土木工程专业英语翻译(武汉理工大学出版社段兵廷主编)

第一课土木工程学土木工程学作为最老的工程技术学科，是指规划，设计，施工及对建筑环境的管理。此处的环境包括建筑符合科学 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的所有结构，从灌溉和排水系统到火箭发射设施。土木工程师建造道路，桥梁，管道，大坝，海港，发电厂，给排水系统，医院，学校，公共交通和其他现代社会和大量人口集中地区的基础公共设施。他们也建造私有设施，比如飞机场，铁路，管线，摩天大楼，以及其他设计用作工业，商业和住宅途径的大型结构。此外，土木工程师还规划设计及建造完整的城市和乡镇，并且最近一直在规划设计容纳设施齐全的社区的空间平台。土木一词来源于拉丁文词“公民”。在1782年，英国人JohnSmeaton为了把他的非军事工程工作区别于当时占优势地位的军事工程师的工作而采用的名词。自从那时起，土木工程学被用于提及从事公共设施建设的工程师，尽管其包含的领域更为广阔。领域。因为包含范围太广，土木工程学又被细分为大量的技术专业。不同类型的工程需要多种不同土木工程专业技术。一个项目开始的时候，土木工程师要对场地进行测绘，定位有用的布置，如地下水水位，下水道，和电力线。岩土工程专家则进行土力学试验以确定土壤能否承受工程荷载。环境工程专家研究工程对当地的影响，包括对空气和地下水的可能污染，对当地动植物生活的影响，以及如何让工程设计满足政府针对环境保护的需要。交通工程专家确定必需的不同种类设施以减轻由整个工程造成的对当地公路和其他交通网络的负担。同时，结构工程专家利用初步数据对工程作详细规划，设计和说明。从项目开始到结束，对这些土木工程专家的工作进行监督和调配的则是施工管理专家。根据其他专家所提供的信息，施工管理专家计算材料和人工的数量和花费，所有工作的进度表，订购工作所需要的材料和设备，雇佣承包商和分包商，还要做些额外的监督工作以确保工程能按时按质完成。   贯穿任何给定项目，土木工程师都需要大量使用计算机。计算机用于设计工程中使用的多数元件（即计算机辅助设计，或者CAD）并对其进行管理。计算机成为了现代土木工程师的必备品，因为它使得工程师能有效地掌控所需的大量数据从而确定建造一项工程的最佳方法。   结构工程学。在这一专业领域，土木工程师规划设计各种类型的结构，包括桥梁，大坝，发电厂，设备支撑，海面上的特殊结构，美国太空 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ，发射塔，庞大的天文和无线电望远镜，以及许多其他种类的项目。结构工程师应用计算机确定一个结构必须承受的力：自重，风荷载和飓风荷载，建筑材料温度变化引起的胀缩，以及地震荷载。他们也需确定不同种材料如钢筋，混凝土，塑料，石头，沥青，砖，铝或其他建筑材料等的复合作用。    水利工程学。土木工程师在这一领域主要处理水的物理控制方面的种种问题。他们的项目用于帮助预防洪水灾害，提供城市用水和灌溉用水，管理控制河流和水流物，维护河滩及其他滨水设施。此外，他们设计和维护海港，运河与水闸，建造大型水利大坝与小型坝，以及各种类型的围堰，帮助设计海上结构并且确定结构的位置对航行影响。    岩土工程学。专业于这个领域的土木工程师对支撑结构并影响结构行为的土壤和岩石的特性进行分析。他们计算建筑和其他结构由于自重压力可能引起的沉降，并采取措施使之减少到最小。他们也需计算并确定如何加强斜坡和填充物的稳定性以及如何保护结构免受地震和地下水的影响。   环境工程学。在这一工程学分支中，土木工程师设计，建造并监视系统以提供安全的饮用水，同时预防和控制地表和地下水资源供给的污染。他们也设计，建造并监视工程以控制甚至消除对土地和空气的污染。他们建造供水和废水处理厂，设计空气净化器和其他设备以最小化甚至消除由工业加工、焚化及其他产烟生产活动引起的空气污染。他们也采用建造特殊倾倒地点或使用有毒有害物中和剂的措施来控制有毒有害废弃物。此外，工程师还对垃圾掩埋进行设计和管理以预防其对周围环境造成污染。   交通工程学。从事这一专业领域的土木工程师建造可以确保人和货物安全高效运行的设施。他们专门研究各种类型运输设施的设计和维护，如公路和街道，公共交通系统，铁路和飞机场，港口和海港。交通工程师应用技术知识及考虑经济，政治和社会因素来设计每一个项目。他们的工作和城市规划者十分相似，因为交通运输系统的质量直接关系到社区的质量。渠道工程学。在土木工程学的这一支链中，土木工程师建造渠道和运送从煤泥浆(混合的煤和水)和半流体废污，到水、石油和多种类型的高度可燃和不可燃的气体中分离出来的液体，气体和固体的相关设备。工程师决定渠道的设计，项目所处地区必须考虑到的经济性和环境因素，以及所使用材料的类型——钢、混凝土、塑料、或多种材料的复合——的安装技术，测试渠道强度的方法，和控制所运送流体材料保持适当的压力和流速。当流体中携带危险材料时，安全性因素也需要被考虑。建筑工程学。土木工程师在这个领域中从开始到结束监督项目的建筑。他们，有时被称为项目工程师，应用技术和管理技能，包括建筑工艺，规划，组织，财务，和操作项目建设的知识。事实上，他们协调工程中每个人的活动：测量员，布置和建造临时道路和斜坡，开挖基础，支模板和浇注混凝土的工人，以及钢筋工人。