土木工程專業(yè)英語正文課文翻譯

PAGE90第一課土木工程學(xué)土木工程學(xué)作為最老的工程技術(shù)學(xué)科，是指規(guī)劃，設(shè)計，施工及對建筑環(huán)境的管理。此處的環(huán)境包括建筑符合科學(xué)規(guī)范的所有結(jié)構(gòu)，從灌溉和排水系統(tǒng)到火箭發(fā)射設(shè)施。土木工程師建造道路，橋梁，管道，大壩，海港，發(fā)電廠，給排水系統(tǒng)，醫(yī)院，學(xué)校，公共交通和其他現(xiàn)代社會和大量人口集中地區(qū)的基礎(chǔ)公共設(shè)施。他們也建造私有設(shè)施，比如飛機場，鐵路，管線，摩天大樓，以及其他設(shè)計用作工業(yè)，商業(yè)和住宅途徑的大型結(jié)構(gòu)。此外，土木工程師還規(guī)劃設(shè)計及建造完整的城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，并且最近一直在規(guī)劃設(shè)計容納設(shè)施齊全的社區(qū)的空間平臺。

土木一詞來源于拉丁文詞“公民”。在1782年，英國人JohnSmeaton為了把他的非軍事工程工作區(qū)別于當(dāng)時占優(yōu)勢地位的軍事工程師的工作而采用的名詞。自從那時起，土木工程學(xué)被用于提及從事公共設(shè)施建設(shè)的工程師，盡管其包含的領(lǐng)域更為廣闊。領(lǐng)域。因為包含范圍太廣，土木工程學(xué)又被細分為大量的技術(shù)專業(yè)。不同類型的工程需要多種不同土木工程專業(yè)技術(shù)。一個項目開始的時候，土木工程師要對場地進行測繪，定位有用的布置，如地下水水位，下水道，和電力線。巖土工程專家則進行土力學(xué)試驗以確定土壤能否承受工程荷載。環(huán)境工程專家研究工程對當(dāng)?shù)氐挠绊懀▽諝夂偷叵滤目赡芪廴?，對?dāng)?shù)貏又参锷畹挠绊懀约叭绾巫尮こ淘O(shè)計滿足政府針對環(huán)境保護的需要。交通工程專家確定必需的不同種類設(shè)施以減輕由整個工程造成的對當(dāng)?shù)毓泛推渌煌ňW(wǎng)絡(luò)的負擔(dān)。同時，結(jié)構(gòu)工程專家利用初步數(shù)據(jù)對工程作詳細規(guī)劃，設(shè)計和說明。從項目開始到結(jié)束，對這些土木工程專家的工作進行監(jiān)督和調(diào)配的則是施工管理專家。根據(jù)其他專家所提供的信息，施工管理專家計算材料和人工的數(shù)量和花費，所有工作的進度表，訂購工作所需要的材料和設(shè)備，雇傭承包商和分包商，還要做些額外的監(jiān)督工作以確保工程能按時按質(zhì)完成。

貫穿任何給定項目，土木工程師都需要大量使用計算機。計算機用于設(shè)計工程中使用的多數(shù)元件（即計算機輔助設(shè)計，或者CAD）并對其進行管理。計算機成為了現(xiàn)代土木工程師的必備品，因為它使得工程師能有效地掌控所需的大量數(shù)據(jù)從而確定建造一項工程的最佳方法。

結(jié)構(gòu)工程學(xué)。在這一專業(yè)領(lǐng)域，土木工程師規(guī)劃設(shè)計各種類型的結(jié)構(gòu)，包括橋梁，大壩，發(fā)電廠，設(shè)備支撐，海面上的特殊結(jié)構(gòu)，美國太空計劃，發(fā)射塔，龐大的天文和無線電望遠鏡，以及許多其他種類的項目。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)用計算機確定一個結(jié)構(gòu)必須承受的力：自重，風(fēng)荷載和颶風(fēng)荷載，建筑材料溫度變化引起的脹縮，以及地震荷載。他們也需確定不同種材料如鋼筋，混凝土，塑料，石頭，瀝青，磚，鋁或其他建筑材料等的復(fù)合作用。

水利工程學(xué)。土木工程師在這一領(lǐng)域主要處理水的物理控制方面的種種問題。他們的項目用于幫助預(yù)防洪水災(zāi)害，提供城市用水和灌溉用水，管理控制河流和水流物，維護河灘及其他濱水設(shè)施。此外，他們設(shè)計和維護海港，運河與水閘，建造大型水利大壩與小型壩，以及各種類型的圍堰，幫助設(shè)計海上結(jié)構(gòu)并且確定結(jié)構(gòu)的位置對航行影響。

巖土工程學(xué)。專業(yè)于這個領(lǐng)域的土木工程師對支撐結(jié)構(gòu)并影響結(jié)構(gòu)行為的土壤和巖石的特性進行分析。他們計算建筑和其他結(jié)構(gòu)由于自重壓力可能引起的沉降，并采取措施使之減少到最小。他們也需計算并確定如何加強斜坡和填充物的穩(wěn)定性以及如何保護結(jié)構(gòu)免受地震和地下水的影響。

環(huán)境工程學(xué)。在這一工程學(xué)分支中，土木工程師設(shè)計，建造并監(jiān)視系統(tǒng)以提供安全的飲用水，同時預(yù)防和控制地表和地下水資源供給的污染。他們也設(shè)計，建造并監(jiān)視工程以控制甚至消除對土地和空氣的污染。他們建造供水和廢水處理廠，設(shè)計空氣凈化器和其他設(shè)備以最小化甚至消除由工業(yè)加工、焚化及其他產(chǎn)煙生產(chǎn)活動引起的空氣污染。他們也采用建造特殊傾倒地點或使用有毒有害物中和劑的措施來控制有毒有害廢棄物。此外，工程師還對垃圾掩埋進行設(shè)計和管理以預(yù)防其對周圍環(huán)境造成污染。

交通工程學(xué)。從事這一專業(yè)領(lǐng)域的土木工程師建造可以確保人和貨物安全高效運行的設(shè)施。他們專門研究各種類型運輸設(shè)施的設(shè)計和維護，如公路和街道，公共交通系統(tǒng)，鐵路和飛機場，港口和海港。交通工程師應(yīng)用技術(shù)知識及考慮經(jīng)濟，政治和社會因素來設(shè)計每一個項目。他們的工作和城市規(guī)劃者十分相似，因為交通運輸系統(tǒng)的質(zhì)量直接關(guān)系到社區(qū)的質(zhì)量。渠道工程學(xué)。在土木工程學(xué)的這一支鏈中，土木工程師建造渠道和運送從煤泥漿(混合的煤和水)和半流體廢污，到水、石油和多種類型的高度可燃和不可燃的氣體中分離出來的液體，氣體和固體的相關(guān)設(shè)備。工程師決定渠道的設(shè)計，項目所處地區(qū)必須考慮到的經(jīng)濟性和環(huán)境因素，以及所使用材料的類型——鋼、混凝土、塑料、或多種材料的復(fù)合——的安裝技術(shù)，測試渠道強度的方法，和控制所運送流體材料保持適當(dāng)?shù)膲毫土魉?。?dāng)流體中攜帶危險材料時，安全性因素也需要被考慮。建筑工程學(xué)。土木工程師在這個領(lǐng)域中從開始到結(jié)束監(jiān)督項目的建筑。他們，有時被稱為項目工程師，應(yīng)用技術(shù)和管理技能，包括建筑工藝，規(guī)劃，組織，財務(wù)，和操作項目建設(shè)的知識。事實上，他們協(xié)調(diào)工程中每個人的活動：測量員，布置和建造臨時道路和斜坡，開挖基礎(chǔ)，支模板和澆注混凝土的工人，以及鋼筋工人。這些工程師也向結(jié)構(gòu)的業(yè)主提供進度計劃報告。

