土木工程專業(yè)英語(yǔ)

1、第一單元課文土木工程前言或許，工程師對(duì)于人類文明形成所做出的貢獻(xiàn)多于其他專業(yè)人才群體。在各個(gè)社會(huì)中，工程師的作用就是發(fā)展技術(shù)應(yīng)用以滿足實(shí)際需要。例如，應(yīng)用電力系統(tǒng)向城市供電，應(yīng)用水輪驅(qū)動(dòng)水碾，應(yīng)用人造心臟延長(zhǎng)生命，等。向我們提供水、燃料、電力的系統(tǒng)，交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)，以及帶來(lái)其他方便的系統(tǒng)是工程技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)物。盡管真正的工程師們?cè)谝陨线M(jìn)步和人類幸福中所起的作用，但對(duì)他們所起作用的理解仍是不完全的。工程是將知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際有效應(yīng)用的技術(shù)，工程師則是在這樣的轉(zhuǎn)化中起關(guān)鍵作用的人。工程是服務(wù)人類的職業(yè)，人類環(huán)境是需要考慮的重要事項(xiàng)。通常，區(qū)分工程師和科學(xué)家一直存在困難，決定科學(xué)家的工作在哪里終止

2、，工程師的工作從哪里開(kāi)始也存在困難。 科學(xué)與工程中有聯(lián)系的工作的基本區(qū)別在于它們的目的不同?？茖W(xué)家以發(fā)明為目的，而工程師堅(jiān)持有效使用發(fā)明來(lái)滿足人類的需要。例如，德國(guó)物理學(xué)家亨利奇赫茲發(fā)現(xiàn)了無(wú)線電波，而古里耶爾莫馬克尼則利用無(wú)線電波發(fā)展了無(wú)線電信技術(shù)，這是一項(xiàng)工程奇跡。在相關(guān)科學(xué)家建立了核裂變的科學(xué)原理后，制造原子武器、建造核電廠的艱難工作則由電力、化學(xué)和機(jī)械工程師來(lái)完成。 土木工程是以向人類提供安全、舒適住所為目的的工程分支。住所是人類的基本需要之一，它由土木工程師負(fù)責(zé)提供。供水和灌溉系統(tǒng)的有效規(guī)劃能增加一個(gè)國(guó)家的糧食產(chǎn)量。住所除了簡(jiǎn)單的掩蔽功能外，土木工程師還能將其建造來(lái)為居住者提供安寧、舒

3、適的生活。世界上的工程奇跡從塔形結(jié)構(gòu)到今天的薄殼結(jié)構(gòu)都是土木工程發(fā)展的結(jié)果。道路、鐵路、橋梁等交通網(wǎng)線是土木工程師的勞動(dòng)果實(shí)，沒(méi)有這樣的交通網(wǎng)線，社會(huì)將不可能得到發(fā)展。任何工程學(xué)科都是由各種專業(yè)分支構(gòu)成的巨大領(lǐng)域，土木工程的主要專業(yè)分支如下：1. 結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)工程是土木工程的最重要專業(yè)分支，結(jié)構(gòu)的建造需要有效的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工方法，以實(shí)現(xiàn)完整的建造目的。一般地，結(jié)構(gòu)工程建造包含五個(gè)步驟：l 定位，并合理排列結(jié)構(gòu)構(gòu)件，形成確定的形式，以實(shí)現(xiàn)最佳的使用功能。l 決定作用于結(jié)構(gòu)上不同力的大小、方向和性質(zhì)。l 結(jié)構(gòu)分析，弄清受上述作用力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的行為特征。l 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以保證不同載荷作用下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

4、性。l 結(jié)構(gòu)施工，采用精心選擇的材料，由熟練工人完成。2. 巖土工程為了實(shí)現(xiàn)建筑于地面結(jié)構(gòu)的有效功能，必須知道土的特征。巖土工程給出土的基本知識(shí)體系，這一分支涉及以下方面：l 土“土力學(xué)”下的材料的性質(zhì)和行為特征。l 結(jié)構(gòu)、機(jī)器等基礎(chǔ)的不同類型及其穩(wěn)定性。巖土工程也涉及基礎(chǔ)的分析、設(shè)計(jì)和施工。3. 流體力學(xué)、水力學(xué)和水力機(jī)械流體力學(xué)講述靜止或運(yùn)動(dòng)流體的性質(zhì)和特征，流體力學(xué)原理可以用到日常生活中，如：飛機(jī)的飛行，水中魚(yú)的游動(dòng)，以及血管中的血液循環(huán)等。水力結(jié)構(gòu)，如大壩和配水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要知道水的作用力和壓力水的特征。利用水能的機(jī)械稱為水力機(jī)械，如：渦能機(jī)利用水的勢(shì)能發(fā)電，水泵是利用機(jī)械能提升水的裝