这些工程师也向结构的业主提供进度计划报告。 社区和城市规划。从事土木工程这一方面的工程师可能规划和发展一个城市中的社区，或整个城市。此规划中所包括的远远不仅仅为工程因素，土地的开发使用和自然资源环境的，社会的和经济的因素也是主要的成分。这些土木工程师对公共建设工程的规划和私人建筑的发展进行协调。他们评估所需的设施，包括街道，公路，公共运输系统，机场，港口，给排水和污水处理系统，公共建筑，公园，和娱乐及其他设施以保证社会，经济和环境地协调发展。摄影测量，测量学和地图绘制。在这一专业领域的土木工程师精确测量地球表面以获得可靠的信息来定位和设计工程项目。这一方面包括高工艺学方法，如卫星成相，航拍，和计算机成相。来自人造卫星的无线电信号，通过激光和音波柱扫描被转换为地图，为隧道钻孔，建造高速公路和大坝，绘制洪水控制和灌溉 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，定位可能影响建筑项目的地下岩石构成，以及许多其他建筑用途提供更精准的测量。其他的专门项目。还有两个并不完全在土木工程范围里面但对训练相当重要的附加的专门项目是工程管理和工程教学。工程管理。许多土木工程师都选择最终通向管理的职业。其他则能让他们的事业从管理位置开始。土木工程管理者结合技术上的知识和一种组织能力来协调劳动力，材料，机械和钱。这些工程师可能工作在政府——市政、国家、州或联邦；在美国陆军军团作为军队或平民的管理工程师；或在半自治地区，城市主管当局或相似的组织。他们也可能管理规模为从几个到百个雇员的私营工程公司。工程教学。通常选择教学事业的土木工程师教授研究生和本科生技术上的专门项目。许多从事教学的土木工程师参与会导致建筑材料和施工方法技术革新的基础研究。多数也担任工程项目或技术领域的顾问，和主要项目的代理。第二课建筑物与建筑学 建筑物的目的是给人类的活动提供一个遮风挡雨的地方。从穴居时代到现在，人类的第一需要最基本的就是有一个可以遮风避雨之所。在一个比较一般的感觉中，建筑物的艺术包含人类试图控制环境和直接自然力以满足需要所取得的所有成就。除建筑物外，这种艺术还包括大坝，运河，隧道，沟渠和桥。遮风避雨的建筑物的设计和其他功用的土木工程结构的设计的科学基础原理是相同的。而只是因为现代社会特定的需要，这两个领域才沿着不同的路径发展。相似的，关注作为遮风避雨的建筑物的主要营造者也不再是一个单独的个体；相反的是由多个专家组成的小组：规划师，建筑师，工程师和建造者。一个现代建筑物的实现依赖这个小组集体的智慧。建筑物的结构是建筑物的功能、环境及各种社会经济因素共同作用的产物。公寓，办公大楼和学校的不同在于它们实现的功能不同。公寓的每一个可居住空间如起居室和卧室必须有来自窗户的自然光，而浴室和厨房可以采用人造光源因而可以安排在建筑物内部。这种必要的设置对公寓的进深必然有限制。另一方面，对办公大楼而言，人造光源更能达到均匀照明的要求，因此，对自然光的需求不再有建筑物进深的限制。环境可能影响到建筑物的形状和外观。城市里的学校通过使用空白的围墙完全的封闭于城市之外，而乡村的学校可能发展成为景观的一个主要部分，即使两者实现同样的功能。最后，建筑物的结构被各种社会经济因素影响，包括地价，租赁，工程预算，分区限制。城市的高地价造成高层建筑物，而乡村的低地价造成低的建筑物。富人的住房建筑计划不同于廉价的住房建筑计划。有威望的办公大楼的预算将大大地超过其他的办公大楼。建筑物的大小和外形可能受到分区的限制。在所有这些例子中，有着相似功能的建筑物常常采用不同的结构。建筑学是建筑物的艺术。事实上所有的建筑学都是关于为了人类的使用而围住的空间。在任何特殊的建筑物中所覆盖的精确活动——广泛到从工厂的一条装配线到一个家庭的起居室——应该规定几个内部区域的大小和形状。这些空间也必须被安排在彼此合乎一定逻辑的关系中。此外，在建筑物中的人类活动——建筑学中的说法是“流通”——需要大厅，楼梯和电梯，它们的尺寸受到预期荷载的支配。建筑物的结构平面图，总是建筑师的第一考虑，是深入实现建筑物意图的空间组织中的这些不同目的的决定。好的平面组织可以指引访客到达他们的在建筑物中的目的地并且使他们留下印象。他们也许是下意识地被大厦很显然的各个单元的关联所指引。相反地，不好的平面组织将带来不便，浪费和视觉混乱。此外,一个结构需要很好地被建造。它应该有结构需要的和被选材料允许的耐久性。建筑学的未经加工的材料，如石，砖，木，钢或玻璃，部分决定了建筑物的结构并对建筑物进行表达。石能抵抗压缩，尽管一起压挤的力几乎是不能确定的。在一个实验室里压碎石是可能，但是对于实际应用，它的抗压强度则是无限的。另一方面，石在抵抗各向拉力方面是很弱的。任何空间跨度的梁在支承之间容易向下弯曲，梁的下半区承受拉力。由于石承受拉力的能力很弱,这种材料的梁相对地比较短,并且支撑间距比较小。此外，石柱必须坚固，其高宽比极少超过10。在石类建筑中，门，窗及柱之间的空间几乎都被迫高大于宽，这源于石的垂直矩形美学。石在西方世界建筑学中占有如此之高的统治地位，以致，即使在木结构建筑时期其适当的造型一直被妥善保护着，像在美国的乔治王时代。然后，石借助它本身的构造类型，成为支撑楼板和屋顶的墙，成为承重结构中的密排柱，成为主要承受压力的拱形结构。