社區(qū)和城市規(guī)劃。從事土木工程這一方面的工程師可能規(guī)劃和發(fā)展一個城市中的社區(qū)，或整個城市。此規(guī)劃中所包括的遠遠不僅僅為工程因素，土地的開發(fā)使用和自然資源環(huán)境的，社會的和經(jīng)濟的因素也是主要的成分。這些土木工程師對公共建設(shè)工程的規(guī)劃和私人建筑的發(fā)展進行協(xié)調(diào)。他們評估所需的設(shè)施，包括街道，公路，公共運輸系統(tǒng)，機場，港口，給排水和污水處理系統(tǒng)，公共建筑，公園，和娛樂及其他設(shè)施以保證社會，經(jīng)濟和環(huán)境地協(xié)調(diào)發(fā)展。攝影測量，測量學(xué)和地圖繪制。在這一專業(yè)領(lǐng)域的土木工程師精確測量地球表面以獲得可靠的信息來定位和設(shè)計工程項目。這一方面包括高工藝學(xué)方法，如衛(wèi)星成相，航拍，和計算機成相。來自人造衛(wèi)星的無線電信號，通過激光和音波柱掃描被轉(zhuǎn)換為地圖，為隧道鉆孔，建造高速公路和大壩，繪制洪水控制和灌溉方案，定位可能影響建筑項目的地下巖石構(gòu)成，以及許多其他建筑用途提供更精準(zhǔn)的測量。其他的專門項目。還有兩個并不完全在土木工程范圍里面但對訓(xùn)練相當(dāng)重要的附加的專門項目是工程管理和工程教學(xué)。工程管理。許多土木工程師都選擇最終通向管理的職業(yè)。其他則能讓他們的事業(yè)從管理位置開始。土木工程管理者結(jié)合技術(shù)上的知識和一種組織能力來協(xié)調(diào)勞動力，材料，機械和錢。這些工程師可能工作在政府——市政、國家、州或聯(lián)邦；在美國陸軍軍團作為軍隊或平民的管理工程師；或在半自治地區(qū)，城市主管當(dāng)局或相似的組織。他們也可能管理規(guī)模為從幾個到百個雇員的私營工程公司。工程教學(xué)。通常選擇教學(xué)事業(yè)的土木工程師教授研究生和本科生技術(shù)上的專門項目。許多從事教學(xué)的土木工程師參與會導(dǎo)致建筑材料和施工方法技術(shù)革新的基礎(chǔ)研究。多數(shù)也擔(dān)任工程項目或技術(shù)領(lǐng)域的顧問，和主要項目的代理。第二課建筑物與建筑學(xué)建筑物的目的是給人類的活動提供一個遮風(fēng)擋雨的地方。從穴居時代到現(xiàn)在，人類的第一需要最基本的就是有一個可以遮風(fēng)避雨之所。在一個比較一般的感覺中，建筑物的藝術(shù)包含人類試圖控制環(huán)境和直接自然力以滿足需要所取得的所有成就。除建筑物外，這種藝術(shù)還包括大壩，運河，隧道，溝渠和橋。遮風(fēng)避雨的建筑物的設(shè)計和其他功用的土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計的科學(xué)基礎(chǔ)原理是相同的。而只是因為現(xiàn)代社會特定的需要，這兩個領(lǐng)域才沿著不同的路徑發(fā)展。相似的，關(guān)注作為遮風(fēng)避雨的建筑物的主要營造者也不再是一個單獨的個體；相反的是由多個專家組成的小組：規(guī)劃師，建筑師，工程師和建造者。一個現(xiàn)代建筑物的實現(xiàn)依賴這個小組集體的智慧。建筑物的結(jié)構(gòu)是建筑物的功能、環(huán)境及各種社會經(jīng)濟因素共同作用的產(chǎn)物。公寓，辦公大樓和學(xué)校的不同在于它們實現(xiàn)的功能不同。公寓的每一個可居住空間如起居室和臥室必須有來自窗戶的自然光，而浴室和廚房可以采用人造光源因而可以安排在建筑物內(nèi)部。這種必要的設(shè)置對公寓的進深必然有限制。另一方面，對辦公大樓而言，人造光源更能達到均勻照明的要求，因此，對自然光的需求不再有建筑物進深的限制。環(huán)境可能影響到建筑物的形狀和外觀。城市里的學(xué)校通過使用空白的圍墻完全的封閉于城市之外，而鄉(xiāng)村的學(xué)?？赡馨l(fā)展成為景觀的一個主要部分，即使兩者實現(xiàn)同樣的功能。最后，建筑物的結(jié)構(gòu)被各種社會經(jīng)濟因素影響，包括地價，租賃，工程預(yù)算，分區(qū)限制。城市的高地價造成高層建筑物，而鄉(xiāng)村的低地價造成低的建筑物。富人的住房建筑計劃不同于廉價的住房建筑計劃。有威望的辦公大樓的預(yù)算將大大地超過其他的辦公大樓。建筑物的大小和外形可能受到分區(qū)的限制。在所有這些例子中，有著相似功能的建筑物常常采用不同的結(jié)構(gòu)。建筑學(xué)是建筑物的藝術(shù)。事實上所有的建筑學(xué)都是關(guān)于為了人類的使用而圍住的空間。在任何特殊的建筑物中所覆蓋的精確活動——廣泛到從工廠的一條裝配線到一個家庭的起居室——應(yīng)該規(guī)定幾個內(nèi)部區(qū)域的大小和形狀。這些空間也必須被安排在彼此合乎一定邏輯的關(guān)系中。此外，在建筑物中的人類活動——建筑學(xué)中的說法是“流通”——需要大廳，樓梯和電梯，它們的尺寸受到預(yù)期荷載的支配。建筑物的結(jié)構(gòu)平面圖，總是建筑師的第一考慮，是深入實現(xiàn)建筑物意圖的空間組織中的這些不同目的的決定。好的平面組織可以指引訪客到達他們的在建筑物中的目的地并且使他們留下印象。他們也許是下意識地被大廈很顯然的各個單元的關(guān)聯(lián)所指引。相反地，不好的平面組織將帶來不便，浪費和視覺混亂。此外,一個結(jié)構(gòu)需要很好地被建造。它應(yīng)該有結(jié)構(gòu)需要的和被選材料允許的耐久性。建筑學(xué)的未經(jīng)加工的材料，如石，磚，木，鋼或玻璃，部分決定了建筑物的結(jié)構(gòu)并對建筑物進行表達。石能抵抗壓縮，盡管一起壓擠的力幾乎是不能確定的。在一個實驗室里壓碎石是可能，但是對于實際應(yīng)用，它的抗壓強度則是無限的。另一方面，石在抵抗各向拉力方面是很弱的。任何空間跨度的梁在支承之間容易向下彎曲，梁的下半?yún)^(qū)承受拉力。由于石承受拉力的能力很弱,這種材料的梁相對地比較短,并且支撐間距比較小。此外，石柱必須堅固，其高寬比極少超過10。在石類建筑中，門，窗及柱之間的空間幾乎都被迫高大于寬，這源于石的垂直矩形美學(xué)。石在西方世界建筑學(xué)中占有如此之高的統(tǒng)治地位，以致，即使在木結(jié)構(gòu)建筑時期其適當(dāng)?shù)脑煨鸵恢北煌咨票Ｗo著，像在美國的喬治王時代。然后，石借助它本身的構(gòu)造類型，成為支撐樓板和屋頂?shù)膲?，成為承重結(jié)構(gòu)中的密排柱，成為主要承受壓力的拱形結(jié)構(gòu)。木是一種纖維材料，相比其抵抗壓力的能力而言，它更易于抵抗拉力。木制梁可能相對比石制梁長，并且木制柱較細且可以廣泛地作一定間隔的排列。由于木的自然性質(zhì)常形成寬大于高的水平矩形，這在日本建筑學(xué)中常被見到。鋼的抗拉強度也等于或大于其抗壓強度。已經(jīng)觀察過鋼結(jié)構(gòu)建筑物建筑過程的任何人一定曾注意到由細的廣泛地作一定間距排列的柱及每個樓板的長梁所組成的水平格狀矩形。木和鋼的性質(zhì)意味著框架結(jié)構(gòu)——一個支撐樓板和屋頂?shù)墓羌堋魏蔚匿伱娌牧隙伎赡苁潜匦璧?。木和鋼也?zhǔn)許懸臂結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，梁的投影超出支承的最后一個測點。最后，建筑學(xué)不僅必須超過符合強度和空間的實際需要，它也一定要使人得到精神滿足。建筑物應(yīng)該使每一個零部件形成一個美學(xué)的統(tǒng)一體。因此，結(jié)構(gòu)的側(cè)面和背面應(yīng)該與正面具有足夠的一致性，可以使所有相關(guān)部分成為一個獨立的整體。同樣地，大部分的內(nèi)部分區(qū)也需要在外部設(shè)計上有所表現(xiàn)。正殿，甬道，袖廊，半圓形壁龕,而且輻射哥德式大教堂的小禮拜堂，舉例來說，全部是在外部上看得見的,所以訪客在潛在意識里意識到他們將在里面找到什么。

建筑要求有恰當(dāng)?shù)谋壤戳钊擞淇斓奶撆c實、高與寬、長與寬的關(guān)系。人類已經(jīng)作過許多嘗試用數(shù)學(xué)公式來解釋好多比例，如黃金分割。然而，這些努力并沒有被廣泛接受，盡管在設(shè)計各處透過一些尺寸（舉例來說，一個模數(shù)是一個柱的直徑一半）的復(fù)測法已經(jīng)收到很好的結(jié)果。這種復(fù)測法幫助提出了人類思想渴望的可視規(guī)則。

一個建筑物還應(yīng)該有建筑師稱作的比例尺，它應(yīng)該能在視覺上傳達它的真實尺寸。如長椅、臺階或樓梯欄桿等元素，盡管由于它們特別的原因在大小方面有些微可變，但仍然與人類的正常尺度有關(guān)。它們因此也幾乎不可察覺地成為精確計量整個大廈尺度的測量單位。因這些單位對整個建筑物而言太小，所以還需要其他中間尺度的元素。樓梯和一個樓梯欄桿可能給門口的尺寸一個提示，依次是柱廊的高度，最后是整個的結(jié)構(gòu)廊。凡爾賽的PetitTrianon在比例尺方面相當(dāng)完美。羅馬的圣彼得堡由于缺少小元素而讓人很難感知它的巨大。雖然全裝飾在一些現(xiàn)代的建筑中被拒絕，但它過去由于固有的美或為了強調(diào)建筑物的一些重點而常被采用。裝飾品可能用于突出建筑物的特征和建筑物目的的可視化表現(xiàn)。因此，一個銀行要看起來像銀行，一個教堂也應(yīng)該同樣地可以被立刻確認(rèn)。理想地，任何建筑物應(yīng)該通過與它建筑上的鄰居的一些關(guān)系和地方地理學(xué)上看起來屬于它的位置。經(jīng)過建筑學(xué)目的的成型，再受材料、比例和設(shè)計者給定的比例尺和特征支配，建筑物成為建造它們的時代的理想的表達和熱望。歷史性建筑學(xué)的連續(xù)性式樣是他們的時代精神的化身。第三課建筑物的組成

材料和不同的結(jié)構(gòu)形式聯(lián)合組成建筑物的各種不同部分，包括承重框架，外殼，樓板和隔墻。建筑物也有像升降機，供暖和冷卻，照明這樣的與機械和電力有關(guān)的系統(tǒng)。上部結(jié)構(gòu)是建筑物地面以上的部分，而下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)則是建筑物地面以下的部分。摩天大樓的出現(xiàn)得益于19世紀(jì)的兩大發(fā)展：鋼骨架結(jié)構(gòu)和旅客升降機。鋼，作為一種建筑材料，源于1885年貝色麥轉(zhuǎn)爐的引入。GustaveEiffel（1832-1932）將鋼結(jié)構(gòu)引入法國。1889年巴黎展覽會的塔和他為Galeriedes機械的設(shè)計表現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的靈活性。艾菲爾鐵塔高984英尺（300米），是人類建造的最高的結(jié)構(gòu)，直到40年后才被美國一系列的摩天大樓超越。第一個升降機是在1857年被ElishaOtis安裝于紐約的一幢百貨公司。在1889年，Eiffel在艾菲爾鐵塔上安裝了第一個大尺寸的升降機，它的水力升降機能在一個小時內(nèi)運送2350個旅客到達頂點。承重框架。直到19世紀(jì)晚期，建筑物外墻被用作支承樓板的承重墻。這種結(jié)構(gòu)本質(zhì)上一種梁柱模型，并且仍然被用于房屋框架結(jié)構(gòu)。承重墻結(jié)構(gòu)由于需要巨大的墻厚而限制了建筑物的高度。例如，芝加哥建于19世紀(jì)80年代16層的Monadnock大廈，較下層的樓板下的墻厚達5英尺（1.5米）。在1883年，WilliamLeBaronJenney(1832-1907)采用鑄鐵柱支撐樓板的方式以形成籠狀結(jié)構(gòu)。由鋼梁和鋼柱組成的骨架構(gòu)造最早用于1889年。由于骨架構(gòu)造，圍墻變成一個“幕墻”，勝于起支撐作用。磚石一直被用作幕墻材料，直到20世紀(jì)30年代，輕金屬和玻璃幕墻開始被使用。在鋼結(jié)構(gòu)引入后，建筑物的高度持續(xù)快速地增加。

在二次世界大戰(zhàn)前，所有的高層建筑都是采用鋼結(jié)構(gòu)。戰(zhàn)后，鋼材的短缺和混凝土質(zhì)量的改良導(dǎo)致鋼筋混凝土高層建筑的出現(xiàn)。芝加哥的Marina塔(1962)是美國最高的混凝土建筑。它的高度達588英尺(179米)，被倫敦的高達650英尺（198米）的郵政大廈和其他塔式建筑所超越。

關(guān)于摩天大樓構(gòu)造觀點的轉(zhuǎn)變恢復(fù)了承重墻的使用。在紐約城由EeroSaarinen于1962年設(shè)計的哥倫比亞廣播系統(tǒng)大樓，有一個由5英尺（1.5米）寬，相鄰柱的中心距為10英尺（3米）的混凝土柱組成的環(huán)形墻。這個環(huán)形墻實際上有效地組成了一個承重墻。產(chǎn)生這種趨向的一個理由是，采用建筑物的墻壁作為一個筒體，可以非常經(jīng)濟地獲得起到抗風(fēng)作用的足夠硬度。世界貿(mào)易大廈是這種筒體方法的另一個例證。相反地，剛性框架或垂直的桁架通常被用于提供側(cè)向穩(wěn)定性。

外殼。建筑物的外殼由透明元素（窗）和不透明元素（墻）所組成。盡管塑料正在被使用，窗傳統(tǒng)上還是使用玻璃，特別是在學(xué)校，破損產(chǎn)生了一個維護問題。用于覆蓋結(jié)構(gòu)并由結(jié)構(gòu)支撐的墻元素由多種材料建造：磚，預(yù)制構(gòu)件，混凝土，石，不透明玻璃，塑料，鋼和鋁。木主要被用于房屋建筑，由于有火災(zāi)的危險，它通常不用于商業(yè)，工業(yè)和公用建筑。