5、置。這些機(jī)械的工作有效性取決于該學(xué)科中涉及到的流體特征。4. 交通工程一個(gè)國(guó)家的發(fā)展主要取決于可用的交通設(shè)施，一個(gè)國(guó)家的財(cái)富用可用的道路和航空設(shè)施來(lái)衡量。有三種交通模式，即：陸路、水路和空中運(yùn)輸，本專業(yè)涉及交通路線的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)。交通工程包含以下分支：公路工程、鐵路工程、港口工程、機(jī)場(chǎng)工程，分別涉及道路的規(guī)劃和設(shè)計(jì)和鐵道、港口和機(jī)場(chǎng)。5. 供水、凈化水和環(huán)境工程沒(méi)有食品人可以生存幾天，但沒(méi)有水人則活不了多久。向公眾供給飲用水和廢水的安全處理是土木工程師的責(zé)任。水來(lái)自于降水和地下水。供水工程涉及水的定位和收集、水處理方法、標(biāo)準(zhǔn)極限試驗(yàn)和水的有效供給。廢水、固體廢料、有毒廢料等不能直接排放，因

6、為這樣會(huì)影響環(huán)境。因此，必須對(duì)這些廢料進(jìn)行處理和標(biāo)準(zhǔn)極限試驗(yàn)，然后再排放。衛(wèi)生工程涉及廢水的收集，處理方法和有效排放，保證世界安全。自然和人為產(chǎn)生并排入大氣中的廢料破壞自然平衡。人為或人類活動(dòng)引起的污染物已經(jīng)超過(guò)了大氣系統(tǒng)的承受能力。環(huán)境工程師的作用是通過(guò)將各種技術(shù)應(yīng)用到廢料凈化工作中，架設(shè)起生物學(xué)和技術(shù)之間的橋梁。環(huán)境工程涉及保護(hù)環(huán)境免受人類活動(dòng)有害影響的方法，從而使得人類富裕生活的環(huán)境質(zhì)量得到改善。6. 灌溉工程灌溉可定義為通過(guò)人工方法，向耕種土地供水的過(guò)程，灌溉工程包括與江河水的控制有關(guān)的工程，以及水澇區(qū)排水的研究和設(shè)計(jì)。因此，灌溉工程涉及不同水源的控制和利用，這一工作通過(guò)修建大壩、水庫(kù)

7、、溝渠、增壓站、通往耕種土地的配水渠來(lái)實(shí)現(xiàn)。7. 測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量和遙感在重要的土木工程，如：鐵路、公路、大壩和房屋建設(shè)開(kāi)工前，需要有詳細(xì)的測(cè)量圖表明工程區(qū)域的精確邊界。測(cè)量定義為收集數(shù)據(jù)，以便將地表面上各種點(diǎn)的相對(duì)位置繪制在水平面圖上的技術(shù)，水準(zhǔn)測(cè)量則是在垂直平面上確定地面各點(diǎn)相對(duì)高程的過(guò)程。測(cè)量工作的主要目的是準(zhǔn)備出測(cè)量物體的平面圖。測(cè)量和收集必要資料，畫(huà)出平面圖需要使用各種儀器。遙感是利用空中攝影，獲取某地區(qū)周圍數(shù)據(jù)的技術(shù)，智能解釋將給出地形的清晰圖像。第2單元課文土木工程師土木工程師的任務(wù)是：規(guī)劃與設(shè)計(jì)道路、橋梁、管線、區(qū)域排水渠、機(jī)場(chǎng)、污水處理系統(tǒng)、以及其它的多種設(shè)施，并指導(dǎo)這些設(shè)施的

8、施工和維護(hù)。土木工程師可能工作在某個(gè)特定領(lǐng)域，如：施工、土地開(kāi)發(fā)、結(jié)構(gòu)或水力設(shè)計(jì)、土力學(xué)、污水處理、或固體廢料管理，他們也可能與不同專家就更廣泛的問(wèn)題進(jìn)行合作，如：土地污染或地下水污染、或能源開(kāi)發(fā)與保護(hù)。土木工程師可能設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目的主要特征，然后指導(dǎo)繪圖工作，寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明，并為最后的成本估算做準(zhǔn)備，他們也可能準(zhǔn)備契約，財(cái)產(chǎn)記述，公共道路圖等。在現(xiàn)場(chǎng)，他們常常完成測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)勘查、或施工檢查或監(jiān)管，他們也可能取土樣并進(jìn)行土體試驗(yàn)，或進(jìn)行建筑材料的試驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。在很多情況下，土木工程師的作用是保證工程項(xiàng)目安全、及時(shí)完成，并有效利用資源，這些工程包括：公路建設(shè)、廢料管理、海岸開(kāi)發(fā)和巖土工程。為對(duì)工