木是一种纤维材料，相比其抵抗压力的能力而言，它更易于抵抗拉力。木制梁可能相对比石制梁长，并且木制柱较细且可以广泛地作一定间隔的排列。由于木的自然性质常形成宽大于高的水平矩形，这在日本建筑学中常被见到。钢的抗拉强度也等于或大于其抗压强度。已经观察过钢结构建筑物建筑过程的任何人一定曾注意到由细的广泛地作一定间距排列的柱及每个楼板的长梁所组成的水平格状矩形。木和钢的性质意味着框架结构——一个支撑楼板和屋顶的骨架——任何的铺面材料都可能是必需的。木和钢也准许悬臂结构，在这种结构中，梁的投影超出支承的最后一个测点。最后，建筑学不仅必须超过符合强度和空间的实际需要，它也一定要使人得到精神满足。建筑物应该使每一个零部件形成一个美学的统一体。因此，结构的侧面和背面应该与正面具有足够的一致性，可以使所有相关部分成为一个独立的整体。同样地，大部分的内部分区也需要在外部设计上有所表现。正殿，甬道，袖廊，半圆形壁龛,而且辐射哥德式大教堂的小礼拜堂，举例来说，全部是在外部上看得见的,所以访客在潜在意识里意识到他们将在里面找到什么。   建筑要求有恰当的比例，即令人愉快的虚与实、高与宽、长与宽的关系。人类已经作过许多尝试用数学公式来解释好多比例，如黄金分割。然而，这些努力并没有被广泛接受，尽管在设计各处透过一些尺寸（举例来说，一个模数是一个柱的直径一半）的复测法已经收到很好的结果。这种复测法帮助提出了人类思想渴望的可视规则。   一个建筑物还应该有建筑师称作的比例尺，它应该能在视觉上传达它的真实尺寸。如长椅、台阶或楼梯栏杆等元素，尽管由于它们特别的原因在大小方面有些微可变，但仍然与人类的正常尺度有关。它们因此也几乎不可察觉地成为精确计量整个大厦尺度的测量单位。因这些单位对整个建筑物而言太小，所以还需要其他中间尺度的元素。楼梯和一个楼梯栏杆可能给门口的尺寸一个提示，依次是柱廊的高度，最后是整个的结构廊。凡尔赛的PetitTrianon在比例尺方面相当完美。罗马的圣彼得堡由于缺少小元素而让人很难感知它的巨大。虽然全装饰在一些现代的建筑中被拒绝，但它过去由于固有的美或为了强调建筑物的一些重点而常被采用。装饰品可能用于突出建筑物的特征和建筑物目的的可视化表现。因此，一个银行要看起来像银行，一个教堂也应该同样地可以被立刻确认。理想地，任何建筑物应该通过与它建筑上的邻居的一些关系和地方地理学上看起来属于它的位置。经过建筑学目的的成型，再受材料、比例和设计者给定的比例尺和特征支配，建筑物成为建造它们的时代的理想的表达和热望。历史性建筑学的连续性式样是他们的时代精神的化身。的部分。第三课建筑物的组成 材料和不同的结构形式联合组成建筑物的各种不同部分，包括承重框架，外壳，楼板和隔墙。建筑物也有像升降机，供暖和冷却，照明这样的与机械和电力有关的系统。上部结构是建筑物地面以上的部分，而下部结构和基础则是建筑物地面以下的部分。摩天大楼的出现得益于19世纪的两大发展：钢骨架结构和旅客升降机。钢，作为一种建筑材料，源于1885年贝色麦转炉的引入。GustaveEiffel（1832-1932）将钢结构引入法国。1889年巴黎展览会的塔和他为Galeriedes机械的设计表现了钢结构的灵活性。艾菲尔铁塔高984英尺（300米），是人类建造的最高的结构，直到40年后才被美国一系列的摩天大楼超越。第一个升降机是在1857年被ElishaOtis安装于纽约的一幢百货公司。在1889年，Eiffel在艾菲尔铁塔上安装了第一个大尺寸的升降机，它的水力升降机能在一个小时内运送2350个旅客到达顶点。承重框架。直到19世纪晚期，建筑物外墙被用作支承楼板的承重墙。这种结构本质上一种梁柱模型，并且仍然被用于房屋框架结构。承重墙结构由于需要巨大的墙厚而限制了建筑物的高度。例如，芝加哥建于19世纪80年代16层的Monadnock大厦，较下层的楼板下的墙厚达5英尺（1.5米）。在1883年，WilliamLeBaronJenney(1832-1907)采用铸铁柱支撑楼板的方式以形成笼状结构。由钢梁和钢柱组成的骨架构造最早用于1889年。由于骨架构造，围墙变成一个“幕墙”，胜于起支撑作用。砖石一直被用作幕墙材料，直到20世纪30年代，轻金属和玻璃幕墙开始被使用。在钢结构引入后，建筑物的高度持续快速地增加。   在二次世界大战前，所有的高层建筑都是采用钢结构。战后，钢材的短缺和混凝土质量的改良导致钢筋混凝土高层建筑的出现。芝加哥的Marina塔(1962)是美国最高的混凝土建筑。它的高度达588英尺(179米)，被伦敦的高达650英尺（198米）的邮政大厦和其他塔式建筑所超越。   关于摩天大楼构造观点的转变恢复了承重墙的使用。在纽约城由EeroSaarinen于1962年设计的哥伦比亚广播系统大楼，有一个由5英尺（1.5米）宽，相邻柱的中心距为10英尺（3米）的混凝土柱组成的环形墙。这个环形墙实际上有效地组成了一个承重墙。产生这种趋向的一个理由是，采用建筑物的墙壁作为一个筒体，可以非常经济地获得起到抗风作用的足够硬度。世界贸易大厦是这种筒体方法的另一个例证。相反地，刚性框架或垂直的桁架通常被用于提供侧向稳定性。   外壳。建筑物的外壳由透明元素（窗）和不透明元素（墙）所组成。尽管塑料正在被使用，窗传统上还是使用玻璃，特别是在学校，破损产生了一个维护问题。