樓板。建筑物中樓板的構(gòu)造依賴于所使用的基本結(jié)構(gòu)框架。在鋼結(jié)構(gòu)中，樓板或是擱置在鋼梁上的混凝土板，或是表面附有混凝土的波狀鋼組成的凹板。在混凝土結(jié)構(gòu)中，樓板或是擱置在混凝土梁上的混凝土板，或是一系列頂端有一個薄板雙向都近距離排列的混凝土梁，在其下部提供了一個多余的空間。這種類型的板的使用依賴于支撐柱或墻間的跨度和空間的功能。例如，在公寓中，當(dāng)墻和柱的間距在12英尺到18英尺（3.7米到5.5米），最常用的結(jié)構(gòu)是無梁的實心混凝土板。這種板的下部可以用作其下層空間的天花板。辦公大樓中常使用波紋鋼樓板，這是因為波紋鋼樓板的波紋當(dāng)由另一塊金屬板蓋上時，可以形成電話線和電線通道。

機械和電力系統(tǒng)。一個現(xiàn)代建筑不僅包括它所需要的空間（辦公室，教室，公寓），還包括幫助提供舒適環(huán)境的機械與電力系統(tǒng)的輔助空間。在摩天辦公大樓中，這些輔助空間可能構(gòu)成總建筑面積的25%。在辦公大樓中，供暖，通風(fēng)，電力和衛(wèi)生管道系統(tǒng)的重要性體現(xiàn)在工程預(yù)算的40%被分配給它們。因為使用帶有不能開窗的密封性建筑屋的增加，精細的機械系統(tǒng)被用于通風(fēng)和空調(diào)。渠道和管道攜帶來自中央風(fēng)扇室和空氣調(diào)節(jié)機的新鮮空氣。懸吊在上部樓板結(jié)構(gòu)下面的天花板，隱藏著管道系統(tǒng)，還包含照明設(shè)備。用于動力和電話通訊的電力配線，也被安置在天花板空間內(nèi)，或被埋置在樓板結(jié)構(gòu)中的管道內(nèi)。

已經(jīng)有種種嘗試將機械和電力系統(tǒng)通過坦白地表達它們以合并到建筑物的建筑學(xué)中。舉例來說，在愛荷華州首府得梅因的美國共和保險公司大樓（1965），管道和樓板結(jié)構(gòu)以一種有組織和優(yōu)雅的形式暴露在外，用吊頂進行分配。這種方法使得減少建筑物的花費成為可能，并且可以允許改革，例如在結(jié)構(gòu)的跨度方面。

地基與基礎(chǔ)。所有的建筑物都支撐在地面上，因此，土體的性質(zhì)成為任何建筑設(shè)計中極端重要的考慮因素?；A(chǔ)的設(shè)計依賴于許多土體的要素，如土的類型，土壤的層理，土層的厚度和它的壓縮性，以及地下水的狀態(tài)。土壤很少有一個單一的成分。它們通常是不同厚度土層的混合物。為了評估，土壤被按照顆粒大小分為不同等級，它們從淤泥到粘土到砂到砂礫到巖石依次增加。大體上，較大顆粒土的負載能力將會強于較小的一些。最硬的巖石可以高達每平方英尺100噸（每平方米976.5公噸）的負載，但是最軟的淤泥所能承受的負載只有每平方英尺0.25噸（每平方米2.44公噸）。所有表面以下的土都處在受壓狀態(tài)中，說得更精確一些，這些土承受與作用在其上的土柱重量相等的壓力。許多土（除了大多數(shù)的砂和礫石以外）顯示出彈性性質(zhì)——在荷載作用下受壓變形，當(dāng)荷載解除后可以回彈。土壤的彈性常常依賴于時間，也就是說，土的變形可能發(fā)生在荷載作用后從數(shù)分鐘到數(shù)年的時間長度上。超過一個時段，如果建筑物作用在土體上的負載高于土的天然壓實重量，它可能產(chǎn)生沉降。相反地，如果建筑物作用在土體上的負載小于土體的天然壓實重量，它可能隆起。土也可能在建筑物自重作用下產(chǎn)生流動，就是說，它很容易被壓擠出。

由于壓實和流動效應(yīng)，建筑物趨向于沉降。例如比薩和博洛尼亞的斜塔，不均勻沉降能產(chǎn)生破壞效果——建筑物可能傾斜，外墻和隔墻可能產(chǎn)生裂縫，窗戶和門可能夠變得不起作用，并且極端的情況是建筑物可能倒塌。盡管在某些極端條件下，像墨西哥城的情況，能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，但是不均勻沉降并不是那么嚴(yán)重。過去100年以來，那里地下水水位的變化已經(jīng)使一些建筑物沉降超過10英尺（3米）。由于這種運動能發(fā)生在施工工程中和其后，仔細分析在建筑物下土的行為顯得非常重要。

土的巨大的可變性導(dǎo)致基礎(chǔ)問題多樣的解決方法。在地表附近存在堅硬土?xí)r，最簡單的解決方法是把柱放置在一個小的混凝土板上（擴展基底）。土較軟的地方，有必要將柱荷載傳遞到一個較大的面積上，在這種情況下，則在整個建筑物底下采用連續(xù)的混凝土板（筏或席）。地表附近的土體不能承載建筑物重量時，木制，鋼制或混凝土制樁被打入以加固土體。

建筑物的施工工程自然是從基礎(chǔ)到上部結(jié)構(gòu)。但是，設(shè)計工程則是從屋頂?shù)交A(chǔ)（沿重力的方向）。過去，基礎(chǔ)不依照系統(tǒng)調(diào)查?？茖W(xué)設(shè)計基礎(chǔ)的方法已經(jīng)在20世紀(jì)內(nèi)得到發(fā)展。美國KarlTerzaghi的先鋒研究，利用土力學(xué)和探測及測試程序技術(shù)，使精確預(yù)報基礎(chǔ)的行為成為可能。過去基礎(chǔ)的破壞，像經(jīng)典的例子——比薩斜塔，已經(jīng)變得幾乎不存在。然而，基礎(chǔ)仍然是許多建筑物一個隱藏而昂貴昂貴的部分。第四課高層建筑FazlurRahmankhan大體上建筑施工工藝學(xué)方面已經(jīng)有許多進步,在超高層的設(shè)計和施工上已經(jīng)取得了驚人的成就。高層建筑早期的發(fā)展開始于鋼結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土和薄殼筒系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)濟而競爭性地被用于大量的住宅和商業(yè)目的的結(jié)構(gòu)。由于新型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的創(chuàng)新和發(fā)展，現(xiàn)在從50到100層的高層建筑遍布全美國。更大高度的要求增加了梁柱的尺寸以使建筑物剛性更強，以便在風(fēng)荷載作用下建筑物將不會產(chǎn)生超過一個可接受限度的擺動。過度的側(cè)移可能導(dǎo)致隔墻，天花板和其他建筑細部的重復(fù)性損害。此外，過度側(cè)傾可能使建筑物的居住者因為對擺動的知覺而導(dǎo)致不便。鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，能充分利用整個建筑物固有潛在的勁性，因而不需要額外加勁以限制側(cè)傾。例如，在一個鋼結(jié)構(gòu)中，經(jīng)濟性由建筑物房屋面積每平方英尺鋼的全部平均數(shù)量來定義。圖一中的曲線A采用層逐漸增加的數(shù)量表現(xiàn)傳統(tǒng)框架的平均單位重。曲線B則表現(xiàn)框架受到所有橫向荷載保護下的平均鋼重量。上下邊界之間的間隙則表現(xiàn)傳統(tǒng)梁柱框架為高度付出的額外費用。結(jié)構(gòu)工程師已經(jīng)發(fā)展了可消除這一額外費用的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。鋼結(jié)構(gòu)體系。因為一些類型的結(jié)構(gòu)改革，鋼高層建筑物得到了發(fā)展。此改革被用于辦公大樓和公寓的建造。帶有剛性帶式桁架的框架。為了將一個框架結(jié)構(gòu)的外柱約束于內(nèi)部的垂直梁架,可能在建筑物中部和頂部采用一個剛性帶式桁架的系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的最好例證是在密爾瓦基的威斯康辛州第一銀行建筑物(1974)?？蚣芡搀w。只有當(dāng)建筑物突出地面的所有的柱構(gòu)件能夠彼此連接使整個建筑物成為一個空心筒體或一個勁性箱體時，一幢高層建筑的整個結(jié)構(gòu)才能最有效。這種特殊的結(jié)構(gòu)體系第一次大概是用于芝加哥的43層樓高的德威特栗木鋼筋混凝土公寓。而這一系統(tǒng)最重要的應(yīng)用是紐約的110層樓高的世界貿(mào)易中心的鋼結(jié)構(gòu)雙塔。對角柱桁架支撐筒體。建筑物的外柱可以被適當(dāng)?shù)姆指魠s仍能通過在梁柱中線處交叉對角構(gòu)件連接使之作為一個筒體而共同工作。這種簡單而又極其有用的系統(tǒng)最早被用于芝加哥的約翰漢考克中心，其僅僅使用了傳統(tǒng)的40層樓高建筑的用鋼量組合筒體（束筒）。由于對更大更高的建筑物的持續(xù)需求，框架筒和對角柱桁架支撐筒可能采用組合使用的形式以創(chuàng)造更大的筒，并仍可以保持高功效。芝加哥110層樓高的西爾斯瑞巴克總部有9個筒，由三排建筑物組合而成。一些個別筒體終止在建筑物不同的高度，證明了無限建筑可能性的結(jié)構(gòu)觀念。西爾斯塔高1450英尺（442m），是世界上最高的建筑。

薄殼筒體系。筒結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展提高了高層建筑抵抗側(cè)向力（風(fēng)和地震作用）和飄移（建筑物的側(cè)向運動）的能力。薄殼筒使筒結(jié)構(gòu)體系有了進一步的發(fā)展。薄殼筒的進步是利用（高層）建筑的外表面（墻和板）作為與框筒共同作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，為高層建筑抵抗側(cè)向荷載提供了一個有效的途徑，而且可獲得不設(shè)柱子，節(jié)省成本，使用面積與建筑面積之比很高的室內(nèi)空間。

由于薄殼表面的作用，筒體的框架構(gòu)件數(shù)量減少，使得結(jié)構(gòu)更輕，費用更少。所有標(biāo)準(zhǔn)柱和外墻托梁都采用標(biāo)準(zhǔn)型鋼，使得組合構(gòu)件的使用和花費最小化。四周外墻托梁的深度要求也被減少，而且樓板上的頂梁對有用空間的占用會達到最小。這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)已經(jīng)被使用于54層樓高的匹茲堡的梅隆銀行中心。

混凝土體系。雖然采用鋼結(jié)構(gòu)建造的高層建筑開始很早，但是鋼筋混凝土高層建筑的快速發(fā)展在辦公大樓和公寓方面對鋼結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生了很大的挑戰(zhàn)。

框架筒體。由上面討論到的，高層建筑最早的框架筒體概念應(yīng)用于43層樓高的德威特栗木公寓。在這一建筑物中，外柱以中心距為5.5英尺（168米）的間隔排列，內(nèi)柱則用于支撐8英寸厚的混凝土平板。