9、程項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃、管理、設(shè)計(jì)和施工監(jiān)管，咨詢土木工程師與客戶保持聯(lián)絡(luò)，他們工作在不同項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，他們富有經(jīng)驗(yàn)，可以作為項(xiàng)目經(jīng)理運(yùn)作項(xiàng)目。土木工程提供多種機(jī)會(huì)，并滿足有助于改進(jìn)和提高多個(gè)場(chǎng)地的大眾生活質(zhì)量，在土木工程范圍內(nèi)，咨詢工程師是設(shè)計(jì)者，合同工程師將他們的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。土木咨詢工程師向用戶提供各種各樣的服務(wù)，在他們事業(yè)的開(kāi)始階段，他們的工作是對(duì)小的工程項(xiàng)目負(fù)責(zé)，但項(xiàng)目的規(guī)?？赡茈S他們獲得經(jīng)驗(yàn)的增加而增加。結(jié)構(gòu)工程中，工程師可能完成詳細(xì)的計(jì)算，保證設(shè)計(jì)性能滿足結(jié)構(gòu)要求，這些工程師也可能去現(xiàn)場(chǎng)，確保進(jìn)行中的工作符合設(shè)計(jì)圖和說(shuō)明書(shū)，他們還可能檢查需要修理或替換的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。交通工程中，工程師設(shè)計(jì)街道

10、、公路及進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，以改善交通流動(dòng)，他們完成勘測(cè)工作，做出初步設(shè)計(jì)，并對(duì)施工中將使用的材料進(jìn)行檢查和試驗(yàn)，他們也可能準(zhǔn)備環(huán)境影響報(bào)告。這些工程師還可能進(jìn)一步擅長(zhǎng)于特定部分的工作，如：改善交通標(biāo)志，規(guī)劃設(shè)計(jì)防撞裝置，或研究行人交通。除此之外的工程師研究人口增長(zhǎng)和工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，以決定未來(lái)的交通需要。土木工程師工作在許多不同的場(chǎng)所，從安靜的現(xiàn)代辦公室到遙遠(yuǎn)地區(qū)的工作現(xiàn)場(chǎng)，他們可能頻繁旅行，或在進(jìn)行遠(yuǎn)距離項(xiàng)目時(shí)的臨時(shí)移居。他們還可能與其他的專業(yè)技術(shù)人員組成臨時(shí)項(xiàng)目工作隊(duì)，一道工作。有很多的土木工程師工作在城市、鄉(xiāng)村、州或聯(lián)邦政府，其他的則工作在咨詢公司，或擔(dān)當(dāng)獨(dú)立顧問(wèn)，有的工程師為建筑公司工作，有少

11、數(shù)在大學(xué)全職或兼職從事教學(xué)。 這一行業(yè)的就業(yè)情況受到建筑活動(dòng)及政府聘用波動(dòng)的嚴(yán)重影響。現(xiàn)階段，該行業(yè)各個(gè)方面的就業(yè)增長(zhǎng)略受限制，盡管無(wú)工作經(jīng)驗(yàn)大學(xué)畢業(yè)生數(shù)量一般能滿足入門(mén)級(jí)崗位數(shù)量的需求，但有特殊技能和經(jīng)驗(yàn)的高素質(zhì)工程師短缺，最大短缺將最可能在施工、交通、能源產(chǎn)生和分配、環(huán)境保護(hù)和抗震工程等領(lǐng)域。由于該行業(yè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的巨大依賴性，具有計(jì)算機(jī)科學(xué)培訓(xùn)或經(jīng)驗(yàn)的土木工程師將有特別好的機(jī)會(huì)?？拐鸸こ處?、能源生產(chǎn)與分配工程師、及環(huán)保工程師特別短缺。加利福利亞土木工程師的中等小時(shí)工資為29.71美元，附加福利通常包括帶薪度假、病假和健康保險(xiǎn)，一些雇主還提供退休養(yǎng)老計(jì)劃和利潤(rùn)分享。通常，土木工程師每周

12、工作40小時(shí)，但當(dāng)工程期限有要求時(shí)工作延時(shí)，例如施工項(xiàng)目的工程師常常在繁忙期超時(shí)工作。土木工程師必需將數(shù)學(xué)和力學(xué)的喜好與對(duì)社區(qū)事務(wù)和環(huán)境問(wèn)題的興趣結(jié)合起來(lái)，他們必須能夠組織、分析、評(píng)估技術(shù)資料，以解決詳細(xì)的工程問(wèn)題，并作為隊(duì)員之一工作。打算成為土木工程師的高中學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)大學(xué)的預(yù)備課程，如：化學(xué)、物理和英語(yǔ)，以及業(yè)務(wù)和繪圖課程。這些人應(yīng)該盡可能多地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)課程，包括：代數(shù)、幾何、三角和微積分。土木工程的理工科學(xué)士是大多數(shù)入門(mén)級(jí)崗位的最低要求，研究和大學(xué)教學(xué)要求碩士或博士，某些學(xué)校開(kāi)設(shè)了工程技術(shù)認(rèn)定委員會(huì)（ABET）認(rèn)定的土木工程必修課。雇主建議學(xué)生通過(guò)暑假工作或大學(xué)的工作學(xué)習(xí)計(jì)劃獲得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，

