建筑物中的压力以及流速的变电站负荷变化时，平衡

19、引水建筑物中的压力以及流速的变 化化，如有，如有压引水道中的调压室。压引水道中的调压室。厂房厂房-发电、变电、配电建筑。发电、变电、配电建筑。3.泄水建筑泄水建筑-泄水闸、溢洪道、溢流隧洞、泄水孔。泄水闸、溢洪道、溢流隧洞、泄水孔。4.排沙建筑排沙建筑-冲沙闸、导沙坝。冲沙闸、导沙坝。5.过水建筑过水建筑-船闸、船坞。船闸、船坞。水利（综合）枢纽水利（综合）枢纽以发电为主，水库可蓄水、调洪、灌溉、兼顾通航以发电为主，水库可蓄水、调洪、灌溉、兼顾通航 二、设计思路：二、设计思路：第一步，选址（挡水线所在地）第一步，选址（挡水线所在地）满足设计水位，流量，额定电站发电量。满足设计水位，流量，额定电

20、站发电量。主流主流鲜明鲜明，不易变更，贮变规律，不易变更，贮变规律明确明确。两岸较高、土质坚硬（便于两岸与坝的联接）。两岸较高、土质坚硬（便于两岸与坝的联接）。河床下面地质条件（承载力，渗水性）。河床下面地质条件（承载力，渗水性）。两岸的拆迁。两岸的拆迁。第二步，水文计算第二步，水文计算 第三步，在挡水线布局各类建筑物（总平面布置）。第三步，在挡水线布局各类建筑物（总平面布置）。1.主体坝或当水闸主体坝或当水闸-根据泄洪能力定。根据泄洪能力定。泄洪宽足够泄洪宽足够-既建水闸又建坝，电站不过水既建水闸又建坝，电站不过水 泄洪宽度不够，全建水闸，可考虑电站溢流或泄水泄洪宽度不够，全建水闸，可考虑电

21、站溢流或泄水 2.考虑各坝、水闸电站在平面上的布置考虑各坝、水闸电站在平面上的布置-根据河势规律根据河势规律 3.根据河势及平面布置要求，考虑是否设排沙建筑根据河势及平面布置要求，考虑是否设排沙建筑 4.船闸的布置，进出船的水流条件及吃水深度等船闸的布置，进出船的水流条件及吃水深度等 第四步，输水、消能计算及结构计算第四步，输水、消能计算及结构计算 第五步，结构计算设计第五步，结构计算设计水利（综合）枢纽水利（综合）枢纽 实例实例-长江三峡水利枢纽长江三峡水利枢纽 坝址所在为微弯型，左岸为凹岸坝址所在为微弯型，左岸为凹岸 泄水闸位于主流（深弘区）泄水闸位于主流（深弘区）-保证洪水期水的流畅。保

22、证洪水期水的流畅。二江电站位于泄水闸左侧，二江电站位于泄水闸左侧，大江电站位于泄水闸的右侧。大江电站位于泄水闸的右侧。电站应布置于深水区（取水好）但不能位于主流区（厂房阻水）。电站应布置于深水区（取水好）但不能位于主流区（厂房阻水）。在二江电站在二江电站旁有一浅坝，利用它做开关站旁有一浅坝，利用它做开关站，并利用此坝堤做，并利用此坝堤做2 号船闸的上下游引航道号船闸的上下游引航道。由于三江是小支流，由于三江是小支流，建建4号坝（洪水期溢流可保持水量）。号坝（洪水期溢流可保持水量）。2号船闸及号船闸及3号船闸分别建于号船闸分别建于坝的两侧，坝的两侧，及及均一侧靠岸均一侧靠岸-船闸必须一侧靠岸建，