筒中筒。另一個用于辦公大樓的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系是將內(nèi)部框架筒體與傳統(tǒng)的剪力墻工藝相結(jié)合。這種體系由間距很小的柱子構(gòu)成的外框架筒與圍繞中心設(shè)備區(qū)的剛性剪力墻內(nèi)筒組成。這種被稱為筒中筒的體系使設(shè)計目前世界上最高（714英尺或218米），總費用只相當(dāng)于傳統(tǒng)35層樓高的剪力墻結(jié)構(gòu)體系的輕型混凝土建筑（52層樓高的休斯頓的殼廣場建筑）成為可能。結(jié)合混凝土和鋼的體系也得到發(fā)展，這方面的一個例子是由Skidmore,Owings和Merrill發(fā)展的復(fù)合體系。它是采用間距很小的混凝土外框架筒包圍鋼框架內(nèi)筒組成，因此兼有鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點。在新奧爾良的一個52層樓高的殼廣場建筑便是以這一體系為基礎(chǔ)。第五課環(huán)境工程環(huán)境工程是有關(guān)由結(jié)構(gòu)，機器，系統(tǒng)和人類的活動引起的污染的一個工程分支。文明的發(fā)展已經(jīng)引起許多地球生態(tài)系統(tǒng)的紊亂，造成空氣，陸地和水的污染。環(huán)境工程師的責(zé)任不僅在于設(shè)計系統(tǒng)以緩和這一污染，而且還需要教育人們保護他們周圍的環(huán)境免受其他污染。環(huán)境工程的實踐被劃分為以下各種不同層次。水質(zhì)處理。在許多情況下，河流，湖泊和海洋已經(jīng)被由住宅，商業(yè)，和工業(yè)源點排放的液態(tài)廢料污染。這些水體許多已經(jīng)由于20世紀(jì)70年代的一次運動被開墾裝配上新的廢水處理設(shè)備并且一些舊的設(shè)備也得到了改良，可以采用物理化學(xué)和生物學(xué)方法從液態(tài)廢水中除去污染物。有機物使河流和湖泊中的氧氣耗盡，并因此導(dǎo)致魚類的死亡和有毒的臭氣。物理化學(xué)和生物學(xué)工序可以取去大量的有機物，連同來自廢棄河流上漂浮的浮渣和滑脂?；瘜W(xué)消毒可以使廢棄河流中的細菌，病毒和原生生物鈍化。物理化學(xué)方法用于除去廢棄河川中的固體化學(xué)物，所用的方法有過篩，砂和砂礫分離，化學(xué)凝結(jié)和單純沉淀。生物學(xué)方法有加菌濾渣，接觸塔和生物圈。這些處理方法應(yīng)用到住宅，商業(yè)和工業(yè)廢水上，已經(jīng)降低了許多河流，湖泊和海洋的污染程度。然而，大部分地區(qū)存在著清理不完全的情況。在許多其他地區(qū)的暴風(fēng)雨期間發(fā)生未經(jīng)處理的衛(wèi)生廢污和大量廢水的無限制排放。這些排放物來源于攜帶衛(wèi)生廢污和大量垃圾的管道。在暴風(fēng)雨期間，陸地上的雜質(zhì)混合著管道里的衛(wèi)生廢污，并且廢水量超過了管道的承載量；在它能到達廢水處理設(shè)備前，這一混合物的部分就流了最近的水體。通常，建造一整套全新的分開衛(wèi)生廢污的管道價格太昂貴。但是，一些都市，像芝加哥，已經(jīng)開始采用建造一個能在暴風(fēng)雨期間儲存大量流量的深地下隧道，廢水可以合理的速率進出處理設(shè)備的系統(tǒng)來解決這一問題。在那些廢水一定會進入湖泊和干的河川的地方，必須采用更高水平的處理措施，包括營養(yǎng)物和膠質(zhì)物的除去。物理化學(xué)和生物學(xué)處理方法被用于廢水的處理。此外，在生物方法處理后，化學(xué)制品被用于營養(yǎng)物的沉淀，和緊接著固體殘留物的凝結(jié)和過濾。在一些情況下，粒狀的活性碳或膜被用于廢棄河川的附加凈化。因為任何可見的污染對水域的形狀產(chǎn)生的破壞,所以這種更高水平的處理是可取的。此外，這種處理還可以對水域上由營養(yǎng)物磷和氮引起的潛在的富營養(yǎng)化效應(yīng)起防止作用。對于有廢水排放而下游又用于飲用水源的河流，需要特別注意的不僅有廢污中有機物的排除，還有使微生物鈍化進行的消毒程序。還需要關(guān)心的是來自工業(yè)生產(chǎn)的有機化學(xué)污染物或者沿河農(nóng)田使用的殺蟲劑和除草劑污染的河川世界上比較普遍的是對排入河川的廢水進行間接的重復(fù)利用。同時，只要排放物經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚恚⑶矣袡C化學(xué)污染物被消除，也是可以被接受的。比較不可接受的是直接重復(fù)使用廢水作飲用的用途，甚至是在高度處理之后。最關(guān)心的則是疾病爆發(fā)的可能性。但是，一些國家，像以色列，出于需要做試驗，在物理化學(xué)處理前通過在成熟作用的地沼中長時間儲存廢水來重復(fù)使用。重復(fù)使用廢水，緊接著進行可取的處理，再用于農(nóng)作物的灌溉和為高爾夫課程澆水，這種方法已經(jīng)變得相當(dāng)普遍和可接受，尤其是在干燥性氣候下。此外，某些特定地區(qū)如那不勒斯，佛羅里達和歐文，加州,已經(jīng)裝配雙重的水系，一方面處理過的廢水用于戶外住宅，商業(yè)，以及消防用水等用途，另一方面保留高質(zhì)量的水用于潛在的需要。在其他的情況，大型工業(yè)產(chǎn)業(yè)直接從河川中取水用于工業(yè)上的冷卻。廢水固體物質(zhì)處理。從廢水中通過物理化學(xué)和生物學(xué)方法分離出來的有機和無機的固體必須進行脫水,采用生物和化學(xué)方法使之穩(wěn)定,并且需掩埋在受約束的垃圾場,焚燒或者堆制成肥料。有些固體不一定要脫水，而是能直接應(yīng)用到陸地的一些環(huán)境，接著是生物穩(wěn)定過程。可以舉出很多這樣的例子，如在密爾瓦基，威斯康辛州，固體被加工作肥料。不幸的是，在世界的許多地方，包括美國的東海岸，固體廢物既不是再生作陸地也不是焚燒作能源，而是用船或者管道運送到大海再直接向海水中傾卸。我們希望這種做法會被廢止，而焚化作能量供應(yīng)以及堆制成肥重復(fù)利用于土地將會代替海洋傾卸處理。在固體廢物堆肥的地方，有毒的和重金屬必須在源點被除去。處理廢水中的固體廢物的方法有擠壓，皮帶，離心分離機以及流化床火爐脫水。已經(jīng)受到相當(dāng)注意的另外一種方法是容器堆肥。垃圾處理。在陸地上的廢物和垃圾的不加選擇的傾卸已經(jīng)引起嚴(yán)重的污染問題。垃圾處理可以控制在一個設(shè)計和操作很好的垃圾掩埋場，而且這可能是特定的小社區(qū)的一個適當(dāng)方法。然而，在中型和大型社區(qū)用于垃圾處理的土地正在嚴(yán)重縮減，而且垃圾堆肥在陸地上的重復(fù)使用可能已經(jīng)被限制應(yīng)用。對大多數(shù)社區(qū)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)似乎是垃圾的焚化，通過燃燒有機材料來回收能量。來自熱反應(yīng)堆以及廢水處理廠焚燒固體廢物的火爐的空氣發(fā)生發(fā)射系統(tǒng)必須設(shè)計成能防止化學(xué)品和微粒子空氣污染。這些空氣發(fā)射系統(tǒng)包括靜電沉淀和加力燃燒室。有害廢物處理。不幸的是，由于來自工業(yè)和商業(yè)活動以及公眾代辦站的長期非法傾卸和洗滌，鄉(xiāng)間和地下水已經(jīng)變得混亂并且被污染。來自傾卸處理地的廢物儲存容器的去除必然地是個很慢的方法，并且一個經(jīng)核準(zhǔn)的處理基地必須存在并發(fā)展。被污染的土壤和地下水的凈化是個更慢的方法，凈化工藝必須被設(shè)計并實行。例如，被有機化學(xué)物污染的水應(yīng)慢慢從蓄水層中抽取，然后通過空氣脫膜或粒狀活性碳吸附作用除去污染物。經(jīng)凈化后的水再回注入蓄水層，這個工程則需要數(shù)年才能完成。在一些情況下，這可能是不便的，因為這對那些必須使用這些地下水作飲用供給的社區(qū)，會造成健康危害。空氣污染控制。柴油驅(qū)動的卡車和不受限制的汽油機使環(huán)境中廢煙增加，工業(yè)煙囪則帶來污染。在美國，1987年環(huán)境保護組織出版的統(tǒng)計表顯示，每年有磅（公斤）的有毒化學(xué)品被釋放到空氣中，當(dāng)一億人居住的時候，其他的空氣污染物主要來自于汽車，超過聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)。像洛杉機這樣的大城市的地方煙霧則由各社區(qū)的活動引起。在美國中西部由工業(yè)煙囪排放的廢氣引起的酸雨降落在了東北部和加拿大的森林和湖泊上。雖然已經(jīng)做了很多空氣凈化的嘗試，但是解決的行動還是受到很大的限制。工藝學(xué)上可用于除去空氣中的顆粒物質(zhì)和化學(xué)污染物的方法是可用的（例如多樣性火爐，流化床反應(yīng)堆以及究竟久經(jīng)考驗的空氣發(fā)射技術(shù)），但是代價昂貴，并且過程緩慢。飲用管理。安全高質(zhì)量的飲用水的可用性是現(xiàn)代文明中一個重要的要素。

源點。通過撤回來自河川的飲用水的間接廢水利用是一個可行并且經(jīng)濟的供給社區(qū)飲用水的方法，特別是在濱水地區(qū)。水必須經(jīng)過消毒處理以使微生物污染物鈍化，還必須進行物理化學(xué)處理以除去有機和無機污染物。

其他的飲用水源是自然湖泊和水庫。它們往往優(yōu)于河水，并且它們可作多重用途，如給排水和水力電氣的動力。這些湖泊的部分區(qū)域的受限制的娛樂使用是很尋常的。

地下的蓄水層是一個飲水的通常源點，并且其質(zhì)量相當(dāng)高，除了那些化學(xué)污染已經(jīng)發(fā)生的地方。在世界的一些地區(qū)，蓄水層能被開墾的地表水回灌。

在世界許多地區(qū)的一個嚴(yán)重的問題是在低降水和降雪期間純凈飲水的短缺。一場大規(guī)模旱災(zāi)發(fā)生在1989年美國東海岸的春天。在旱災(zāi)中出現(xiàn)水資源短缺的兩個原因是：許多飲水供給系統(tǒng)沒有能計劃充分以應(yīng)對旱災(zāi)；相對低的水價使大量水被浪費。

質(zhì)量。必須審慎選擇最純凈的水用于飲水，如地下水，泉水，或高地湖泊，然后對其源點進行強制性保護。預(yù)防地下水的化學(xué)污染是極其重要的，其可以通過明智的控制地表水沿岸的使用來實現(xiàn)。湖泊能被用于娛樂及水源。然而如此的混合應(yīng)用需要作很好的計劃。