13、雇主也給學(xué)生推薦計(jì)算機(jī)課程，因?yàn)檫@一職業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)有依賴性。所有的咨詢土木工程師都要求獲得州職業(yè)工程師注冊(cè)委員會(huì)的登記，負(fù)責(zé)批準(zhǔn)計(jì)劃、技術(shù)說(shuō)明書(shū)和報(bào)告的土木工程師也要求獲得這樣的登記注冊(cè)，很多雇主要求特定水平的進(jìn)一步注冊(cè)（大多數(shù)公共機(jī)構(gòu)中的副土木工程師）。注冊(cè)要求通過(guò)兩門(mén)考試和一到六年的土木工程工作經(jīng)驗(yàn)，成功的候選者將收到土木工程師注冊(cè)證書(shū)。在政府工作的土木工程師常常從實(shí)習(xí)工程師開(kāi)始他們的事業(yè)生涯。當(dāng)他們獲得經(jīng)驗(yàn)后，他們可能晉升到助理工程師、副工程師和高級(jí)工程師崗位。為了獲得更高的薪水，有資歷的文職工程師可以轉(zhuǎn)移到管理和行政崗位。在私人企業(yè)工作的土木工程師可以晉升在責(zé)任更大的工作崗位，如：職

14、員工程師、項(xiàng)目工程師、或主任工程師。獲得資質(zhì)后，這些人可以擔(dān)當(dāng)私人公司的顧問(wèn)，或進(jìn)入他們有可能晉升到高級(jí)管理層次的行政崗位。為了推動(dòng)土木工程的進(jìn)步，理工科碩士學(xué)位正變得愈加重要。在招聘入門(mén)級(jí)崗位時(shí)，某些雇主舉行校園面試，其他的雇主則需要來(lái)自大學(xué)就業(yè)中心或工程教研組的推薦。高級(jí)崗位的招聘可能在報(bào)紙和專業(yè)雜志上刊登廣告，雇主和應(yīng)聘者也可以利用專業(yè)協(xié)會(huì)、私人就業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)、或加州就業(yè)局的招聘服務(wù)，政府機(jī)構(gòu)一般會(huì)發(fā)布行政事務(wù)公告，告知所有通過(guò)行政事務(wù)招聘程序獲得的當(dāng)前崗位。第3單元課文 多層建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框架。多層建筑的鋼框架是梁、次梁或桁架和柱的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)來(lái)承受結(jié)構(gòu)的全部重力載荷，并抵抗風(fēng)力和地震力。屋

15、面和樓板系統(tǒng)由跨于兩垂直立柱之間的水平梁、格柵梁直接支撐，典型的層或樓面通?？梢栽谒椒较蜓由斓礁蟮姆秶驮诖怪狈较蛑貜?fù)到摩天高度，除非遇到高風(fēng)力或地震載荷，要求對(duì)框架設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。在結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計(jì)中，一開(kāi)始應(yīng)該注意到對(duì)特殊設(shè)施的規(guī)定，如電梯井和樓梯間，這些構(gòu)件穿過(guò)幾個(gè)樓層，要求固定某些立柱的位置。其余立柱可以排列成基于建筑學(xué)布置和屋面、樓面、墻體和隔墻采用的典型施工考慮的規(guī)則形式。根據(jù)連接的型式和特點(diǎn)，美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)的規(guī)范允許三種鋼框架結(jié)構(gòu)類型。類型1，通常命名為 “剛框架”（連續(xù)框架），假定梁柱的連接具有足夠剛度，以實(shí)質(zhì)上保持相接兩構(gòu)件的原有夾角不變。類型2，通常命名為 “簡(jiǎn)支”框架，（

16、無(wú)約束，自由端），假定就重力載荷而言，梁端、次梁端之間的連接只為抗剪，重力載荷下，可自由旋轉(zhuǎn)。類型3，通常命名為 “半剛性”框架（部分約束），假定梁和格梁的連接具有相關(guān)的、已知的抗彎矩能力，程度介于類型1的在完全剛性和類型2的完全柔性之間。這一部分，應(yīng)特別關(guān)注類型2的結(jié)構(gòu)中（“簡(jiǎn)支”框架）中的抗風(fēng)支撐的其他要求。為了給建筑物提供側(cè)向剛度，特別是具有類型2的框架連接，可以設(shè)計(jì)一個(gè)支撐系統(tǒng)來(lái)抵抗有風(fēng)和地震載荷作用于外墻上的側(cè)向力。作用于外墻的風(fēng)載荷由樓面系統(tǒng)傳遞給剛框架系統(tǒng)中的支撐排架或剪力墻。如果樓面剛度不夠以傳遞載荷，必須在排架之間提供水平支撐系統(tǒng)。支撐排架可以布置在外墻中、永久性內(nèi)墻中、電梯