23、进出船的水流平稳。船闸必须一侧靠岸建，进出船的水流平稳。冲沙闸设在冲沙闸设在坝坝 保证三江建坝后的不淤积。保证三江建坝后的不淤积。(12)1号船闸布于右岸，为主要的、通行量大的船闸。号船闸布于右岸，为主要的、通行量大的船闸。冲沙闸设于冲沙闸设于1号船闸右岸号船闸右岸 枯水期不通航，冲沙。枯水期不通航，冲沙。避免凸避免凸 岸（从整河势看）可能的淤积，保证船闸通航水深。岸（从整河势看）可能的淤积，保证船闸通航水深。另：按原河势微弯规律，设有另：按原河势微弯规律，设有 防淤堤：防淤堤：缩小过水面，提高流速并把水流导向凹岸主流区，缩小过水面，提高流速并把水流导向凹岸主流区，-按原河势设置长堤（弯）按原

24、河势设置长堤（弯）对三江形成了小的主流区，又兼对三江形成了小的主流区，又兼 船闸的上游引航道。船闸的上游引航道。长江三峡水利枢纽工程长江三峡水利枢纽工程混凝土重力大坝，坝后式水电站混凝土重力大坝，坝后式水电站船闸船闸 规模确定规模确定-水文学（高低水位），水能源利用、电的需求水文学（高低水位），水能源利用、电的需求 坝址设计、总平面设计坝址设计、总平面设计-流体力学、河流动力学、模型实流体力学、河流动力学、模型实 验、工程地质学、水文气象验、工程地质学、水文气象水工建筑物水工建筑物-化为力学模型化为力学模型-专业课专业课 各类荷载计算各类荷载计算-专业课（工作机理、担负的专业课（工作机理、担负

25、的 荷载）结构可度荷载）结构可度 各种力学（理力、结力、弹力）各种力学（理力、结力、弹力）高等数学、编程序（语言软件学习）高等数学、编程序（语言软件学习）截面设计（承载力、抗裂）截面设计（承载力、抗裂）-混泥土结构学混泥土结构学 钢闸门，结构计算钢闸门，结构计算-水力学、钢结构水力学、钢结构 金属运转件金属运转件-钢结构钢结构 -运行轨道的精确运行轨道的精确-水和结构的振动水和结构的振动-动力学动力学 机械振动与水工结构的交叉机械振动与水工结构的交叉水利工程所涉及的基础及专业知识总结水利工程所涉及的基础及专业知识总结码头按结构形式可分为重力式、码头按结构形式可分为重力式、板桩式、高桩式和混合式

26、板桩式、高桩式和混合式 。重力式：靠自重稳定因此要求重力式：靠自重稳定因此要求地基较好地基较好。T:何谓稳定、何谓稳定、T:地基较好、地基较好、港口工程与建筑工程的不同港口工程与建筑工程的不同波浪力、动水、有水的冲刷、淘基础的问题、侧波浪力、动水、有水的冲刷、淘基础的问题、侧土压力、水下施工、稳定问题土压力、水下施工、稳定问题板桩式板桩式板桩式：为了减少地基应板桩式：为了减少地基应力，靠打入土中的板桩来力，靠打入土中的板桩来挡土，为了抵抗土压，上挡土，为了抵抗土压，上部用拉杆拉住，拉杆力传部用拉杆拉住，拉杆力传给后面的锚碇结构。适用给后面的锚碇结构。适用于墙高不大于墙高不大（10m10m以下）

27、以下）拉力太大锚碇不够拉力太大锚碇不够高桩式高桩式码头码头主要由上部结构和桩基两部分组主要由上部结构和桩基两部分组成。成。上部结构把桩基连成整体，上部结构把桩基连成整体，承受水平和垂直力，并把它们传给承受水平和垂直力，并把它们传给桩基，桩基将上部力传给地基。桩基，桩基将上部力传给地基。适用于前沿水深较大的（大型）适用于前沿水深较大的（大型）软土地基软土地基码头，其结构竖向高度大码头，其结构竖向高度大。对重力式，不仅重量大而且土压。对重力式，不仅重量大而且土压力大，则要求断面很大，工程量很力大，则要求断面很大，工程量很大，地基承载力不够。大，地基承载力不够。高桩（透空）式高桩（透空）式不挡土，不