用于覆盖结构并由结构支撑的墙元素由多种材料建造：砖，预制构件，混凝土，石，不透明玻璃，塑料，钢和铝。木主要被用于房屋建筑，由于有火灾的危险，它通常不用于商业，工业和公用建筑。   楼板。建筑物中楼板的构造依赖于所使用的基本结构框架。在钢结构中，楼板或是搁置在钢梁上的混凝土板，或是表面附有混凝土的波状钢组成的凹板。在混凝土结构中，楼板或是搁置在混凝土梁上的混凝土板，或是一系列顶端有一个薄板双向都近距离排列的混凝土梁，在其下部提供了一个多余的空间。这种类型的板的使用依赖于支撑柱或墙间的跨度和空间的功能。例如，在公寓中，当墙和柱的间距在12英尺到18英尺（3.7米到5.5米），最常用的结构是无梁的实心混凝土板。这种板的下部可以用作其下层空间的天花板。办公大楼中常使用波纹钢楼板，这是因为波纹钢楼板的波纹当由另一块金属板盖上时，可以形成电话线和电线通道。   机械和电力系统。一个现代建筑不仅包括它所需要的空间（办公室，教室，公寓），还包括帮助提供舒适环境的机械与电力系统的辅助空间。在摩天办公大楼中，这些辅助空间可能构成总建筑面积的25%。在办公大楼中，供暖，通风，电力和卫生管道系统的重要性体现在工程预算的40%被分配给它们。因为使用带有不能开窗的密封性建筑屋的增加，精细的机械系统被用于通风和空调。渠道和管道携带来自中央风扇室和空气调节机的新鲜空气。悬吊在上部楼板结构下面的天花板，隐藏着管道系统，还包含照明设备。用于动力和电话通讯的电力配线，也被安置在天花板空间内，或被埋置在楼板结构中的管道内。   已经有种种尝试将机械和电力系统通过坦白地表达它们以合并到建筑物的建筑学中。举例来说，在爱荷华州首府得梅因的美国共和保险公司大楼（1965），管道和楼板结构以一种有组织和优雅的形式暴露在外，用吊顶进行分配。这种方法使得减少建筑物的花费成为可能，并且可以允许改革，例如在结构的跨度方面。   地基与基础。所有的建筑物都支撑在地面上，因此，土体的性质成为任何建筑设计中极端重要的考虑因素。基础的设计依赖于许多土体的要素，如土的类型，土壤的层理，土层的厚度和它的压缩性，以及地下水的状态。土壤很少有一个单一的成分。它们通常是不同厚度土层的混合物。为了评估，土壤被按照颗粒大小分为不同等级，它们从淤泥到粘土到砂到砂砾到岩石依次增加。大体上，较大颗粒土的负载能力将会强于较小的一些。最硬的岩石可以高达每平方英尺100吨（每平方米976.5公吨）的负载，但是最软的淤泥所能承受的负载只有每平方英尺0.25吨（每平方米2.44公吨）。所有表面以下的土都处在受压状态中，说得更精确一些，这些土承受与作用在其上的土柱重量相等的压力。许多土（除了大多数的砂和砾石以外）显示出弹性性质——在荷载作用下受压变形，当荷载解除后可以回弹。土壤的弹性常常依赖于时间，也就是说，土的变形可能发生在荷载作用后从数分钟到数年的时间长度上。超过一个时段，如果建筑物作用在土体上的负载高于土的天然压实重量，它可能产生沉降。相反地，如果建筑物作用在土体上的负载小于土体的天然压实重量，它可能隆起。土也可能在建筑物自重作用下产生流动，就是说，它很容易被压挤出。   由于压实和流动效应，建筑物趋向于沉降。例如比萨和博洛尼亚的斜塔，不均匀沉降能产生破坏效果——建筑物可能倾斜，外墙和隔墙可能产生裂缝，窗户和门可能够变得不起作用，并且极端的情况是建筑物可能倒塌。尽管在某些极端条件下，像墨西哥城的情况，能产生严重的后果，但是不均匀沉降并不是那么严重。过去100年以来，那里地下水水位的变化已经使一些建筑物沉降超过10英尺（3米）。由于这种运动能发生在施工工程中和其后，仔细分析在建筑物下土的行为显得非常重要。   土的巨大的可变性导致基础问题多样的解决方法。在地表附近存在坚硬土时，最简单的解决方法是把柱放置在一个小的混凝土板上（扩展基底）。土较软的地方，有必要将柱荷载传递到一个较大的面积上，在这种情况下，则在整个建筑物底下采用连续的混凝土板（筏或席）。地表附近的土体不能承载建筑物重量时，木制，钢制或混凝土制桩被打入以加固土体。   建筑物的施工工程自然是从基础到上部结构。但是，设计工程则是从屋顶到基础（沿重力的方向）。过去，基础不依照系统调查。科学设计基础的方法已经在20世纪内得到发展。美国KarlTerzaghi的先锋研究，利用土力学和探测及测试程序技术，使精确预报基础的行为成为可能。过去基础的破坏，像经典的例子——比萨斜塔，已经变得几乎不存在。然而，基础仍然是许多建筑物一个隐而昂贵第四课高层建筑 大体上建筑施工工艺学方面已经有许多进步,在超高层的设计和施工上已经取得了惊人的成就。高层建筑早期的发展开始于钢结构。钢筋混凝土和薄壳筒系统已经经济而竞争性地被用于大量的住宅和商业目的的结构。由于新型结构系统的创新和发展，现在从50到100层的高层建筑遍布全美国。更大高度的要求增加了梁柱的尺寸以使建筑物刚性更强，以便在风荷载作用下建筑物将不会产生超过一个可接受限度的摆动。过度的侧移可能导致隔墙，天花板和其他建筑细部的重复性损害。此外，过度侧倾可能使建筑物的居住者因为对摆动的知觉而导致不便。钢筋混凝土和钢结构系统，能充分利用整个建筑物固有潜在的劲性，因而不需要额外加劲以限制侧倾。例如，在一个钢结构中，经济性由建筑物房屋面积每平方英尺钢的全部平均数量来定义。