17、和樓梯井周圍、及這些支撐不礙事的其他服務(wù)區(qū)。如果可能，支撐排架應(yīng)該在建筑物內(nèi)對(duì)稱布置，以避免建筑物繞垂直軸的扭曲。風(fēng)載荷在支撐排架上的分配應(yīng)該考慮風(fēng)合力作用線與抗風(fēng)系統(tǒng)阻力中線之間的偏心。用于獲得正規(guī)形狀建筑物剛度的兩種方法如圖3.1所示。在核心墻型式中。側(cè)向載荷抵抗系統(tǒng)與中心的公用設(shè)施有機(jī)結(jié)合；在承載墻型式中，外墻被約束而增加剛度，因此建筑物像是一個(gè)巨大的懸臂箱形體。承載墻式排架的使用是紐約世貿(mào)中心和芝加哥約翰漢考克大廈降低結(jié)構(gòu)框架成本的重要因素。圖3.1 增加剛度的墻體布置排架的約束方式有很多種。全對(duì)角拉接是抗風(fēng)支撐最經(jīng)濟(jì)的型式，這種型式略受窗戶和門(mén)開(kāi)口的頻繁使用限制。通常，橋門(mén)撐架的費(fèi)用

18、更高，僅用于大空間的情況?？崭剐屠闻偶芫哂薪ㄖW(xué)上容易處理的優(yōu)點(diǎn)，而且可以用在外墻上作為建筑物正面的一部分。樓面系統(tǒng)。多層建筑的樓面系統(tǒng)是比用于工業(yè)建筑類型更為精心的結(jié)構(gòu)，它是包括次梁和主梁的框架，這一框架支撐樓覆蓋層。目前，有幾種不同的覆蓋層可供應(yīng)用，這些覆蓋層的耐久性、抗火性、重量和對(duì)已建成樓面和天花板適應(yīng)性，以及對(duì)設(shè)備安裝適應(yīng)性不同。適當(dāng)樓面覆蓋層的選擇取決于占用要求，結(jié)構(gòu)適用性和成本因素。當(dāng)前使用中的樓面結(jié)構(gòu)更為普遍的類型有：（1）鋼筋混凝土板，（2）混凝土板系統(tǒng)，（3）空腹托梁系統(tǒng)，（4）多孔鋼梁系統(tǒng)，（5）這四種類型的變種。當(dāng)希望高度剛性時(shí)，鋼筋混凝土板是適當(dāng)?shù)?，雖然輕混凝土的使

19、用已大大減少了恒載，但這一系統(tǒng)是鋼框架建筑物中采用的重量最大的樓面結(jié)構(gòu)類型之一。在混凝土板系統(tǒng)中，金屬板和支撐厚木板構(gòu)成澆注混凝土的模板，這導(dǎo)致了加肋混凝土樓面，這是一種比傳統(tǒng)鋼筋混凝土板更輕質(zhì)的樓板系統(tǒng)。最輕型的樓面結(jié)構(gòu)類型之一是空腹托梁系統(tǒng)。該系統(tǒng)由2到2.5英寸的混凝土構(gòu)成，混凝土現(xiàn)澆在肋鋼絲網(wǎng)上，鋼絲網(wǎng)下方鋪有重紙板，重紙板直接敷在托梁上。滿意的托梁設(shè)計(jì)與施工通過(guò)堅(jiān)持剛托梁學(xué)會(huì)的規(guī)定來(lái)保證。目前有幾種預(yù)制的托梁類型可供使用。多孔鋼樓面具有與空腹托梁系統(tǒng)可比的重量，覆蓋層上面的混凝土僅作光潔材料用，低強(qiáng)度的輕質(zhì)混凝土足以達(dá)到此目的。承載系統(tǒng)由輕型冷軋多孔構(gòu)件組成，這一系統(tǒng)簡(jiǎn)化了設(shè)備線路的

20、安裝，因?yàn)榫W(wǎng)孔可作為通道，這起到降低多孔層高初期成本的作用。第4單元課文 框架系統(tǒng)工程師如何設(shè)計(jì)建筑物來(lái)抵抗地層運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的各種力呢？從實(shí)質(zhì)上講，他們必須在一組小構(gòu)件中進(jìn)行選擇，然后將選出來(lái)的構(gòu)件在他們的設(shè)計(jì)中進(jìn)行組合，形成完整的抗力系統(tǒng)。有三種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)能夠抵擋風(fēng)或地震在建筑物中產(chǎn)生的側(cè)向力，它們是剪力墻、支撐結(jié)構(gòu)和抗彎結(jié)構(gòu)（有時(shí)稱為剛架）。實(shí)際上，必須在這三種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中進(jìn)行選擇。因此，設(shè)計(jì)人員只選擇一種類型的結(jié)構(gòu)體系來(lái)抵抗所受載荷。這種選擇必須在設(shè)計(jì)的早期階段完成，因?yàn)檫x用構(gòu)件的不同特征在功能和美學(xué)上對(duì)建筑設(shè)計(jì)有很大的影響。例：如果將剪力墻選為抗風(fēng)或抗地震系統(tǒng)，那么建筑物將具有永久性墻體形式，