供給水的凈化與分水嶺的規(guī)劃和控制一樣重要。在源點質(zhì)量相當(dāng)好的地方，化學(xué)消毒，凝結(jié)，過濾就足夠了。如果水是來自含泥量多并遭受有機物污染的河川供給，則需要額外的處理措施。在20世紀(jì)80年代，凈水工藝有了大幅的進步。臭氧已經(jīng)成為一種消毒劑的選擇，因為它是對細菌，病毒和原生動物消毒的最有效的消毒劑，并且它不像氯，當(dāng)水中存在有機物質(zhì)的時候，它不會形成致癌副產(chǎn)物。經(jīng)濟內(nèi)嵌或直接的過濾可以用于凈化許多高地供給。和臭氧結(jié)合，這種方法對許多未過濾水供給是能適用的。粒狀的活性碳可以除去水中產(chǎn)生味道和氣味的物質(zhì)，并且能吸收有害的有機化學(xué)物質(zhì)。

對自來水污染最后的屏障是配水系統(tǒng)的小心管理。化學(xué)制品能被添加到已凈化水中以抵消系統(tǒng)的腐蝕狀態(tài)，如此可大大減少鉛管系統(tǒng)接合處對鉛的濾去量。而且水管能填塞水泥砂漿并保持奔流以預(yù)防臟水。

其他方面。環(huán)境工程學(xué)可以用于區(qū)域性問題的解決。變得富營養(yǎng)化和藻類繁盛的池塘和湖泊不能被用于娛樂，并且這水如果被用于飲用可能是有害的。海港處水的無差別的處理和隨之發(fā)生的海灘污染能通過適當(dāng)?shù)囊?guī)則和強制執(zhí)行來預(yù)防。最后，還必須發(fā)展對景觀地廢物的最佳處理方法。第六課：取暖，通風(fēng)，和空調(diào)取暖，通風(fēng)，和空調(diào)系統(tǒng)是環(huán)境工程的主要方面，就最新的概念而言，他包括建筑工程的所有方面：比如說給排水工程，隔音工程及室內(nèi)布置工程。環(huán)境工程的概念就標(biāo)志著建筑的所有因素都有著內(nèi)在的聯(lián)系。取暖可由照明設(shè)備提供，舉個例子：管道是影響空調(diào)系統(tǒng)的重要因素，同時，它也能影響結(jié)構(gòu)的設(shè)計。雖然目前有條文對建筑的種種限制，但是這個科目還是被延伸到交通工具中，如：大客車，飛機，輪船，航天器和潛艇。這些都有著很高的特殊要求。取暖，通風(fēng)，和空調(diào)系統(tǒng)在目前的背景下，將被定義為控制一個封閉空間的環(huán)境這一普遍的關(guān)系。除了使人安逸的設(shè)備外，許多工業(yè)進程都依賴著一個穩(wěn)定的大氣層，如此以來，工程的分支則覆蓋了一個相當(dāng)大的應(yīng)用范圍。取暖系統(tǒng)涉及到提高溫度以達到高溫環(huán)境。通風(fēng)系統(tǒng)則涉及到提供新鮮空氣和抽出那些被污染或含有雜質(zhì)的空氣。空調(diào)系統(tǒng)則包括了取暖和通風(fēng)系統(tǒng)的功能，而且還增加了降溫功能，調(diào)節(jié)濕度和潔凈空氣，過濾灰塵，細菌和空氣中的雜質(zhì)。在歷史上，人們生火在自己周圍取暖是最容易做到的，而且無疑的是木材是最初的燃料。首先在洞穴中，由石器時代遺留下來的爐邊可以說明，后來就在泥土或是草地上生火。發(fā)現(xiàn)木炭可以由木材制得，而且是一種無煙的燃料，這被看作在適當(dāng)?shù)牡胤降囊粋€簡單的進步，那些地方僅僅需要適度取暖，如中國，日本，以及地中海沿岸。另外一個進展就是氣孔和煙窗的出現(xiàn)。首先是在屋頂中央開個簡單的孔，而后來則連著壁爐，這種發(fā)明源于歐洲13世紀(jì)。煙和汽水將不再蔓延于生活空間?；馉t在公元前600年在中國出現(xiàn)并使用。它比壁爐更節(jié)省熱量。火爐從俄羅斯傳到德國和歐洲的大部分國家。及到今天它還在被使用，而且還是一家人的焦點地方?；馉t有橫過大西洋進入美國，在那里，本杰明.富蘭克林于1744年改進發(fā)明設(shè)計，但其先行者卻是那些傳統(tǒng)的大腹便便的火爐。將近于18世紀(jì)末期，首先對壁爐進行科學(xué)精制好像歸功于物理學(xué)家本杰明.湯姆生。計算rumford。他的目的是在使用耐火粘土團和使用罩蓋時提高明火的使用效率。這兩項設(shè)計減少了總的輻射熱量。由于他的想法并沒有被接受，而導(dǎo)致嚴(yán)重的燃料浪費持續(xù)至今。在燒火加熱的同時對外部空間加熱，這在現(xiàn)在被描敘為中央取暖系統(tǒng)，由希臘Lacedaemonians發(fā)明，并且第一個使用到加熱樓板中。在城市Ephesus中的大神殿被認(rèn)為使用褐煤作為燃料，將暖氣通過氣孔導(dǎo)入地板中。雖然希臘人認(rèn)識到集中取暖的優(yōu)點，但是羅馬人才稱得上古代最偉大的供暖技師。他們發(fā)明了獨特的火坑供暖系統(tǒng)。地板提升了底座，熱氣從熔爐中被導(dǎo)入地板下面空間。暖氣通過埋在墻里的中空的赤陶導(dǎo)管。這一系統(tǒng)在整個歐洲都可以找到，可見當(dāng)時羅馬文化的繁榮。在意大利，火坑供暖裝置僅僅應(yīng)用于浴室內(nèi)。在涼爽的地方如英國，則不僅僅應(yīng)用于浴室，也用于起居室，和有時需要取暖的一些房間里。如此科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和精煉隨著羅馬帝國的衰弱和城市的毀滅而終止。那些黑暗時期似乎又回到了原始生活。城堡和住宅使用那些如同原始人類一樣粗糙地取暖，在通風(fēng)良好的大廳的石板上用原木燃燒取暖。依舊用龐大而沉重的獸皮保暖，這樣持續(xù)了1500年后，舒適的羅馬的火坑供暖系統(tǒng)被重新發(fā)現(xiàn)并用于現(xiàn)代城市。在18世紀(jì)和19世紀(jì)初的工業(yè)革命出現(xiàn)了以蒸汽機作動力。這也提供了新的取暖方法。最初用于工廠和磨坊。蒸汽在導(dǎo)管中輸送被大規(guī)模用于取暖而不僅限于工業(yè)需求，還可以為學(xué)校，教堂，法院，議會大廳，甚至家庭和園藝的溫室提供暖氣。蒸汽表面非常燙，導(dǎo)致在空中有烘烤似的作用，常常伴有燃燒殘骸一般的異味，而用熱水的優(yōu)點在于有一個比較低的表面溫度和比蒸汽更溫和一般的影響。它在1830年被接受。第一套熱水取暖系統(tǒng)安裝在倫敦的新西大教堂醫(yī)院，用這種方式取暖時，熱水在低壓下能不斷地流向主要的地方。它利用散熱器，對流暖爐，插入地板及天花板的取暖系統(tǒng)，用扇子將暖氣分配到不同的地方的方法。在1831年，英格蘭人JocobPerkins獲得高壓熱水系統(tǒng)的革新方法的專利權(quán)。這種系統(tǒng)就是通過一個卷成圈的連續(xù)循環(huán)的堅固導(dǎo)管接收從暖氣爐的熱量，運輸水在一個封閉的系統(tǒng)繞圈配置在建筑中，在彎管中循環(huán)流動。這一系統(tǒng)獲得了相當(dāng)大的推廣。盡管它具有很高的溫度，他的裝備比那些用于低壓設(shè)備中的大而重的鑄鐵導(dǎo)管相比顯得小而整潔。高壓熱水的原理它已經(jīng)在一個現(xiàn)代的系統(tǒng)中復(fù)興，它首先遍布歐洲，后來傳向其他各地，主要用于工業(yè)取暖。大概直到19世紀(jì)才產(chǎn)生對封閉空間采取某種形式誘導(dǎo)通風(fēng)的需要。那時所建的集會禮堂，劇院，教堂要容納數(shù)百甚至數(shù)千人。在工業(yè)中，一些改良蒸汽的氣壓在汽油燈工作間的磨坊中作為動力，來抵消那些增大的卻作廢的比例。礦井在最早時期的通風(fēng)技術(shù)是采用在其通風(fēng)口的最底部用暖氣爐燃燒。而一些建筑的最初通風(fēng)系統(tǒng)就起源于上敘方法。例如：重建于1837年的倫敦NewHouses國會廳。會場的空氣排出便采用焦碳燃燒的方法。早高高的通風(fēng)口的最底部空間不停地保持燃燒。那些保留哥特式建筑的外形特征的建筑卻不再使用通風(fēng)口。新鮮空氣從河岸的通風(fēng)口吸入而室內(nèi)空氣通過出風(fēng)口穿過國會大廳地板下的隧道而被導(dǎo)入泰吾士河中。雖然旋轉(zhuǎn)式的電扇早在16世紀(jì)就發(fā)明了，但從18世紀(jì)在工業(yè)中安裝了蒸汽機驅(qū)動風(fēng)扇以來，一直沒有找到一種方便的動力供給，直到無所不在的電流的出現(xiàn)。壓力通風(fēng)系統(tǒng)是一種早期通風(fēng)道中的蒸汽管加熱空氣把供熱和通風(fēng)結(jié)合起來的方法。其壓力也是由蒸汽驅(qū)動的鼓風(fēng)機提供。熱空氣在壓力的作用下通過管道被運輸?shù)浇ㄖ锏母鱾€部位。學(xué)校，醫(yī)院和工廠都是采取這種方法取暖的。蒸發(fā)冷卻可能最初出現(xiàn)印度。在那里人們把濕的草席掛在向風(fēng)一邊的空地上，結(jié)果可以冷卻至11到17攝氏度，席子可以手工保濕或在它上面穿孔，這樣的系統(tǒng)利用了空調(diào)的一個最基本的原理。“空調(diào)”這一專業(yè)名詞的出現(xiàn)歸功于StuartW.Cramer，他在1907年向美國棉花制作商協(xié)會提交了一個關(guān)于紡織工廠濕度控制的論文。控制紡織品的潮氣等同于在大氣中增加水蒸氣，這很早就被認(rèn)為是空調(diào)，但它卻不是。不過直到1911年，當(dāng)WillisCarrier出版了他多年來的研究成果后，具有科學(xué)基礎(chǔ)的空調(diào)誕生了。從空調(diào)的發(fā)展歷史來看，從生產(chǎn)質(zhì)量到空調(diào)設(shè)備一步，在19世紀(jì)20年代大劇院，大商場，和辦公大樓上都安裝了空調(diào)設(shè)備?？照{(diào)的經(jīng)濟價值是顯著的。空調(diào)的發(fā)展成為一個主要的工業(yè)。不過我們期待更新的冷卻技術(shù)的出現(xiàn)。在19世紀(jì)末期，取暖和通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計很大程度上是憑經(jīng)驗，科學(xué)方法的發(fā)展在19世紀(jì)90年代得到了改變，一戰(zhàn)前，研究工作是由Belin-Charlottenburg大學(xué)和其它的一些部門擔(dān)任。戰(zhàn)爭過后，許多國家都開始了研究，尤其在聯(lián)合王國，美國，德國，瑞典和法國，所有的這些研究，使現(xiàn)代空調(diào)的影響不斷提高。第七課橋梁