图一中的曲线A采用层逐渐增加的数量表现传统框架的平均单位重。曲线B则表现框架受到所有横向荷载保护下的平均钢重量。上下边界之间的间隙则表现传统梁柱框架为高度付出的额外费用。结构工程师已经发展了可消除这一额外费用的结构系统。钢结构体系。因为一些类型的结构改革，钢高层建筑物得到了发展。此改革被用于办公大楼和公寓的建造。带有刚性带式桁架的框架。为了将一个框架结构的外柱约束于内部的垂直梁架,可能在建筑物中部和顶部采用一个刚性带式桁架的系统。这一系统的最好例证是在密尔瓦基的威斯康辛州第一银行建筑物(1974)。框架筒体。只有当建筑物突出地面的所有的柱构件能够彼此连接使整个建筑物成为一个空心筒体或一个劲性箱体时，一幢高层建筑的整个结构才能最有效。这种特殊的结构体系第一次大概是用于芝加哥的43层楼高的德威特栗木钢筋混凝土公寓。而这一系统最重要的应用是纽约的110层楼高的世界贸易中心的钢结构双塔。对角柱桁架支撑筒体。建筑物的外柱可以被适当的分隔却仍能通过在梁柱中线处交叉对角构件连接使之作为一个筒体而共同工作。这种简单而又极其有用的系统最早被用于芝加哥的约翰汉考克中心，其仅仅使用了传统的40层楼高建筑的用钢量组合筒体（束筒）。由于对更大更高的建筑物的持续需求，框架筒和对角柱桁架支撑筒可能采用组合使用的形式以创造更大的筒，并仍可以保持高功效。芝加哥110层楼高的西尔斯瑞巴克总部有9个筒，由三排建筑物组合而成。一些个别筒体终止在建筑物不同的高度，证明了无限建筑可能性的结构观念。西尔斯塔高1450英尺（442m），是世界上最高的建筑。   薄壳筒体系。筒结构体系的发展提高了高层建筑抵抗侧向力（风和地震作用）和飘移（建筑物的侧向运动）的能力。薄壳筒使筒结构体系有了进一步的发展。薄壳筒的进步是利用（高层）建筑的外表面（墙和板）作为与框筒共同作用的结构构件，为高层建筑抵抗侧向荷载提供了一个有效的途径，而且可获得不设柱子，节省成本，使用面积与建筑面积之比很高的室内空间。   由于薄壳表面的作用，筒体的框架构件数量减少，使得结构更轻，费用更少。所有 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柱和外墙托梁都采用标准型钢，使得组合构件的使用和花费最小化。四周外墙托梁的深度要求也被减少，而且楼板上的顶梁对有用空间的占用会达到最小。这种结构系统已经被使用于54层楼高的匹兹堡的梅隆银行中心。   混凝土体系。虽然采用钢结构建造的高层建筑开始很早，但是钢筋混凝土高层建筑的快速发展在办公大楼和公寓方面对钢结构体系产生了很大的挑战。   框架筒体。由上面讨论到的，高层建筑最早的框架筒体概念应用于43层楼高的德威特栗木公寓。在这一建筑物中，外柱以中心距为5.5英尺（168米）的间隔排列，内柱则用于支撑8英寸厚的混凝土平板。   筒中筒。另一个用于办公大楼的钢筋混凝土结构体系是将内部框架筒体与传统的剪力墙工艺相结合。这种体系由间距很小的柱子构成的外框架筒与围绕中心设备区的刚性剪力墙内筒组成。这种被称为筒中筒的体系使设计目前世界上最高（714英尺或218米），总费用只相当于传统35层楼高的剪力墙结构体系的轻型混凝土建筑（52层楼高的休斯顿的壳广场建筑）成为可能。   结合混凝土和钢的体系也得到发展，这方面的一个例子是由Skidmore,Owings和Merrill发展的复合体系。它是采用间距很小的混凝土外框架筒包围钢框架内筒组成，因此兼有钢筋混凝土和钢结构体系的优点。在新奥尔良的一个52层楼高的壳广场建筑便是以这一体系为基础。第七课桥梁 桥梁是跨越如河流、山谷这样障碍的一种建筑，从而提供交通便利，到目前为止，大部分桥梁都是公路桥或铁路桥。大量的高架桥于19世纪在欧洲建成，目的是保持其运河中船舶的航行。最小的一座桥在纽约市的肯尼迪机场，它主要是把滑行飞机拖到跑道上服务的。人类建成的第一座桥类似于原始人在孤立地带建成的。早期人类的工具和建筑技术如同原始人类一样都是最初级的。他们只要经过最少的加工和安装即可建成。在森林里，随处可得结实的木材和圆木，那时侯的桥极可能是由一根或并排的几根圆木建成，可能在其上覆一些木枝或草垫以方便行走。处于热带地区的印度、非洲、和南美洲纤维藤被用来建成悬索桥，这些藤被系在小河或山谷两边的树上或岩石上。一根或更多的藤被踩在上面行走，其它的则排列在膏腴几英尺的地方，用作手扶用。虽然藤索桥通常不稳定。但有很多用incas建成藤索桥有足够的坚固和稳定性，被用于西班牙士兵和它们马匹的通行。在岩石地区，石头被用来建桥，横跨河流以很小的间距布置石碓作为桥墩，然后用平坦的石头横过相邻的桥墩就建成连接两岸的通道，大部分的石桥就是这种类型，叫做鼓掌桥。现在在Dartmoor、英格兰仍然可见，不过它们都建于中世纪甚至更晚。原始桥梁的第一步变革被认为出现在中国古代，随后传入印度。河床一般比树要宽，中国人和印度人在河流的中央建成两个树桩。在这个结构的两端，用圆木的一端架在树桩上并微微向上倾斜，使其每一层都比它下面的高几英尺。为了增加稳定性，每个木桩在两岸都用一堆大而重的石头锚固；接近河中央，在河中间的两个木桩的两端则用简支梁连接。在这种结构中，天然支架桥在两个自由杆的中间加桩后可达到很宽的跨度。早在公元前４０００年的Ｍesopotamia和在公元千３０００年的埃及，用石头或日光烤干的砖被用来安装重叠的横梁。