21、這些墻體將從屋頂?shù)交A(chǔ)穿過(guò)每一樓層。盡管這樣的結(jié)構(gòu)形式在建筑物是公寓或旅館時(shí)可以接受，但如果建筑物是出租寫(xiě)字樓，則建筑物的功能將受影響，因?yàn)檫@種情況下對(duì)建筑物內(nèi)部空間的要求是經(jīng)常改變的。應(yīng)該注意到，抗彎結(jié)構(gòu)有時(shí)與其它的某一系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，形成雙重系統(tǒng)，其中抗彎結(jié)構(gòu)對(duì)其它系統(tǒng)有輔助作用。這種情況下，兩種系統(tǒng)相互作用，共同承載。在水平面上，隔斷一般由樓面和屋面單元形成，是必需的。（然而，有時(shí)水平支撐系統(tǒng)用作隔斷，它獨(dú)立于屋面和樓面結(jié)構(gòu)）。隔斷將側(cè)向力傳遞給垂直抗力單元剪力墻或框架。設(shè)計(jì)剪力墻以承受來(lái)自隔斷的側(cè)向力，并將這些力傳給地面。剪力墻中的力主要是剪切力，剪力使剪力墻的材料纖維試圖彼此滑移。板房

22、是剪力墻結(jié)構(gòu)，足夠多的板墻必須彼此垂直布置，否則房屋將會(huì)坍塌。這是一種很無(wú)效的結(jié)構(gòu)，因?yàn)閴w之間，墻體與隔斷之間并無(wú)聯(lián)系，如果這些墻體用公母槽或銷釘連接，這種結(jié)構(gòu)將變成對(duì)其大小和重量非常有效的結(jié)構(gòu)。類似地，建筑物中墻體與樓面、屋面板之間的連接一定有很高的強(qiáng)度和延展性。支撐結(jié)構(gòu)與剪力墻具有同樣的作用形式，但一般地，根據(jù)細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同，支撐結(jié)構(gòu)的抗力很小，而延展性較好。支撐通過(guò)三角形幾何特性產(chǎn)生抗力，三角形幾何特性預(yù)防結(jié)構(gòu)受到側(cè)向推力時(shí)垮塌。自行車是人們熟悉的支撐結(jié)構(gòu)例子，如果沒(méi)有支撐之間的對(duì)角連接，其他構(gòu)件和連接點(diǎn)就必須有更大強(qiáng)度，以防結(jié)構(gòu)散架。在有支撐結(jié)構(gòu)的建筑物中，側(cè)向力可能引起支撐不斷

23、拉伸和壓縮，進(jìn)一步使其失去有效性，產(chǎn)生大的扭曲，最終導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)試圖支撐的垂直結(jié)構(gòu)垮塌。因而，延展性必須設(shè)計(jì)成支撐結(jié)構(gòu)，以便他能夠變形而不會(huì)突然折斷?？箯澖Y(jié)構(gòu)是針對(duì)框架結(jié)構(gòu)的工程術(shù)語(yǔ)?？箯澖Y(jié)構(gòu)中，側(cè)向力主要通過(guò)梁柱的彎矩來(lái)抵抗，這種彎矩由梁柱之間高強(qiáng)度的剛性連接所產(chǎn)生。（對(duì)工程師來(lái)說(shuō)，力對(duì)某一點(diǎn)的矩等于力乘該點(diǎn)與力作用線之間的距離）。簡(jiǎn)單的梯子是抗彎結(jié)構(gòu)的例子。在使用抗彎結(jié)構(gòu)的樓房中，不需要墻體或支撐結(jié)構(gòu)，然而，節(jié)點(diǎn)將受到高應(yīng)力，而且樓房的結(jié)構(gòu)細(xì)部在鋼和鋼筋混凝土中是很重要的。最后一點(diǎn)，抗彎結(jié)構(gòu)利用來(lái)自延性的吸能，延性即是結(jié)構(gòu)最后破壞前的永久變形。延性是某些材料特別是鋼只有在出現(xiàn)很大扭曲或變形

