土木工程发展新方向综述

古代土木工程公元前5000年开始至17世纪中叶时期，称为古代土木工程阶段。土木工程的古代时期是从新石器时代开始的。人们在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料从事营造活动，后来出现了砖和瓦这种人工建筑材料，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，为人类文明作出了伟大的贡献，甚至在目前还被广泛采用。历经漫长的古代大型土木工程的发展，土木工程建设内容更加丰富，建设工具有了新的发展，同时人们积累了丰富的土木工程建设的经验，为大型土木工程建设的发展打下了坚实的基础。
近代土木工程产业革命的开始是近代土木工程发展的开端。随着近代工业的发展，人类的生活需求也不断增长，这些不仅反映在吃穿行上，还反映在房屋建筑及市政工程方面。而电力的应用，使高层建筑实用化成为可能；电气照明、给水排水、供热通风、道路桥梁等市政设施与房屋建筑结合配套，开始了市政建设和居住条件的近代化；在结构上要求安全和经济，在建筑上要求美观和适用。随着大型土木工程近代工业化的进一步发展，在19世纪中叶为满足科学技术发展和分工的需要，土木和建筑开始分成为各有侧重的两个单独学科分支。工程实践经验的积累促进了理论的发展。材料力学、静力学、运动学、动力学等学科逐步形成，各种静定和超静定桁架内力分析方法和图解法得到很快的发展。这为大型土木工程建设的理论提供了很好的交流平台，有利于促进土木工程建设理论的进一步发展。理论上的突破,反过来极大地促进了工程实践的发展，这样就使近代土木工程这个工程学科日臻成熟。第一次世界大战以后，近代土木工程发展到成熟阶段。这个时期的一个标志是道路、桥梁、房屋等大规模建设的出现。另一个标志是预应力钢筋混凝土的广泛应用。
现代土木工程时期第二次世界大战的结束刚好是现代土木工程发展的开端。第二次世界大战结束后，社会生产力出现了新的飞跃，现代主义运动取得了全面胜利。现代科学技术突飞猛进，土木工程进入一个新时代。在近40年中，前20年土木工程的特点是进一步大规模工业化，而后20年的特点则是现代科学技术对土木工程的进一步渗透。首先，现代主义的高层建筑在理论计算方面有了新的发展，高层建筑结构的分析计算已基本告别传统的手工计算而采用计算机程序计算，基本上都采用三维空间结构分析计算程序。其次，高层建筑由于对抗震、抗风的要求高，且建筑多样化，层数、高度日益提高。再者，现代主义的高层建筑反对外部包装、建筑含义和历史风格，强调形式追随功能和技术，技术上升到艺术层次。
土木工程理论、材料及技术的发展
通过多年来实践探索，土木工程的发展日臻完善。在科学理论方面，理论研究精密化，计算力学、结构动力学、动态规划法、网络理论、随机过程论、滤波理论的成果，随着计算机的普及而渗进了土木工程领域。结构动力学也已发展完备，荷载不再是静止的和确定性的，而被作为随时间变化的随机过程来处理。静态的、确定的、线性的、单个的分析，逐步被动态的、随机的、非线性的、系统与空间的分析所代替。电子计算机使高次超静定的分析成为可能，进而使得高层建筑中框架-剪刀墙体系、筒中筒体系空间工作和大跨度的桥梁得以实现。大跨度建筑的形式层出不穷，薄壳、悬索、网架和充气结构覆盖大片面积，满足种种大型社会公共活动的需要。从材料特性、结构分析、结构抗力计算到极限状态理论，在土木工程各个分支中都也得到了充分发展。理论研究的日益深入，使现代土木工程取得了许多质的进展。在工程材料方面，标号为500～600号的混凝土已在工程中普遍应用，而轻质、高强化的混凝土成为大跨、高层、结构复杂的工程的新要求。高强钢材与高强混凝土的结合使预应力结构得到较大的发展，先张法和后张法的预应力混凝土屋架、吊车梁和空心板在工业建筑和民用建筑中广泛使用。同时铝合金、镀膜玻璃、石膏板、玻璃钢等工程材料以现代科学技术的进步为背景发展迅速，为大跨、高层、结构复杂的工程建设提供了全新的支持。在施工技术方面，种种现场机械化施工方法发展得特别快。同步液压千斤顶，滑模，直升机安装天线，用一群小提升机同步提升大面积平板的升板结构等一系列施工方法广泛应用。此外,钢制大型吊装设备与混凝土自动化搅拌楼、输送泵等相结合，形成了一套现场机械化施工工艺，使传统的现场灌筑混凝土方法获得了新生命，在高层、多层房屋和桥梁中部分地取代了装配化，成为一种发展很快的方法。精密化的理论研究、全新的工程材料和先进的施工技术，使得大跨、高层、结构复杂的大型土木工程的建设成为可能。
土木工程发展新方向
飞速的经济发展，使得大城市及超级大城市的数量急剧上升，人们对空间的概念日趋强烈，寸土寸金普遍成为人们的共识。因此为了满足人们对日益发展的空间需求，高层、超高层建筑的建设得到普遍重视。同时高层、超高层建筑的建设也是解决人们空间日趋紧张问题的重要途径。飞速经济的发展不仅仅是空间需求的问题，更有电力、能源等多方面的需求。大型水利水电工程的建设，大型矿山资源的开发，石油、天然气等重要能源的运输等都成为影响经济发展的重要因素。因此，大型公益土木工程的修建，显得极为重要。而鉴于我国能源、电力多分布于西南地区，多为山区、丘陵、高原等复杂地形，同时该地区地质条件复杂。为使水利水电建设、矿山资源开发以及重要能源运输等大型土木工程的建设得以实现，大跨度桥梁、隧洞等工程成为整个工程中的关键。由上述可知，高层、超高层建筑的建设，水利水电建设、矿山资源的开发、重要能源的运输等大型公益土木工程的建设以及配套的大跨度桥梁、超长隧洞等工程将成为经济发展的必须。而精密化的理论研究、全新的工程材料和先进的施工技术，又使得大跨、高层、结构复杂的大型土木工程的建设得以实现。可见，大型土木工程的普及建设必将成为未来土木工程发展的新方向。
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