橋梁是跨越如河流、山谷這樣障礙的一種建筑，從而提供交通便利，到目前為止，大部分橋梁都是公路橋或鐵路橋。大量的高架橋于19世紀(jì)在歐洲建成，目的是保持其運河中船舶的航行。最小的一座橋在紐約市的肯尼迪機場，它主要是把滑行飛機拖到跑道上服務(wù)的。人類建成的第一座橋類似于原始人在孤立地帶建成的。早期人類的工具和建筑技術(shù)如同原始人類一樣都是最初級的。他們只要經(jīng)過最少的加工和安裝即可建成。在森林里，隨處可得結(jié)實的木材和圓木，那時侯的橋極可能是由一根或并排的幾根圓木建成，可能在其上覆一些木枝或草墊以方便行走。處于熱帶地區(qū)的印度、非洲、和南美洲纖維藤被用來建成懸索橋，這些藤被系在小河或山谷兩邊的樹上或巖石上。一根或更多的藤被踩在上面行走，其它的則排列在膏腴幾英尺的地方，用作手扶用。雖然藤索橋通常不穩(wěn)定。但有很多用incas建成藤索橋有足夠的堅固和穩(wěn)定性，被用于西班牙士兵和它們馬匹的通行。在巖石地區(qū)，石頭被用來建橋，橫跨河流以很小的間距布置石碓作為橋墩，然后用平坦的石頭橫過相鄰的橋墩就建成連接兩岸的通道，大部分的石橋就是這種類型，叫做鼓掌橋?，F(xiàn)在在Dartmoor、英格蘭仍然可見，不過它們都建于中世紀(jì)甚至更晚。原始橋梁的第一步變革被認(rèn)為出現(xiàn)在中國古代，隨后傳入印度。河床一般比樹要寬，中國人和印度人在河流的中央建成兩個樹樁。在這個結(jié)構(gòu)的兩端，用圓木的一端架在樹樁上并微微向上傾斜，使其每一層都比它下面的高幾英尺。為了增加穩(wěn)定性，每個木樁在兩岸都用一堆大而重的石頭錨固；接近河中央，在河中間的兩個木樁的兩端則用簡支梁連接。在這種結(jié)構(gòu)中，天然支架橋在兩個自由桿的中間加樁后可達到很寬的跨度。早在公元前４０００年的Ｍesopotamia和在公元千３０００年的埃及，用石頭或日光烤干的磚被用來安裝重疊的橫梁。這種結(jié)構(gòu)看起來像的拱，下部更平穩(wěn)，被叫做突拱。要使突拱變?yōu)楦钡墓?，它需要石頭的內(nèi)部構(gòu)造適合光滑。這種直拱比突拱更堅固，且早在公元前５００年就被使用。這種直石拱具有經(jīng)濟和經(jīng)久耐用，它可以由許多靜止在碼頭上的拱而跨過小的河流。并且，它一般會經(jīng)常出現(xiàn)，而它的質(zhì)量比先前的任何結(jié)構(gòu)都要好。在中國和羅馬的古代，這種整體石拱被廣泛地用于橋梁結(jié)構(gòu)。它一直被廣泛地使用直到19世紀(jì)。這里有4類基本結(jié)構(gòu)可以用作水面上的或障礙物上的橋：剛架橋、懸臂橋、拱橋、和懸索橋體系。剛架橋最簡單也可能是最早使用的-即剛架橋河流。這樣它的兩端固定在相對的河岸。這種剛架橋可以組成某種形狀的木梁、鋼筋混凝土梁或更復(fù)雜的約束。剛架橋這種類型的橋的跨度可以采用在中間建橋墩或在峽谷建擱柵撐，再用幾根橫梁連接起來而增加跨度。剛架橋的材料必須能夠承擔(dān)壓力和拉力。盡管它的名字叫曲梁，但實際上這種具有雙重要求的桿能用于剛架橋上。結(jié)果，梁彎曲較高的部分的壓力比直的部分低一半以上，如果他的受壓承載力太弱，它將會成扣環(huán)，如果受拉承載力太弱，他將會破壞。懸臂橋在利用中間橋墩的長跨距橋中它通常是不可行的橋梁結(jié)構(gòu)。舉個例子，在深而流速急的河流或軟泥中，可能很難建橋墩使它有足夠深度達到基巖層。在這種情況下，剛架橋結(jié)構(gòu)用兩根橫梁就可以延伸―――從每岸伸出一根梁，而在兩根梁的端部基礎(chǔ)進行錨固。這種簡單的剛架橋結(jié)構(gòu)更具有靜定性，而每一根錨固的梁的這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)就叫懸臂橋，或許這種最簡單而熟悉的懸臂橋例子便是跳水板。在普通的懸臂式橋梁中，懸臂梁端部之間的間隙是閉合的，為道路提供了連續(xù)的橋面。但是假如把這種橋梁在其閉合點斷開，那么每一根懸臂梁都不需要另外設(shè)置支撐而可保持穩(wěn)定。通常懸臂梁中間間隙是閉合的既是剛架橋。如此卻使懸臂糧延伸了跨度。懸索橋在沒有中間橋墩的情況下比懸臂橋跨越更大的距離。懸索橋的支撐體系是靠連續(xù)可彎曲的纜繩的兩端的錨固，懸索橋最簡單的例子是雜技場高空走鋼絲雜技演員用的鋼絲。原始的懸索橋常常是一把很小的幾根這樣的鋼絲系在一起來提供扶手和立足點的。在水平公路上的現(xiàn)代懸索橋則是由纜繩懸吊在車行道兩邊的下面。拱橋則是相反于懸索橋的作用，在那些懸索橋纜繩自由的提供支撐力的地方，拱橋卻是從它的兩端支柱固定的向上彎曲。由于在形狀上的不同，懸索橋的纜繩的各點都趨向拉伸而拱橋的支柱的各處都趨于擠壓。由于這些原因，懸索橋的纜繩必須盡可能的防止延伸，餓拱橋材料則盡可能地抵抗壓縮。因為拱結(jié)構(gòu)不一定要求材料具有抗拉強度，所以拱橋可以用磚或石頭建造，磚或石頭通過拱傳遞壓力的特性結(jié)合在一起。這種材料在其它的基本橋梁結(jié)構(gòu)中卻毫無用處。在拱橋中，荷載由公路上垂直傳遞下來，直到拱形遭到破壞。當(dāng)拱遭到純壓而達到臨界荷載時，便會改變力的傳遞路徑。有壓縮力的推力通過節(jié)點或墩傳到地面。拱這種簡單而優(yōu)美的結(jié)構(gòu)成為橋梁中的一種基本結(jié)構(gòu)。第八課：橋的設(shè)計與構(gòu)造規(guī)劃現(xiàn)代重要的橋梁建造的第一步是廣泛地研究確定橋梁的必要性。比如：如果是高速公路橋，在美國則是由州橋管理局研究規(guī)劃并確定，在程序上會同當(dāng)?shù)氐恼蚵?lián)邦政府一起，對主要公路橋梁進行評估研究。如在接近高速公路網(wǎng)上減少交通堵塞，對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的影響和橋的造價。這就決定了工程的投資方式，如公眾收費，發(fā)行債券或支付過橋費都被考慮進來。如果研究認(rèn)為其可行信，那么橋選址和占地問題將著手處理。在這一點上，現(xiàn)場測繪工作開始進行，做好精確的實地測量；潮汐，洪水因素，水流和水路上的其他的特征都要仔細研究，在陸地和水下的泥土和巖石的鉆孔取樣都盡可能地在基礎(chǔ)處進行。

橋梁設(shè)計的選擇決定把橋建成梁，懸臂，桁架，拱，懸索或其他類型結(jié)構(gòu)的主要因素是：（1）地點，如跨越河流；（2）目的，如建橋為了方便交通；（3）跨度；（4）可用的材料；（5）花費；（6）美觀和和諧性。

在一定范圍的跨度內(nèi)，每種結(jié)構(gòu)的都有最大的作用和經(jīng)濟。如下表所示：

橋的類型最佳跨度英尺米梁橋20到10006.1到304..8剛架橋80到30024.4到91..4拱橋200到1000061.0到3044.8桁架橋200到1400061.0到4266.7懸臂橋500到18000152.4到5448.6懸索橋1000到50000304.8到15524.0上表表明了許多類型的適用性有相當(dāng)多的重疊。在一些實例中，在不同的初步設(shè)計中，用來比較不同類型的橋結(jié)構(gòu)是為了在最后有最好的選擇。

材料的選擇橋梁設(shè)計者能選用大量的現(xiàn)代高強材料，包括混泥土，鋼筋，和多種耐腐蝕的合金。

拿Varian-Narrows大橋來說，設(shè)計者使用了七種不同的合金鋼，其中之一的合金的屈服強度為50000英鎊每平方英寸（3115kg/c㎡）,而且不需要油漆保護，因為有一種氧化膜覆蓋在它的表面而防止腐蝕。設(shè)計者還選用鋼絲繩作為纜繩，它的抗拉強度超過250000英鎊每平方英寸（17577kg/c㎡）

抗壓強度高達8000英鎊每平方英尺（562.5kg/c㎡）的混泥土現(xiàn)在被生產(chǎn)用作橋梁工程，而且它在增加特殊化學(xué)物質(zhì)后具有很高的抗脆裂性能和抗風(fēng)化性能，這種混泥土被用作預(yù)應(yīng)力砼，而且其加強了鋼絲繩的抗拉強度，其強度達到250000英鎊每平方英寸（17577kg/c㎡）

橋梁的其它使用材料還鋁合金和木材：現(xiàn)在的鋁合金的屈服強度超過了40000每平方英寸（2818kg/c㎡）。把木材碾成細長的薄片，然后用膠水粘在一起而做成的梁是自然木材強度的二倍。例如用南部松樹而膠結(jié)的梁能承受的工作應(yīng)力達到了3000英鎊每英寸（210.9

kg/c㎡）。

應(yīng)力分析一座橋要抵抗一系列的合力，如拉力，壓力，剪力和扭力。另外，結(jié)構(gòu)還需要一定的安全儲備一保不足。對結(jié)構(gòu)進行精確計算各種單獨的壓力和拉力，這就叫應(yīng)力分析。這或許是橋梁建設(shè)中最復(fù)雜的技術(shù)。應(yīng)力分析的目的是為了確定作用在結(jié)構(gòu)上的里的數(shù)量。

作用在橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力都可以分為二類荷載：動荷載和靜荷載。靜荷載——即橋結(jié)構(gòu)本身不變的重量——它往往也是最大的荷載。動荷載或靜荷載有很多，包括橋面上的機動車，風(fēng)荷載，和積冰積雪荷載。

雖然隨時在橋面上移動的機動車的總重量相當(dāng)于靜荷載和動荷載來說是一個很少的部分，而對設(shè)計者來說，因為機動車輛產(chǎn)生的振動和沖擊壓力而會出現(xiàn)特殊問題。例如：在路面上機動車的不規(guī)則的運動或碰撞對橋面產(chǎn)生短暫而影響加倍的活荷載而導(dǎo)致嚴(yán)重的影響。

風(fēng)在橋上的施加的里即直接敲打橋結(jié)構(gòu)又間接的敲打在橋面上的通行的車輛。如果出現(xiàn)空氣彈性振動，在這種情況下的TacomaNarrows大橋的風(fēng)作用被大大地增大，由于這種危險的存在，橋的設(shè)計者在橋址必須知道所能發(fā)生的最大的風(fēng)。還有其它的力作用在橋上，如：地震產(chǎn)生的壓力也必須注意。