24、后才會(huì)破壞的特性。金屬變形吸收能量，延緩結(jié)構(gòu)的完全破壞。材料彎曲而不破壞，雖然有效性降低，但繼續(xù)抵抗力和承受載荷， 因此抗彎結(jié)構(gòu)一般是鉚接或焊接的鋼結(jié)構(gòu)，其中材料的自然延性是優(yōu)點(diǎn)。然而，含有大量精確定位加強(qiáng)鋼筋且配筋合理的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是同樣有效的延性抗彎結(jié)構(gòu)。第5單元課文 地層運(yùn)動(dòng)時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生什么？本文集中討論地震在建筑物上引起的危險(xiǎn)，通過(guò)建筑規(guī)范可以采取的措施和降低風(fēng)險(xiǎn)的自主性教育。首先，而且最重要的，是處于住宅、學(xué)校、商場(chǎng)及可能有數(shù)千人聚集觀看體育比賽或聽(tīng)音樂(lè)會(huì)的地方，以及別的地方的人的生命危險(xiǎn)。人生命之外的危險(xiǎn)是地震引起的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)破壞，中等地震可能會(huì)導(dǎo)致許多房屋、工作、投資和社會(huì)資

25、源的損失。盡管地震會(huì)引起公共設(shè)施，如：供水和供電的破壞和中斷，但這些問(wèn)題是相對(duì)短期的，因?yàn)橐话闱闆r下公共設(shè)施公司都會(huì)遇到這樣的中斷，而且有應(yīng)付的準(zhǔn)備。地震可能引起交通系統(tǒng)的嚴(yán)重破壞，如：鐵路和高速公路的中斷，而且橋梁和天橋坍塌引起人員傷亡，像1989年洛馬普列塔地震和1985年加州北嶺地震中出現(xiàn)的情況那樣。然而，這些是特殊問(wèn)題，主要由州交通部門(mén)處理。實(shí)質(zhì)上，提高建筑物的抗震特性被看成是減少地震對(duì)公眾和社會(huì)威脅的關(guān)鍵。建筑物的健康與安全問(wèn)題，一般通過(guò)書(shū)面的建筑規(guī)范控制，以保證一些不重要的設(shè)計(jì)與施工規(guī)范得到堅(jiān)持，以避免建筑物的某些潛在危險(xiǎn)。這些規(guī)范一般建立在最大載荷這樣的事情上，以至于房屋的樓板不

26、會(huì)因?yàn)槿?、設(shè)備和最小高度（以致人不會(huì)翻過(guò)）的走廊欄桿等引起過(guò)載而垮塌。這些規(guī)定保證通常的最小安全標(biāo)準(zhǔn)，而且意味著設(shè)計(jì)者努力工作來(lái)達(dá)到通常的標(biāo)準(zhǔn)，而不必努力依靠自己每次設(shè)計(jì)新建筑去解決建筑設(shè)計(jì)中的所有問(wèn)題。在美國(guó)的地震多發(fā)區(qū)，如：加州和阿拉斯加州，抗震規(guī)范得到了發(fā)展，幾十年來(lái)被當(dāng)?shù)厣鐣?huì)執(zhí)行，現(xiàn)有的大多數(shù)建筑物設(shè)計(jì)時(shí)都考慮了抗震要求。然而，由于抗震建筑設(shè)計(jì)“科學(xué)”是相對(duì)較新的領(lǐng)域（第一個(gè)抗震規(guī)范于1972年在加州才得以執(zhí)行），按照早期規(guī)范設(shè)計(jì)的建筑現(xiàn)在認(rèn)為不一定安全的，某些情況下在這些地區(qū)必須繼續(xù)工作，以加固和改善依照早期規(guī)范條款設(shè)計(jì)的建筑，并且完善規(guī)范。在美國(guó)的地震威脅沒(méi)有伴隨不斷出現(xiàn)地震的地區(qū)

27、，情況則不相同。許多處于危險(xiǎn)的建筑物數(shù)目繁多，這些建筑物設(shè)計(jì)時(shí)未考慮抗震問(wèn)題，而且每年新建的建筑物一直都在加長(zhǎng)這一危險(xiǎn)建筑物清單。當(dāng)不可避免的大地震或中度地震出現(xiàn)時(shí)，這些建筑物可能遭受災(zāi)難性損失。如：地震專家引述日本神戶市的駭人破壞，1995年的那場(chǎng)地震導(dǎo)致了5,000多人失去生命。該地區(qū)過(guò)去一直被地震專家和地球科學(xué)家認(rèn)定為地震危險(xiǎn)區(qū)，但由于幾百年來(lái)嚴(yán)重的地震未影響到神戶市，當(dāng)?shù)氐慕ㄖ铮m然設(shè)計(jì)時(shí)考慮了抗震規(guī)范）是脆弱的，當(dāng)?shù)厝藗兒驼木o急響應(yīng)服務(wù)在很大程度上處于無(wú)準(zhǔn)備狀態(tài)。在其居民一生未出現(xiàn)大地震的社區(qū)，地震經(jīng)歷是難以想象的，而且也難以形象化地震對(duì)熟悉的建筑物和其他結(jié)構(gòu)物造成的后果。本文