28、挡土，而且对地基要求不高。而且对地基要求不高。混合式混合式 1高桩、板桩混合结构高桩、板桩混合结构高桩码头上部设帽梁，高桩码头上部设帽梁，前段护坡，前段护坡，后段用板桩后段用板桩加拉杆、锚碇。加拉杆、锚碇。混合式混合式 2n下部为悬臂式的挡土墙，上部为下部为悬臂式的挡土墙，上部为拉杆、锚碇拉杆、锚碇的混合式。的混合式。帮助抵抗水平土压力帮助抵抗水平土压力斜坡式防波堤斜坡式防波堤直立式防波堤直立式防波堤 防波堤的断面型式防波堤的断面型式 直接护岸建筑直接护岸建筑波浪拍击护岸墙波浪在墙面回卷入海护岸墙断面图护岸墙断面图护坡和护岸墙的混合结构护坡和护岸墙的混合结构 间接护岸建筑间接护岸建筑潜堤促淤丁

29、堤的结构形式丁堤的结构形式五、如何激发学生的学习积极性、五、如何激发学生的学习积极性、创新思维能力创新思维能力1、注意与前沿动态相联系、注意与前沿动态相联系土木工程的发展土木工程的发展大跨度、大跨度、高耸建筑高耸建筑物物 大型、大型、大跨度大跨度的桥梁的桥梁 大河、大海上的大河、大海上的大跨度、高水头大跨度、高水头的水工建筑的水工建筑 大型的大型的地下工地下工程程 高科技的计算理高科技的计算理论、研究分析、论、研究分析、设计方法的出现设计方法的出现促进材料促进材料的发展的发展使使结构的内力、变形计算更准结构的内力、变形计算更准确、确、内力分布更均匀、合理内力分布更均匀、合理结构尺寸、外形更小、

30、轻巧结构尺寸、外形更小、轻巧结构的自重减小结构的自重减小 ，外形美观、，外形美观、更经济适用更经济适用要求轻质高强度的材料要求轻质高强度的材料聚合材料聚合材料复合材料复合材料高科技高科技的计算的计算理论、理论、分析方分析方法法材料的材料的发展发展土木工程土木工程与力学的与力学的结合结合土木工程土木工程与材料学与材料学科的结合科的结合要求与结构受力相匹配的材料要求与结构受力相匹配的材料自密实、高强度混凝土等自密实、高强度混凝土等自密实、高强度混凝土等自密实、高强度混凝土等特大跨悬索桥特大跨悬索桥世界最长的：世界最长的：日本的明石海峡大桥日本的明石海峡大桥主跨主跨 1 990 m1 990 m越来

31、越向大跨度轻越来越向大跨度轻越来越向大跨度轻越来越向大跨度轻质结构发展质结构发展质结构发展质结构发展 桥梁属于具有不规则形状的钝体结构，不象飞机机翼那桥梁属于具有不规则形状的钝体结构，不象飞机机翼那样有着良好的气劫特性断面；其次桥梁是近地建筑，所经受样有着良好的气劫特性断面；其次桥梁是近地建筑，所经受的是近地紊流风，有复杂的地形地貌效应以及攻角和偏角效的是近地紊流风，有复杂的地形地貌效应以及攻角和偏角效应；再者钝体空气动力学应；再者钝体空气动力学(研究气体与钝体结构的相互作用研究气体与钝体结构的相互作用)本身还是一个有待深入研究的领域。所以，桥梁的抗风设计本身还是一个有待深入研究的领域。所以，