这种结构看起来像的拱，下部更平稳，被叫做突拱。要使突拱变为更直的拱，它需要石头的内部构造适合光滑。这种直拱比突拱更坚固，且早在公元前５００年就被使用。这种直石拱具有经济和经久耐用，它可以由许多静止在码头上的拱而跨过小的河流。并且，它一般会经常出现，而它的质量比先前的任何结构都要好。在中国和罗马的古代，这种整体石拱被广泛地用于桥梁结构。它一直被广泛地使用直到19世纪。这里有4类基本结构可以用作水面上的或障碍物上的桥：刚架桥、悬臂桥、拱桥、和悬索桥体系。刚架桥最简单也可能是最早使用的-即刚架桥河流。这样它的两端固定在相对的河岸。这种刚架桥可以组成某种形状的木梁、钢筋混凝土梁或更复杂的约束。刚架桥这种类型的桥的跨度可以采用在中间建桥墩或在峡谷建搁栅撑，再用几根横梁连接起来而增加跨度。刚架桥的材料必须能够承担压力和拉力。尽管它的名字叫曲梁，但实际上这种具有双重要求的杆能用于刚架桥上。结果，梁弯曲较高的部分的压力比直的部分低一半以上，如果他的受压承载力太弱，它将会成扣环，如果受拉承载力太弱，他将会破坏。悬臂桥在利用中间桥墩的长跨距桥中它通常是不可行的桥梁结构。举个例子，在深而流速急的河流或软泥中，可能很难建桥墩使它有足够深度达到基岩层。在这种情况下，刚架桥结构用两根横梁就可以延伸―――从每岸伸出一根梁，而在两根梁的端部基础进行锚固。这种简单的刚架桥结构更具有静定性，而每一根锚固的梁的这种基础结构就叫悬臂桥，或许这种最简单而熟悉的悬臂桥例子便是跳水板。在普通的悬臂式桥梁中，悬臂梁端部之间的间隙是闭合的，为道路提供了连续的桥面。但是假如把这种桥梁在其闭合点断开，那么每一根悬臂梁都不需要另外设置支撑而可保持稳定。通常悬臂梁中间间隙是闭合的既是刚架桥。如此却使悬臂粮延伸了跨度。悬索桥在没有中间桥墩的情况下比悬臂桥跨越更大的距离。悬索桥的支撑体系是靠连续可弯曲的缆绳的两端的锚固，悬索桥最简单的例子是杂技场高空走钢丝杂技演员用的钢丝。原始的悬索桥常常是一把很小的几根这样的钢丝系在一起来提供扶手和立足点的。在水平公路上的现代悬索桥则是由缆绳悬吊在车行道两边的下面。拱桥则是相反于悬索桥的作用，在那些悬索桥缆绳自由的提供支撑力的地方，拱桥却是从它的两端支柱固定的向上弯曲。由于在形状上的不同，悬索桥的缆绳的各点都趋向拉伸而拱桥的支柱的各处都趋于挤压。由于这些原因，悬索桥的缆绳必须尽可能的防止延伸，饿拱桥材料则尽可能地抵抗压缩。因为拱结构不一定要求材料具有抗拉强度，所以拱桥可以用砖或石头建造，砖或石头通过拱传递压力的特性结合在一起。这种材料在其它的基本桥梁结构中却毫无用处。在拱桥中，荷载由公路上垂直传递下来，直到拱形遭到破坏。当拱遭到纯压而达到临界荷载时，便会改变力的传递路径。有压缩力的推力通过节点或墩传到地面。拱这种简单而优美的结构成为桥梁中的一种基本结构。第11课 高速公路工程高速公路工程包括高速公路计划.选址.设计和高速公路保养。当一项高速公路工程设计建设或是改造之前，必须大致地计划考虑一下费用问题。作为概要计划的一部分，该地区在可预见的时段内（如20年）的交通流量，以及何种建设才能满足这种需求将是决定因素。为了评估交通需求量，高速公路工程师通过采集分析现有设备提供的物理数据信息——包括车流量，分布，现有交通工具的特征以及蕴涵在这些因素中的可以预知的变化。高速公路工程师必须决定新路线建筑最适合的位置.布局以及容量。通常情况下，一条初步的线路或选址和若干备选路线都会被拿来研究。细节方面设计通常在一个更佳的选址确定下来之后才开始。为了选择最佳路线，需要仔细考虑的问题包括：交通需求，（路线）横贯的地带，可通行道路的土地价值以及各种方案的结构开销的预算。在一些大型项目中，利用了航拍技术的摄影测量法被广泛用于显示该地带的特征，这也是一种最经济的方法。在那些小型工程中，地面绘图法已经很完美了。资金方面的考虑决定了一项工程是一次性实施还是是否必须分阶段建设，每阶段建设等资金到位后才开始。在决定最经济的实施方案时，工程师通过分析它的盈利性来定夺的。高速公路，街道（考虑）盈利性的三个优先顺序（依次）为：使用者，所有权上（最）邻近的所有者，大众。使用者通过降低运输费用，提高旅行舒适度，增加安全性，节约时间来提高高速公路利润。他们也获得娱乐的和教育上的好处。所有权毗邻的所有者可以通过更好的路线，提升所有权价值，更加高效的警察机关和消防保护，改善停车环境，为步行者提供更安全的交通环境，当地可通行道路（沿线）的公共设施，（诸如）水管和下水道的使用情况。对通过高速公路建设获得的各种利益的评估通常是困难的，但对一个高速公路工程来讲也是一个最重要的阶段。有一些利益可以被精确计算出，另有一些就具有相当的投机性。因此要使用许多种办法来使（工程）建设（变的）更加经济，并且许多工程上的工作都会牵涉到最佳程序的选择上。环境价值环境因素在高速公路建设中正被越来越重视，也突现出越来越高的重要性。由于环境问题导致工程被搁置甚至取消的事例，不胜枚举。环境方面的研究或调查涉及许多因素，包括噪声的产生，空气污染，对横贯地区的扰乱，对现有房屋以及可能的预备路线的破坏。可通行道路的获得高速公路工程师也必须协助得到用于新高速公路设备的可通行道路。通向市区商业中心的高速公路建设的土地的获得已被证明是非常困难的。