28、的意圖是給讀者地震對(duì)建筑物造成破壞類型的某些概念，圖片一般展示了加州和阿拉斯加州地震的結(jié)果，而且在極大程度上顯示了按照低于現(xiàn)在抗震規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的舊建筑物，或抗震規(guī)范執(zhí)行前未進(jìn)行抗震加強(qiáng)的磚混建筑物的破壞結(jié)果。長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為未進(jìn)行抗震加強(qiáng)的磚混建筑物的抗震性能是很差的。一般地，未進(jìn)行抗震加強(qiáng)的磚混建筑物有磚或石塊承重墻，木框架的樓面和屋面。樓面和屋面趨向于與墻體脫離和破壞，墻體上部，特別是女兒墻趨于垮塌，而且根據(jù)砂漿的質(zhì)量和時(shí)間，墻體也趨于破壞。在加利福尼亞，加州要求所有城市都要提出其未抗震加強(qiáng)磚混建筑物的清單，并提出對(duì)建筑物的拆除或加固計(jì)劃。在洛衫磯，1981年生效了一項(xiàng)法令，要求所有抗震

29、加固建筑物的所有者于1995年前要么拆除，要么加固建筑物，實(shí)質(zhì)上要求對(duì)這類所有的8,000建筑物或者拆除，或者加固。1994年的北嶺地震表明，與早期的地震相比，這類建筑物的性能得到明顯改進(jìn)沒(méi)有人員死亡，受傷的人很少，舊金山和其他的很多加州城市現(xiàn)在也生效了類似的法令。人們對(duì)材料特性完全了解之前設(shè)計(jì)的舊一些的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)在地震中遭受了嚴(yán)重破壞，如果沒(méi)有用鋼筋高度加強(qiáng)，混凝土是脆性材料，趨于沒(méi)有警報(bào)的破壞。在國(guó)外地震造成了許多徹底的垮塌，但是在加州和阿拉斯加州，徹底的垮塌很少。然而，那些不可挽回的損失是巨大的。幾乎沒(méi)有構(gòu)造墻體的框架結(jié)構(gòu)遭到了最嚴(yán)重破壞，而對(duì)有很多混凝土墻的結(jié)構(gòu)物，問(wèn)題則沒(méi)那么

30、尖銳。20世紀(jì)70年代生效以來(lái)，抗震規(guī)范要求專門(mén)的加固，這大大降低了這些脆性破壞的可能性。通常用于工業(yè)和商業(yè)廠房的預(yù)制鋼筋混凝土建筑物也在地震中遭受嚴(yán)重破壞，在這些類型的建筑物中，破壞主要是由于預(yù)制構(gòu)件之間或墻體與屋面之間的連接不足。圖5.1中的建筑物是奧利弗醫(yī)院，在971年加州舊金山地震中遭受了嚴(yán)重破壞，原因主要在“軟弱層”（即：其下部?jī)蓪拥娜嵝源笥谝鹌茐牡纳喜繕菍樱l件引起破壞，這種破壞發(fā)生在結(jié)構(gòu)從柔性柱變成剛性墻的地方。在典型的建筑物中圖5.1 1971年地震中損壞的奧利夫.弗醫(yī)院，結(jié)構(gòu)構(gòu)件（樓板和屋面結(jié)構(gòu)、承重墻、柱、梁、基礎(chǔ)）僅占到建筑成本的大約15%20%，非構(gòu)造的建筑、機(jī)械和電

31、器構(gòu)件占據(jù)建筑物重置價(jià)值的70%85%。雖然所有非構(gòu)造構(gòu)件受到損壞，或者直接由于搖晃，或者由于結(jié)構(gòu)建筑運(yùn)動(dòng)引起的扭曲。房屋的居住者特別易受非構(gòu)造性構(gòu)件破壞的傷害，垮落的女人墻和玻璃則造成屋外人的傷害，甚至死亡。受損的機(jī)械和電器部件會(huì)引起火災(zāi)和爆炸，此外，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件損壞的修復(fù)是很昂貴的，而且可能發(fā)生在沒(méi)有或有很少結(jié)構(gòu)損壞的時(shí)候。據(jù)估計(jì)，在最近的地震中，沒(méi)有嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損壞的很多建筑物都遭受了相當(dāng)?shù)姆菢?gòu)造件損壞，有時(shí)總損失多達(dá)建筑物置換價(jià)值的50%。第6單元課文 結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析對(duì)工程問(wèn)題，不是總能獲得嚴(yán)格的數(shù)學(xué)解。事實(shí)上，只能對(duì)某些簡(jiǎn)單的情況獲得解析解。對(duì)涉及到復(fù)雜材料性質(zhì)、載荷和邊界條件的問(wèn)題，工程師們