32、桥梁的抗风设计是土木工程与流体力学的交叉新学科是土木工程与流体力学的交叉新学科，是对应用空气动力学是对应用空气动力学的一个挑战，有待于研究的领域的一个挑战，有待于研究的领域。新的大跨度结构体系带来新问题新的大跨度结构体系带来新问题 -桥梁的风振问题桥梁的风振问题三峡大坝（岩基）三峡大坝（岩基）三峡大坝（岩基）三峡大坝（岩基）大位于三峡西陵峡内的宜昌大位于三峡西陵峡内的宜昌大位于三峡西陵峡内的宜昌大位于三峡西陵峡内的宜昌市夷陵区三斗坪，是世界最市夷陵区三斗坪，是世界最市夷陵区三斗坪，是世界最市夷陵区三斗坪，是世界最大的混凝土重力坝大的混凝土重力坝大的混凝土重力坝大的混凝土重力坝,坝顶总长坝顶总长

33、坝顶总长坝顶总长3035303530353035米，坝顶高程米，坝顶高程米，坝顶高程米，坝顶高程185185185185米米米米 坝体挡止水坝体挡止水 岩裂隙岩裂隙-渗流渗流裂隙岩基中渗流场与变形场的耦合裂隙岩基中渗流场与变形场的耦合作用及其对结构工作性态的影响作用及其对结构工作性态的影响 裂隙岩体的渗流场分布是与裂裂隙岩体的渗流场分布是与裂隙导水通道渗透系数有关的；渗流隙导水通道渗透系数有关的；渗流场的分布是与隙宽有关的；裂隙的场的分布是与隙宽有关的；裂隙的宽度与岩体的变形场有关，而变形宽度与岩体的变形场有关，而变形场又与渗透压力有关，这样反反复场又与渗透压力有关，这样反反复复的影响就构成了

34、裂隙岩体渗流场复的影响就构成了裂隙岩体渗流场与变形场的非线性耦合作用。耦合与变形场的非线性耦合作用。耦合作用的效应十分显著，并可能导致作用的效应十分显著，并可能导致坝体，水闸工作性态的恶化。该问坝体，水闸工作性态的恶化。该问题仍是岩体工程和水利工程界研究题仍是岩体工程和水利工程界研究的难点和热点。的难点和热点。2、通过案例（特别是失败的工程）、通过案例（特别是失败的工程）反面教学，诱发思维反面教学，诱发思维美国塔科马大桥倒塌视频美国塔科马大桥倒塌视频美国塔科马大桥倒塌视频美国塔科马大桥倒塌视频大桥为主跨大桥为主跨大桥为主跨大桥为主跨853853853853米米米米的悬索桥，享有的悬索桥，享有的

35、悬索桥，享有的悬索桥，享有世界单跨桥之王世界单跨桥之王世界单跨桥之王世界单跨桥之王的称号。的称号。的称号。的称号。1940194019401940年年年年11111111月月月月7 7 7 7日上午日上午日上午日上午10101010点，点，点，点，风速达到到每小风速达到到每小风速达到到每小风速达到到每小时时时时64646464公里，大桥公里，大桥公里，大桥公里，大桥发生颤振破坏，发生颤振破坏，发生颤振破坏，发生颤振破坏，掉入海中。掉入海中。掉入海中。掉入海中。如：工程问题出在什么地方基本概念问题如：工程问题出在什么地方基本概念问题 宏观分析问题能力知识的重要性。宏观分析问题能力知识的重要性。另

36、一方面：科学有时在失败中前进。另一方面：科学有时在失败中前进。学习中要不怕失败在问题中寻找解决的方学习中要不怕失败在问题中寻找解决的方法反思法反思-不断地改进发展不断地改进发展比萨斜塔比萨斜塔比萨斜塔比萨斜塔比萨斜塔之所以会倾比萨斜塔之所以会倾比萨斜塔之所以会倾比萨斜塔之所以会倾斜，是由于比萨斜塔斜，是由于比萨斜塔斜，是由于比萨斜塔斜，是由于比萨斜塔下由几层不同材质的下由几层不同材质的下由几层不同材质的下由几层不同材质的土层，各种软质粉土土层，各种软质粉土土层，各种软质粉土土层，各种软质粉土的沉淀物和非常软的的沉淀物和非常软的的沉淀物和非常软的的沉淀物和非常软的粘土相间形成，而在粘土相间形成，