公众需要交通工程师和城市规划者，建筑师，社会学家，以及所有对美化城市环境，提升城市功能感兴趣的团体紧密合作以确保在协调好所有主要问题（方面）的利益后再（开始）建贯通首要区域的高速公路。主要问题包括以下几点：（1）高速公路自身的美化问题是否给予了充分的注意？（2）是否为保护城市的自然风光而改变选址？（3）在某些区段需要高架高速公路的有没有一个逻辑上可以替换的降低设计被提出？（4）概略设计对降低由大流量的交通造成的噪音是否有帮助？（5）城市的一些部分是否因为这个提议选址而被独立开来？细节设计高速公路工程的细节设计部分包括用于建设的图纸或者蓝图的准备工作。这些计划展示了诸如选址，道路宽度等此类要素的尺寸，道路的最终剖面图，排水设备的位置和种类，涉及的工程量，包括地下地表的工作。 土质研究 在做分层开挖的计划时，设计工程师要考虑在开挖过程中遇到的土的种类或者削平工程沿线的高地后如何处理余土才能把它们最佳地填到需要填土的地方，或是用于该工程穿越的其他地势较低地段的筑堤工程。为此，工程师必须分析土质的等级和物理特性，决定如何才能把路堤尽可能的压实，并且计算要完成的土方工程量。电算程序如今常常被用于最后一个阶段的计算。电子设备也加快了许多其他高速公路工程的计算。大功率，（具有）高度灵活性的土方机械已被研发出来用于快速.经济的（工程）操作的实现。路面选择要建设道路表面的类型和厚度是设计中的重要部分。类型的选择取决于该类道路要承受的最大荷载，频率以及其他因素。对一些路来讲，交通量也许会如此之小以至于没有哪类路面被证明是经济的，天然土壤就被用作道路。随着交通量的增加，沙土，碎炉渣，碎石，钠硝石，碎牡蛎壳，或是以上的混合物可以被用来做路面。如果使用砂砾，通常应包含足够的黏土和优质材料来协助提高路面稳定性。氯化钙的使用可以进一步加强砂砾路面的稳定性，同时也有利于控制灰尘量。另一种路面由硅酸盐水泥加水混入路基的上面几英寸并由压路机压实。这一程序构成了土-混凝土复合路基并由沥青质材料做路面。用于大交通量的重型交通工具的道路必须仔细设计并要（设计具有）相当大的厚度。排水结构高速公路工程的许多部分是计划和建设用于高速公路或街道排水设备的，以及使得小溪穿过高速公路的可通行段。将道路或是街道表面的水移走就是表面排水。它是通过建成一条路，中间有顶以及使路肩及其附属区域倾斜，从而将水导向已有的天然沟渠，像敞开的壕沟，或是导向集水箱和地下管道的暴雨排水系统，（来实现表面排水）。如果使用了暴雨排水系统，由于它要和（城市）街道衔接，设计工程师必须考虑街道总的排水面积，期望的最大排水率，暴雨持续时间设计值，每一个集水箱的允许倾注量，以及计划的集水箱沿街间距。通过这些信息，每一个集水箱的期望容量以及地下管网的尺寸才被计算出来。设计公路下的排水设施时，工程师必须确定需要排水的范围.排水区域最大可能的降雨量.最大可能的流速，然后利用这些资料，推算所需排水结构的负荷量。概略设计中要考虑充分，不仅要适合该地区已有记录的最大流量，而且要考虑在给定年限内在最不利条件下可能发生的最大流量。开放式管道在计算预期流量是要考虑的因素包括尺寸.长度.开口形状，管壁粗糙程度，入口和下游沟渠末端的形状，入口处允许的最大水位高度以及出口处水位。休息设施许多工程和建设工作是完成提供主要高速公路沿线休息场所的，特别是（属于）国家系统的州际高速公路。这些设施必须仔细布置以便能方便安全的出入高速公路。许多设施做成景观模样坐落于森林覆盖区以便（行人）可以在地上野餐或是在森林中散步。这种休息区特别受到那些跑长途而又很少停车休息的司机的欢迎。噪声屏障控制.减少繁忙道路，特别是高速公路，沿线噪声已经变成高速公路工程中非常重要的一部分。在一些社区，人们沿高速公路两侧筑起了高墙。建造这些高墙会很花钱，但是提供了许多便利。隔音栅栏能减少全部噪声量的超过50%。建设工作尽管前期要做大量的工程和计划，但实际工程通常是建造高速公路以及街道改造中耗资最大的部分。立杆定线根据一份基于细节计划准备和规范的授权建设 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 ，工程师来到工地现场布置工程。作为立杆定线的一部分，（工程师）要指出土方工程量，排水沟结构的位置，并建立剖面图。压实（路基）重型压路机把道路下面的土壤和路基压实为了消除以后的沉降。气胎压路机和羊脚压路机（配有许多小轮齿和轮脚的钢柱轮）常常被租来完成此类工作。近年来，振荡压路机已被开发出用于某些工程。有一种振荡频率高达3400/分的振荡压路机可以压实到一个令人满意的深度范围内的地下材料。维护和操作高速公路维护由路面路肩，桥梁排水设备，标志，交通控制设备，防护围栏，行人通道上的斑马线，挡土墙以及边坡的维护和维修等组成。附加工作包括控制结冰和移走积雪。因为搞清楚为什么有些高速公路的设计比另一些高速公路有更佳的功效和更少的用于维护的开销是很值得的，所以负责监理维护的工程师能提供很有价值的引导给设计工程师。总而言之，维护和施工都是高速公路工程的重要组成部分。第15课土力学土力学研究的是力学和水力学的法则在牵涉土的工程问题中的应用。土是一种天然矿物颗粒的聚集物，有的含有有的不含有机成分，它由岩石的风化或是机械作用形成。它包括三种成分：固体矿物质，水以及空气和其他气体。