對橋墩的設(shè)計通要給予特殊的關(guān)注，因為橋墩承擔(dān)水流，浮冰和漂浮物而產(chǎn)生的重荷，橋墩通常還有被船撞擊的可能。

電腦在應(yīng)力分析上協(xié)助橋梁設(shè)計者，并扮演一個很重要的角色。用一個精確的模型試驗，尤其對橋的動力的活動狀態(tài)的研究也可以幫助設(shè)計者。一個小比例的橋模結(jié)構(gòu)中，對橋模各處的應(yīng)力，加速度和變形都可以進行精確測量。橋模這時可以承受同樣比例的荷載和動力條件來分析橋的變化。風(fēng)洞試驗也可以確保不再發(fā)生TacomaNarrows大橋的失敗。在現(xiàn)代技術(shù)的幫助下，橋梁事故出現(xiàn)的機會將大大少于以前。建筑基礎(chǔ)建筑物都是從基礎(chǔ)開始的，基礎(chǔ)的花費幾乎大大超過上層建筑。水下基礎(chǔ)通常會遇到很大的困難，有個古老的方法常被用于淺水中，即在小范圍內(nèi)垂直圍堰而建橋墩。羅馬人常用這種方法。在深水中建基礎(chǔ)一般用沉箱法。沉箱是一個底部開口其余封閉的大盒子而沉入河床上，工人們在為擋水而充滿壓縮空氣的沉箱里，越挖越深，沉箱也跟著下沉。當(dāng)達到合適的深度后在箱內(nèi)填入混泥土而成為基礎(chǔ)。在深水中建基礎(chǔ)的另一種方法比沉箱法更安全和更低的成本，用于鋼或混泥土橋墩。在現(xiàn)代的打樁工具下把重樁打入深水中，樁可以在水面或水下截斷或做成樁帽。如在水下把它們做成樁帽，可把一根預(yù)制空心樁浮運到做成承臺樁的那一點，然后從空心樁套內(nèi)灌入混泥土。建設(shè)上層建筑當(dāng)所有的樁和支柱建好后，則上部結(jié)構(gòu)開始建筑。結(jié)構(gòu)的建設(shè)方法有很多種類，共有六類建造方法：腳手架，浮運，懸臂，滑移，直升和懸掛法。在用腳手架建造時，主要用來建混泥土拱橋。金屬或木支撐都是臨時搭設(shè)為豎直支撐。腳手架都是根據(jù)需要而靈活搭建的。尤其結(jié)構(gòu)在激流回深谷上時，臨時橋墩和站橋一般使用在寬而淺的河上。浮運法主要用來建很長的橋梁。主橋部分是在河岸預(yù)制的，然后用駁船浮移到橋梁位置。用浮吊起重機或卷揚機把該部分精確吊到大橋的建設(shè)部位。懸臂技術(shù)不僅用于懸臂橋中，也用于剛拱橋上，先建成一個橋臺，然后一步步延伸到中央，起重機和吊車可以完成著儀沉重物在結(jié)構(gòu)上的操作。滑移法建筑很少用到。這種方法，如一個預(yù)制構(gòu)件或一個組合結(jié)構(gòu)在豎立的支柱上，滑過臨時或永久性的支撐，直到它進入安裝的另一個支撐。直升法主要用于輕質(zhì)小跨度的公路橋。每一個預(yù)制橋單元被垂直懸起并旋轉(zhuǎn)到橋梁支撐點上。在由懸掛法建設(shè)的橋梁中，一串纜繩連接倆邊的橋頭堡，被用作橋面支撐點。開始的橋面施工卻在在橋梁施工的最后，而且是由倆端向中央發(fā)展。移動吊車在已完成的橋面上移動，用來運送重材，懸掛鋼纜，有時在其他類型的橋梁中被用來在全跨上運輸材料。所有的建筑方法在施工階段都需要驗算應(yīng)力和變形，在用懸臂梁法施工的橋梁中，因為完全不同的支撐和荷載條件，未竣工橋梁內(nèi)的應(yīng)力可能會超過已竣工橋梁內(nèi)的應(yīng)力。當(dāng)公路的鋪裝，標(biāo)志，燈光，護欄和附屬設(shè)施完成后，橋梁就準(zhǔn)備投入使用了。第九課海港和海上工程海港和海上的建筑工作比城市設(shè)計有更多不平常的問題和富有挑戰(zhàn)性，連續(xù)寬廣的大海是自然界最不知疲勞，最有氣勢和具有強大的自然力，為工程師提供一個對手去發(fā)現(xiàn)在海洋中的建筑的任何弱點或缺點，而卻防止它們。海事工程的目的。這些廣泛進行的工程主要目的有兩類：水面運輸，圍海造陸或河道管理。在第一批進行的工程直接用于為水陸交通工具中的貨物和乘客轉(zhuǎn)移提安全而經(jīng)濟的設(shè)施。漁港的出現(xiàn)分配著大海的資源。為輪船和水型飛機提供了安全島，是船舶的停泊處或是私人水飛機的降落處。圍海造陸與河道管理是致力于防止海洋對陸地侵蝕恢復(fù)和改造海洋所占用土地以及維護江河入?？谝宰鳛閮?nèi)陸徑流排放的有效措施這樣的工程。在很多地方，由于沒有連續(xù)維護，大浪和暴雨一起將導(dǎo)致居民區(qū)的洪災(zāi)時常發(fā)生。土木工程技術(shù)所有的工程都有很多廣泛的相同。實際上要認(rèn)出在同一時期經(jīng)常出現(xiàn)相似的工程的不同特征。例如：主要河道清淤至足夠的深度的工作即有利于通航，同時也能增加上游洪水的泄洪能力。水力模型。海邊土建工程的計劃取決于運輸，圍海造陸，河道管理是否促進發(fā)展技術(shù)模型的研究，曾經(jīng)認(rèn)為科技是不必要的，這些研究表明必不可少的第一步是對任何港口或沿海地區(qū)進行再開發(fā)，去做有用的即使是非常小的更改或增加地區(qū)，海港，河口被做成縮尺模型。所以水不以被引導(dǎo)如同潮汐和其他的潮流一樣，在同一方向以相同速率處在同一個地方。各種設(shè)備一般都是電子控制，被發(fā)展以海浪和潮汐為動力用來生產(chǎn)。這個試驗的可貴之處在于引出了在比例上減少被發(fā)現(xiàn)相當(dāng)于鮮少模型尺寸的比例。這樣以來，蘇格蘭的ClydeEstuary工程的巨大模型在14分鐘的潮汐循環(huán)中或大約50次的實際潮汐次數(shù)。三年潮汐的影響使海港的數(shù)據(jù)圖表也隨著更改，如果在時間為三周的試驗中對模型的研究，那么任何其他的潮流在非預(yù)期內(nèi)的沖刷或淤泥可能被查出來。這種價值關(guān)系對改變位置的防堤提供保護同樣可以被研究。利用波浪生成設(shè)備，發(fā)現(xiàn)次要的或不利的影響。在受保護的區(qū)域，波浪因帶來混亂而不受歡迎，這是可以預(yù)料甚至還是搶先的。天然港口和人造港口：在世界的海岸線中確實存在著偏見，自然界為人類提供的港灣僅僅等待使用。例如紐約灣，探險者GiouvannidaVerrazano稱紐約是庇護船只“最滿意的地方”，像進口，港灣，出可能需要先進的挖泥機，當(dāng)然還必須修建港口結(jié)構(gòu)，但最主要的是這些都保持著自然形成狀態(tài)，而且它們對世界上許多大城市來說，其存在非常重要。因為像這些天然的海港并不是經(jīng)常需要一般的家們設(shè)計的人造海港那樣的港口設(shè)備。在一個人工海港的創(chuàng)建中，最主要的結(jié)構(gòu)設(shè)施是防浪堤，有時候也叫防波堤，或者掘地道，其主要作用是保持近海岸的海水平靜，人工海港的位置當(dāng)然應(yīng)該選擇在有潛能的海岸的突出部位；也可以偏于稍微縮進一些。所以，常常出于經(jīng)濟性或都戰(zhàn)略性考慮，通常會沿著不太隱蔽的海岸線的陸地上修建防浪堤圍住一些區(qū)域，建造純粹的港口，只留很窄通道作為船只的進出口。海港的主要工作遠古時代，從事海港的工作是改善改進天然海港和人造港口的結(jié)構(gòu)。還沒有確定性的證據(jù)記載第一座人造海港構(gòu)造的日期和地點，但是人們都知道，公元前13世紀(jì)Phoencians在Sidon和Tyre就修建了港口。目前的工程師們很少懂得或者思考關(guān)于對他們自己修建的港口進行保護甚至應(yīng)用。證據(jù)是我們所看到的Mediterranean四周曾經(jīng)很繁榮的港口，如今不僅僅成為了靜靜的廢墟，取而代之的是那些隨時地跟進的繁殖力極強的沖積陸地所占領(lǐng)，而且遠遠望去那海的景象很難想象得出那種場景能夠適于遠航輪船的定錨。AsiaMinor的在Aegean陸地上的港口如Ephesus,Prience和Miletus，像這種類型的港口如今都消失了，每一種這樣的情景都破壞了美麗如畫的Meander河（現(xiàn)在叫Menderes河），這對于那些努力在河流出海處相鄰的高地上創(chuàng)建新的陸地的人們來說不失為一件愜意的事情。在朝向Cyprus島的一邊，保留著一座古老的防波堤，建成用來保護泊船點的。它至今可見。但是在防波堤與海岸線之間的被圍區(qū)域意識已經(jīng)是很窄了。在這個事例中，淤泥沉積不僅是因為臨近河流的作用，而且沿岸流也起了部分作用，沿岸流是一種平行于海岸的水流，其作用是使東西海岸廣闊的海岸得以產(chǎn)生和存在。許多古代的港口建筑已經(jīng)沒有蹤跡可尋了，但是在他們時代的那些知識甚至技術(shù)說明都被記載下來而流傳至今，這些說明和遺址都被保存下來，古時候的從事海港工作的土木工程師的一些圖紙也被保存下來。他們最開始考慮的是為了給那些脆弱的船提供保護，使其不受氣候影響。但更重要的作用是那些建筑物的貢獻，如防波堤，通道及維護結(jié)構(gòu)。大量的廉價勞動力和用天然石材為主要材料。用這種方法建成之后看起來如同更快來低價的現(xiàn)代建筑。不過它并不帶著刻意的目的去不斷修建的古代工程師的功勞。提供那些他們以前用過的材料和他們已經(jīng)實現(xiàn)的目的。他們可能會做得更小。此外，由于他們沒有那么快速的步伐去反戰(zhàn)更好的船運或陸路運輸，他們還沒有被荒廢的陰影擾亂。在20世紀(jì)，港口工程師不是想要建造永恒的結(jié)構(gòu)，而是要注意避免強加于子孫后代也許因為堅固耐用反而變成負擔(dān)的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代在過渡耐用和脆弱危險的材料用于那些等級非凡的古老海事建筑，他們強調(diào)增加美化，如雕像和凱旋門。橫切技術(shù)的實踐包括在隧道和防護堤中的羅馬半圓式半圓拱和分布在那些允許海水進出的以便于清洗海港中的設(shè)備的地方。羅馬人常采用村莊和經(jīng)常借助圍堰建筑加固他們的建筑，以至于他們能運用阿基米德螺旋和水輪。這些實踐能使他們在干旱區(qū)展開很多基礎(chǔ)工作，和利用它們非常著名的波特蘭水泥，使他們的建筑無非常耐用。波特蘭水泥也是有他們的前輩石灰水泥發(fā)展而成的。第十課