37、而在粘土相间形成，而在粘土相间形成，而在深约一米的地方则是深约一米的地方则是深约一米的地方则是深约一米的地方则是地下水层地下水层地下水层地下水层。3、引入学生对所处的环境的点滴，结合专业知识的、引入学生对所处的环境的点滴，结合专业知识的体察、观察事物，对其提为什么、思考。体察、观察事物，对其提为什么、思考。观察生活的家庭、邻里，观察生活的家庭、邻里，墙体为什么开裂？墙体为什么开裂？墙面为什么会剥落？墙面为什么会剥落？其建筑为什么局部破坏？其建筑为什么局部破坏？如家庭装修哪些墙能敲掉？如家庭装修哪些墙能敲掉？混凝土中的沙子为什么混凝土中的沙子为什么 要粗细搭配？要粗细搭配？饭堂中、门诊部为什么会

38、饭堂中、门诊部为什么会 经常人碰人？经常人碰人？纽约世界贸易中心的倒塌纽约世界贸易中心的倒塌 （柱子的长细比（柱子的长细比、稳定问题）、稳定问题）4、用问题引发学生的思考、用问题引发学生的思考 进行课内互动、讨论进行课内互动、讨论洪水退后，溃堤问题草袋堤岸洪水退后，溃堤问题 堤岸溃塌区 草袋重量变为不利载荷若干力学问题、定性分析基础若干力学问题、定性分析基础F-洪水形成的合力F F=F,洪水决口堵住了洪水决口堵住了九江大堤决口：九江大堤决口：如何应用专业知识解决实际工程问题如何应用专业知识解决实际工程问题如何应用专业知识解决实际工程问题如何应用专业知识解决实际工程问题a）利用网络资源，发挥学生

39、的主观能动性利用网络资源，发挥学生的主观能动性b）课后看书：第）课后看书：第XX章章c）网上精品课程：有关内容和网络课程的有关章节）网上精品课程：有关内容和网络课程的有关章节d)完成完成：周边高架、道路规划之我见。周边高架、道路规划之我见。学生宿舍的结构受力如何传递？学生宿舍的结构受力如何传递？就就你你所所在在的的现现代代结结构构的的桥桥梁梁或或高高层层建建筑筑、大大跨跨度度建建筑筑进进行行结结构构及及类类型型的分析。的分析。我国建造三峡大坝的意义何在？我国建造三峡大坝的意义何在？从科学发展观的视角，谈我国的防洪抢险工作的展开。从科学发展观的视角，谈我国的防洪抢险工作的展开。水电、火电、核电的

40、利弊分析与比较。水电、火电、核电的利弊分析与比较。水力发电在我国电力工业中的地位和发展前景。水力发电在我国电力工业中的地位和发展前景。码头结构与建筑结构的不同？码头结构与建筑结构的不同？为什么说港口是一个国家对外经济发展的核心为什么说港口是一个国家对外经济发展的核心搜集资料，撰写搜集资料，撰写“全球化中的中国港口业全球化中的中国港口业”小论文（字数：小论文（字数：3000字）字）搜集资料，撰写搜集资料，撰写“全球化中的超高层建筑全球化中的超高层建筑”小论文（字数：小论文（字数：3000字）字）、通过课外的思考通过课外的思考六、案例选择一个好的案例选择一个好的案例 一定是要能派生出很多问题，一定

41、是要能派生出很多问题，联系很多知识点联系很多知识点1 1、从正面入手把四年所学到的知识融合贯通、从正面入手把四年所学到的知识融合贯通例如：建筑工程中一幢框架结构的多层建筑例如：建筑工程中一幢框架结构的多层建筑从建筑方案设计开始讲（房屋建筑学）从建筑方案设计开始讲（房屋建筑学）建筑结构选型（建筑与结构的交叉点、建筑功能与建筑结构选型（建筑与结构的交叉点、建筑功能与结构受力的合理性）结构受力的合理性）上部结构设计上部结构设计基础结构设计基础结构设计多层厂房建筑图多层厂房建筑图多层厂房建筑图多层厂房建筑图 设计与结构计算的目的有两个：设计与结构计算的目的有两个：一个是满足功能、使用要求，另一个是满足