土质组成变化很大，正是这种不均质性大大地阻碍了科学家对这些沉积物的研究。渐渐地，对挡土墙，基础，护堤，人行道和其他结构的事故的调查发现其原因涉及到许多天然土的知识并且它们的工况充分提高了土力学作为工程科学的一个分支。历史直到18世纪后半期，法国物理学家查尔斯-奥斯丁库仑出版他的土压力理论（1773年）之前，以科学的基础处理土的问题几乎没有任何进展。1857年，苏格兰工程师威廉姆朗金发展了一种土体平衡理论并将其用于一些初步的基础工程问题。这两大理论仍然构成了当今计算土压力理论的基础，尽管他们建立在所有土都象干沙一样不考虑内聚力这一错误概念的基础上。二十世纪的进步在于：把内聚力引入计算；了解了通常情况下土的基本物理特性和特殊情况下粘土的特性；系统地研究了土的剪切特性，即——滑动剪切条件下的变形。库仑和朗金土压力理论都假设土的剪切破坏面在一个平面内。然而对于砂土来说这是近似可信的，有内聚力土的滑动剪切面接近一个曲面。在二十世纪早期，瑞典工程师证明滑动剪切面是一个圆弧面。上个世纪后半段，在土的科研，理论的应用以及用于工程设计的经验数据方面都有了明显进步。一个显著的进步是德国工程师卡尔泰沙基在1925年出版了一本关于粘土在许用应力下固结情况的力学调查。他的被工程经验证实的分析解释了在充分渗透的粘土上沉降随时间增长的问题。泰沙基在1925年出版了Erdbaumechanik(“土力学”)一书后开辟了土力学时代。关于地基材料，人行道下的天然基础的研究始于1920年美国公共道路局。他们做了一些关于人行道设计的和天然土有关的简单实验。在英格兰，道路研究司创建于1933年。1936年第一个岩土方面的世界会议在哈佛举行。今天，市政工程极大地依赖于实验的大量数据来巩固经验以及与之相关的新的问题来建立解决方案。获得这样的土质实验的典型例子，无论如何是很极其困难的；因此有一种在实验室做比例模型来代替这种现场实验的趋向，并且许多重要的性质都是由这种方法得到的。土的工程性质决定土的工程适用性的性质包括：内摩擦力，内聚力，压缩性，弹性，渗透性以及毛细性。内摩擦力是土体抵抗滑动的力。砂土和砾石土比粘土有更大的内摩擦力；后期水气的增加会降低内摩擦力。土在重结构压迫下滑动的趋势可以转化成剪力；即使一部分土体在一个平面内水平的竖直的或其他方向的移动。这样一种剪切移动会给建筑带来危险。内聚力可以减少这种剪切危险，这是由土颗粒间分子力产生的土颗粒之间相互吸引作用以及土粒间存在水气造成的。内聚力明显受土粒间大量湿气影响。内聚力在粘土中通常很大而在砂土和淤泥土中几乎不存在。内聚力值从干砂土的0到很粘稠的粘土2000磅每平方英尺之间变化。因为可以通过碾压，夯实，振捣或其他方法压实土以增大其密度和提高其承载强度，所以可压缩性是土的一个重要特性。弹性土在受压后趋向于恢复到初始条件。弹性（延性）土不适合作为柔性人行道的地基因为他们会在上面交通的作用下压缩延展导致地基沉陷。可渗透性是土体允许水流通过其中的性质。冬季的冻融循环和夏季的干湿循环改变了土颗粒的填实密度。压缩可以减小渗透性。毛细性导致自由水延土中孔隙上升到正常水平面以上。在多数土中都存在毛细性所需要的许多管道；在粘土中，水汽可在毛细作用下上升达30英尺。土壤密度可以通过测量土的重量和体积来计算出或是通过特殊仪器测得。土的稳定性可以通过一种叫做稳定性试验机的设备来测量，它可以测量由交通荷载产生的水平压力。固结是由特殊荷载条件下产生的压缩或是土粒挤压在一起而发生的；这一性质也可以测量出。基地勘探土质调查是对将要承受工程冲击的天然及其扩展部分的土层数据的采集。花费在基地勘探上的工夫取决于工程的大小以及工程的重要性；勘探方法从肉眼观察到精细的地表下钻孔采集土样并做实验室测试。采集代表土样对于土层准确地鉴别和分类十分重要。采样数量取决于数据要求的精确度，土质的分类以及工程量的大小。通常情况下，在一个地方的天然剖面中，深度方向比水平方向有更多的土质分类参数。采集复合样品对于任何已知水平层来说都是不合适的，因为这样不能真实代表任何一处并且可能会误导。即使是水平层很细小的参数变动也要仔细表注出。土壤粒径的非类以及液限塑限的确定都是十分重要的步骤。对原位实验中获取的数据的最终用途的了解很重要。场地条件的进一步信息对于规划任何勘探项目都是很有帮助的。地形学，地理数据（地面露头，道路河流切面，湖底，气候残留物等），古生物图，航拍照片，井道日志，开挖情况等信息都是很有价值的。地理勘测方法修正出有用的数据。电阻测量可提供若干土质内部参数。地震技术通过测量穿过土层的爆炸冲击波的波速来确定不同的地下土层参数。冲击波穿过不同土层的速度差别很大。通过测量冲击波从发出到触及基岩反射回来所需的时间可以确定基岩的深度。所需要的表层信息只能通过开掘来获得。探针插入土中以显示穿透阻力。水枪或是麻花钻机用来将地表下的材料带到地表以上以获取土层信息。土的颜色的改变是此类实验可以显示的一个重要元素。多种钻探方法用于从地下获取土条。地堑或是坑可以提供浅层土质更完整的信息。如果遇到坚硬的岩石可以使用气钻或是钻石钻。至少要有一部分钻孔的深度要超过建筑结构的压力深度设计值。避免取样对结构扰动的影响对一些实验不是很严格但是对原位密度以及剪切强度的测量影响很大。完整和精确的记录，例如钻孔记录必须准备好保管好，并且样品自身也必须保管好供将来校对时用。1