大壩大壩是橫跨小溪，河流或河口用于蓄水的建筑。他的目的是為了提供人類用水，灌溉和工業(yè)用水；削減洪峰，增加蓄水發(fā)電能力；或者增加河道深度以有利于航運。還有一個附帶效果就是能提供游樂的湖泊。大壩的一些輔助功能包括溢洪道，水閘，或利用閥門控制從大壩中排出過剩的水到下游；吸水結(jié)構(gòu)引水到發(fā)電站或運河，隧道，或渠道用于更遠距離的使用。供應(yīng)從蓄水池中抽出泥沙；同時還要允許輪船和魚類通過大壩。大壩因此在控制蓄水目標(biāo)體系中成了中心建筑。在不發(fā)達國家中大壩更具特殊重要性，在一個小國家可以從一個簡單的大壩中獲得巨大的農(nóng)業(yè)和工業(yè)利益。大壩從外形和建筑材料可以分成幾個不同的等級，建哪一類型的大壩的結(jié)論很大程度要根據(jù)山谷的基礎(chǔ)條件和可以使用的建筑材料?；镜乃x的材料是混泥土，泥和碎石。大部分大壩在過去建設(shè)中采用有接縫的石木術(shù)，但是這種做法已完全被廢棄了。混泥土大壩的整體形式在側(cè)面上有很多類。根據(jù)水壓程度利用結(jié)構(gòu)自重或采用橫跨山谷由倆邊峽谷支撐的水平橫拱來抵抗側(cè)向位移。

大壩設(shè)計的基本問題大部分被分為兩個基本類型：masony和embankment，M壩是用來在峽谷的峽谷中橫跨河流，如在群山中這類壩可能非常高，但所需的總體材料受到限制。E壩用于寬的河流上建一座大壩需要足夠多的材料。選擇M或E壩和精確地設(shè)計都可依靠這一位置的地質(zhì)情況和構(gòu)造，大壩的基礎(chǔ)和成本因素。地質(zhì)的研究和試驗，壩址研究包括沉降試驗和地層的鉆孔測試。用豎井和坑道補充鉆孔試驗，因為它們的成本必須盡可能地節(jié)約。在豎井的坑道試驗中可以測出強度，彈力，滲透系數(shù)和地層的壓力分布，還必須重視那些更結(jié)實的基礎(chǔ)中的薄的分離或間隔地區(qū)的特性。存在的地下水對大壩的建筑材料的有害的化學(xué)溶解必須評定。建筑原料需要試驗。如果連續(xù)增加高度，基礎(chǔ)條件的研究也越來越重要。模型試驗在大壩的結(jié)構(gòu)抗震和水力設(shè)計中扮演一個主要角色。結(jié)構(gòu)模型在分析拱形大壩和檢驗分析壓力計算有特殊的用途。各種材料都將被用于模型試驗中，在Hoover大壩的一些早期試驗，常利用橡膠，這需要在復(fù)雜模型中準(zhǔn)確復(fù)制應(yīng)力樣本，模型要符合使用低彈型材料。從主觀上來看，大壩模型本身就是未來的設(shè)計，說明了建成模型用來記錄在荷載下的活動，建筑材料所受的拉力，溫度和壓力改變和基本安裝的其他因素，在研究成果下，結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的，但是它們的價值在于證實了設(shè)計的假設(shè)，這是重要的。數(shù)字電腦已經(jīng)允許考慮高級的分析方法設(shè)計，它處理大量的數(shù)據(jù)和解答多組包含許多變量的聯(lián)立方程的能力使得有限元分析是可行的。用這種方法，一個復(fù)雜結(jié)構(gòu)被分為許多單獨的平衡條件，而且所有拉力都具有兼容性，這樣可以對整個結(jié)構(gòu)的壓力的分布進行完整地分析。材料問題大壩的兩種基本材料：混凝土和泥域填石在大壩的正確設(shè)計中都有一個弱點需要被克服?；炷恋娜觞c，混凝土的弱點在于抗拉強度，因為它很容易被拉裂，混凝土大壩因此要被設(shè)計承受最小拉應(yīng)力和利用混凝土大的壓應(yīng)力或盡可能地承受垂直荷載。由于晶體結(jié)構(gòu)對水的吸收，水在空氣中的蒸發(fā)和從水泥水化過程中產(chǎn)生的高溫冷卻，混凝土的主要成分水泥，在凝固和硬化時要收縮。因為大量混凝土用于大壩上，收縮而出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫的危險。大量便利的方法被用于解決這個問題，混凝土常被分層限厚澆筑，裂口被用來散發(fā)熱量而被最后澆筑。低熱水泥也被使用。還有混合特殊添加劑而使散熱變得遲緩。在大壩內(nèi)部混凝土中的水泥要做到安全而量少。也就是能滿足強度，其次能抵抗氣候和化學(xué)侵蝕。能滿足用于大石塊中的水泥可以減少用量。另外一個好的辦法是用級配好的材料，如粉煤灰（研磨后的燃料）作為填料可以減少混凝土的水泥用量。另外就是使用增加添加劑。表面活性劑和加氣劑都被允許用于低水灰比的混凝土，用冰代替水的技巧增加了冷卻速度。////混合或用循環(huán)水通過埋入混凝土中的導(dǎo)管而用利用直空抽出其表面過剩的水。土和巖塊的弱點。土和巖塊不具備混凝土的強度，可滲透性大，抗流水損壞和干擾的能力差，這些缺點可以由低成本和能用合適填入在大壩基礎(chǔ)因運動毀壞的地方。假如能得到足夠的土用于壩址的合攏在光山區(qū)域，它可能比堤壩更需要采石場的巖石和構(gòu)造巖石。土填當(dāng)然是最經(jīng)濟的，也常適合用于借土合攏壩址。土由固體物質(zhì)，水和空氣構(gòu)成，土受荷而壓縮，如出現(xiàn)在大壩建筑，排出水和空氣導(dǎo)致增加固體物質(zhì)間的壓力，當(dāng)有很高的滲透比時，土趨向于產(chǎn)生不同的壓力和達到臨界狀態(tài)，這時它的狀態(tài)如同液體。如果達不到這個條件，通常它的結(jié)構(gòu)會變?nèi)?，而且逐步進行計算結(jié)構(gòu)。地震問題。大部分大壩都建在世界上地震活動地帶，包括日本，美國西部，新西蘭，喜馬拉雅山和中東，在1968年，在HonShu的ToKachi大地震中毀壞了93座大壩，在日本主島，所有的堤壩高度都相對較小。盡管針對地震活動分布，強地震運動的量測水壩對這種運動的反應(yīng)做了大量工作，水壩的地震設(shè)計依然不夠精確，強的地質(zhì)運動特征給壩址帶來不少預(yù)料性。而且不完善的彈力分析和不嚴(yán)格的衰減分析使所有類型的大壩都具有一些自由度，不過，電腦計算和模型試驗都得到了相當(dāng)大的發(fā)展，現(xiàn)在還可以計算大壩在任何地質(zhì)運動下的反應(yīng)。在Tang-eSdegman大壩和南非的HendriKVerwoerd大壩上使用過，也可以從理論估計中預(yù)先考慮地質(zhì)活動對堤壩的影響。第11課

高速公路工程高速公路工程包括高速公路計劃.選址.設(shè)計和高速公路保養(yǎng)。當(dāng)一項高速公路工程設(shè)計建設(shè)或是改造之前，必須大致地計劃考慮一下費用問題。作為概要計劃的一部分，該地區(qū)在可預(yù)見的時段內(nèi)（如20年）的交通流量，以及何種建設(shè)才能滿足這種需求將是決定因素。為了評估交通需求量，高速公路工程師通過采集分析現(xiàn)有設(shè)備提供的物理數(shù)據(jù)信息——包括車流量，分布，現(xiàn)有交通工具的特征以及蘊涵在這些因素中的可以預(yù)知的變化。高速公路工程師必須決定新路線建筑最適合的位置.布局以及容量。通常情況下，一條初步的線路或選址和若干備選路線都會被拿來研究。細節(jié)方面設(shè)計通常在一個更佳的選址確定下來之后才開始。為了選擇最佳路線，需要仔細考慮的問題包括：交通需求，（路線）橫貫的地帶，可通行道路的土地價值以及各種方案的結(jié)構(gòu)開銷的預(yù)算。在一些大型項目中，利用了航拍技術(shù)的攝影測量法被廣泛用于顯示該地帶的特征，這也是一種最經(jīng)濟的方法。在那些小型工程中，地面繪圖法已經(jīng)很完美了。資金方面的考慮決定了一項工程是一次性實施還是是否必須分階段建設(shè)，每階段建設(shè)等資金到位后才開始。在決定最經(jīng)濟的實施方案時，工程師通過分析它的盈利性來定奪的。高速公路，街道（考慮）盈利性的三個優(yōu)先順序（依次）為：使用者，所有權(quán)上（最）鄰近的所有者，大眾。使用者通過降低運輸費用，提高旅行舒適度，增加安全性，節(jié)約時間來提高高速公路利潤。他們也獲得娛樂的和教育上的好處。所有權(quán)毗鄰的所有者可以通過更好的路線，提升所有權(quán)價值，更加高效的警察機關(guān)和消防保護，改善停車環(huán)境，為步行者提供更安全的交通環(huán)境，當(dāng)?shù)乜赏ㄐ械缆罚ㄑ鼐€）的公共設(shè)施，（諸如）水管和下水道的使用情況。對通過高速公路建設(shè)獲得的各種利益的評估通常是困難的，但對一個高速公路工程來講也是一個最重要的階段。有一些利益可以被精確計算出，另有一些就具有相當(dāng)?shù)耐稒C性。因此要使用許多種辦法來使（工程）建設(shè)（變的）更加經(jīng)濟，并且許多工程上的工作都會牽涉到最佳程序的選擇上。環(huán)境價值環(huán)境因素在高速公公路建設(shè)中正正被越來越重重視，也突現(xiàn)現(xiàn)出越來越高高的重要性。由由于環(huán)境問題題導(dǎo)致工程被被擱置甚至取取消的事例，不不勝枚舉。環(huán)環(huán)境方面的研研究或調(diào)查涉涉及許多因素素，包括噪聲聲的產(chǎn)生，空空氣污染，對對橫貫地區(qū)的的擾亂，對現(xiàn)現(xiàn)有房屋以及及可能的預(yù)備備路線的破壞壞。可通行道路的獲得得高速公路工程師也也必須協(xié)助得得到用于新高高速公路設(shè)備備的可通行道道路。通向市市區(qū)商業(yè)中心心的高速公路路建設(shè)的土地地的獲得已被被證明是非常常困難的。公公眾需要交通通工程師和城城市規(guī)劃者，建建筑師，社會會學(xué)家，以及及所有對美化化城市環(huán)境，提提升城市功能能感興趣的團團體緊密合作作以確保在協(xié)協(xié)調(diào)好所有主主要問題（方方面）的利益益后再（開始始）建貫通首首要區(qū)域的高高速公路。主主要問題包括括以下幾點：：（1）高速公路自身的的美化問題是是否給予了充充分的注意？？（2）是否為保保護城市的自自然風(fēng)光而改改變選址？（3）在某些區(qū)區(qū)段需要高架架高速公路的的有沒有一個個邏輯上可以以替換的降低低設(shè)計被提出出？（4）概略設(shè)計計對降低由大大流量的交通通造成的噪音音是否有幫助助？（5）城市的一一些部分是否