42、经济要求一个是满足功能、使用要求，另一个是满足经济要求。满足功能、使用要求满足功能、使用要求 功能要求功能要求-建筑设计建筑设计使用要求使用要求-结构设计结构设计 可分为两个方面考虑：可分为两个方面考虑：安全可靠，结构构件不会破坏，整个结构不会倒塌安全可靠，结构构件不会破坏，整个结构不会倒塌承承载能力极限状态载能力极限状态 满足适用性要求，如建筑物的梁变形过大，人的感觉满足适用性要求，如建筑物的梁变形过大，人的感觉 问问题；厂房吊车梁变形过大的吊车卡轨问题。题；厂房吊车梁变形过大的吊车卡轨问题。正常使用正常使用极限状态极限状态建筑、结构设计的目标及基本理论与方法建筑、结构设计的目标及基本理论与

43、方法 一般可分为：一般可分为：建筑设计（根据功能要求进行平立面布置）建筑设计（根据功能要求进行平立面布置）建筑结构类型选取、建筑结构类型选取、结构模型的建立、结构模型的建立、结构荷载的计算、结构荷载的计算、构件内力计算和砼结构配筋设计、钢结构截面设计构件内力计算和砼结构配筋设计、钢结构截面设计施工图纸绘制施工图纸绘制建筑工程的设计步骤建筑工程的设计步骤结构计算设计结构计算设计 满足结构的安全、经济要求满足结构的安全、经济要求 混合结构混合结构 指用不同的材料建造的房屋，通常墙体采用砖砌指用不同的材料建造的房屋，通常墙体采用砖砌体，体，屋面和楼板采用钢筋混凝土结构屋面和楼板采用钢筋混凝土结构，故

44、亦称砖混，故亦称砖混结构。结构。一般用于一般用于24米以下米以下，高于此应该考虑用框架结构，高于此应该考虑用框架结构首先进行建筑结构选型首先进行建筑结构选型首先进行建筑结构选型首先进行建筑结构选型 认识建筑结构的基本体系认识建筑结构的基本体系认识建筑结构的基本体系认识建筑结构的基本体系常用的结构形式为混合结构、框架结构。常用的结构形式为混合结构、框架结构。多层结构多层结构建筑布置要结合结构受力骨架建筑布置要结合结构受力骨架建筑布置要结合结构受力骨架建筑布置要结合结构受力骨架-建筑设计的同时应进行结构选型建筑设计的同时应进行结构选型建筑设计的同时应进行结构选型建筑设计的同时应进行结构选型 框架结

45、构框架结构框架结构指由梁和柱刚性连接而成骨架的结构。框架结构指由梁和柱刚性连接而成骨架的结构。主要构件为柱、主梁、次梁、连梁主要构件为柱、主梁、次梁、连梁特点：特点：利用梁柱刚性连接减小弯曲变形利用梁柱刚性连接减小弯曲变形 ，增加跨度，增加跨度空间分隔灵活，适用于大空间、较高的建筑总高等。空间分隔灵活，适用于大空间、较高的建筑总高等。局限性：框架结构因其受力体系由梁和柱组成，柔性结构局限性：框架结构因其受力体系由梁和柱组成，柔性结构抗侧移能力很差。因此仅在房屋高度不很大、层数不很多时抗侧移能力很差。因此仅在房屋高度不很大、层数不很多时采用。采用。总平面布置、平面设计、立面设计、剖面设计、构造设

46、计总平面布置、平面设计、立面设计、剖面设计、构造设计总平面布置、平面设计、立面设计、剖面设计、构造设计总平面布置、平面设计、立面设计、剖面设计、构造设计1 1 1 1、进行建筑设计、进行建筑设计、进行建筑设计、进行建筑设计 房屋建筑学课程房屋建筑学课程房屋建筑学课程房屋建筑学课程 本案例总高度为本案例总高度为本案例总高度为本案例总高度为21.521.521.521.5米，选框架结构体系米，选框架结构体系米，选框架结构体系米，选框架结构体系由于空间（跨度）大、楼面荷载大由于空间（跨度）大、楼面荷载大由于空间（跨度）大、楼面荷载大由于空间（跨度）大、楼面荷载大图(13-5)剖面图(13-4)III

47、I剖面展示房屋组成的基本构件展示房屋组成的基本构件展示房屋组成的基本构件展示房屋组成的基本构件2 2、上部结构设计、上部结构设计（1 1）估算结构截面尺寸）估算结构截面尺寸结构在经济、合理的尺寸范围结构在经济、合理的尺寸范围 首先进行首先进行结构布置结构布置(房屋建筑学，材料力学，砼结构）房屋建筑学，材料力学，砼结构）单向板、双向板单向板、双向板（a）定义：）定义：单向板单向板-板上的荷载沿一个方向传递到支承构件。板上的荷载沿一个方向传递到支承构件。双向板双向板-指板上的荷载沿两个方向传递到支承构件指板上的荷载沿两个方向传递到支承构件A、支撑条件：两边支承单向板支撑条件：两边支承单向板三边或四

48、边支承见三边或四边支承见BB、长边与短边之比：长边与短边之比：=2单向板单向板 半解析半解析有地连墙有地连墙 软件软件出海闸底板与地下连续墙计算材料参数：出海闸底板与地下连续墙计算材料参数：闸闸底底板板采采用用C25混混凝凝土土材材料料：弹弹性性模模量量，泊泊松松比比，比比重重，抗压强度设计值；抗压强度设计值；公公路路桥桥墩墩、闸闸口口中中墩墩、边边墩墩和和地地下下连连续续墙墙采采用用C30混混凝凝土材料。弹性模量，泊松比，比重，土材料。弹性模量，泊松比，比重，抗压强度设计值；抗压强度设计值；公公路路桥桥面面采采用用等等效效混混凝凝土土材材料料：弹弹性性模模量量，泊泊松松比比，比重，抗压强度设

49、计值；比重，抗压强度设计值；钢钢闸闸门门、胸胸墙墙材材料料、弹弹性性模模量量，泊泊松松比比，比比重重，抗抗压压强度设计值；强度设计值；土土壤壤材材料料：闸闸底底板板落落在在第第层层土土：压压缩缩模模量量，考考虑虑灌灌浆浆处处理理后后，泊泊松松比比，比比重重。地地下下连连续续墙墙底底落落在在第第层土：压缩模量，泊松比，比重。层土：压缩模量，泊松比，比重。出海闸底板与地下连续墙载荷参数：出海闸底板与地下连续墙载荷参数：多种荷载工况组合计算；多种荷载工况组合计算；恒载：自重、墙重、桥重等；恒载：自重、墙重、桥重等；活载：桥上活载、风载等；活载：桥上活载、风载等；渗渗透透压压力力、静静水水压压力力、主

50、主动动土土压压力力、波波浪浪压压力、浮托力等力、浮托力等 完建期底板完建期底板与地下连续与地下连续墙墙Z Z-应力应力58.3 T-m闸墩位置150 T-m39 T-m73 T-m墙位置64 T-m出海闸底板与地下连续墙：弯矩图出海闸底板与地下连续墙：弯矩图73 T-m墙位置64 T-m出海闸底板与地下连续墙：弯矩图出海闸底板与地下连续墙：弯矩图出海闸底板与地下连续墙分析：出海闸底板与地下连续墙分析：上海大学分析模型：上海大学分析模型：3-D3-D模型模型某设计院分析模型：板模型某设计院分析模型：板模型(特殊的特殊的2-D)2-D)问题恰恰出在分析模型上问题恰恰出在分析模型上板理论模型的局限性