【正文】 比例和設(shè)計(jì)者給定的比例尺和特征支配，建筑物成為建造它們的時(shí)代的理想的表達(dá)和熱望。 雖然全裝飾在一些現(xiàn)代的建筑中被拒絕，但它過(guò)去由于固有的美或?yàn)榱藦?qiáng)調(diào)建筑物的一些重點(diǎn)而常被采用。因這些單位對(duì)整個(gè)建筑物而言太小，所以還需要其他中間尺度的元素。然而，這些努力并沒(méi)有被廣泛接受，盡管在設(shè)計(jì)各處透過(guò)一些尺寸（舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)模數(shù)是一個(gè)柱的直徑一半）的復(fù)測(cè)法已經(jīng)收到很好的結(jié)果。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(gè)獨(dú)立的整體。木和鋼的性質(zhì)意味著框架結(jié)構(gòu)——一個(gè)支撐樓板和屋頂?shù)墓羌堋魏蔚匿伱娌牧隙伎赡苁潜匦璧?。木制梁可能相?duì)比石制梁長(zhǎng)，并且木制柱較細(xì)且可以廣泛地作一定間隔的排列。在石類(lèi)建筑中，門(mén)，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)。另一方面，石在抵抗各向拉力方面是很弱的。它應(yīng)該有結(jié)構(gòu)需要的和被選材料允許的耐久性。好的平面組織可以指引訪(fǎng)客到達(dá)他們的在建筑物中的目的地并且使他們留下印象。在任何特殊的建筑物中所覆蓋的精確活動(dòng)——廣泛到從工廠(chǎng)的一條裝配線(xiàn)到一個(gè)家庭的起居室——應(yīng)該規(guī)定幾個(gè)內(nèi)部區(qū)域的大小和形狀。建筑物的大小和外形可能受到分區(qū)的限制。 最后，建筑物的結(jié)構(gòu)被各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素影響，包括地價(jià)，租賃，工程預(yù)算，分區(qū)限制。這種必要的設(shè)置對(duì)公寓的進(jìn)深必然有限制。一個(gè)現(xiàn)代建筑物的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)這個(gè)小組集體的智慧。除建筑物外，這種藝術(shù)還包括大壩，運(yùn)河，隧道，溝渠和橋。建筑物與建筑學(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(zhuān)門(mén)項(xiàng)目。土木工程管理者結(jié)合技術(shù)上的知識(shí)和一種組織能力來(lái)協(xié)調(diào)勞動(dòng)力，材料，機(jī)械和錢(qián)。還有兩個(gè)并不完全在土木工程范圍里面但對(duì)訓(xùn)練相當(dāng)重要的附加的專(zhuān)門(mén)項(xiàng)目是工程管理和工程教學(xué)。在這一專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的土木工程師精確測(cè)量地球表面以獲得可靠的信息來(lái)定位和設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目。此規(guī)劃中所包括的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅僅為工程因素，土地的開(kāi)發(fā)使用和自然資源環(huán)境的，社會(huì)的和經(jīng)濟(jì)的因素也是主要的成分。這些工程師也向結(jié)構(gòu)的業(yè)主提供進(jìn)度計(jì)劃報(bào)告。 建筑工程學(xué)。 渠道工程學(xué)。從事這一專(zhuān)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(yùn)行的設(shè)施。 他們也設(shè)計(jì)，建造并監(jiān)視工程以控制甚至消除對(duì)土地和空氣的污染。專(zhuān)業(yè)于這個(gè)領(lǐng)域的土木工程師對(duì)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(jìn)行分析。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(wèn)題。在這一專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，土木工程師規(guī)劃設(shè)計(jì)各種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)，包括橋梁，大壩，發(fā)電廠(chǎng)，設(shè)備支撐，海面上的特殊結(jié)構(gòu)，美國(guó)太空計(jì)劃，發(fā)射塔，龐大的天文和無(wú)線(xiàn)電望遠(yuǎn)鏡，以及許多其他種類(lèi)的項(xiàng)目。 從項(xiàng)目開(kāi)始到結(jié)束，對(duì)這些土木工程專(zhuān)家的工作進(jìn)行監(jiān)督和調(diào)配的則是施工管理專(zhuān)家。巖土工程專(zhuān)家則進(jìn)行土力學(xué)試驗(yàn)以確定土壤能否承受工程荷載。 領(lǐng)域。他們也建造私有設(shè)施，比如飛機(jī)場(chǎng)，鐵路，管線(xiàn)，摩天大樓，以及其他設(shè)計(jì)用作工業(yè)，商業(yè)和住宅途徑的大型結(jié)構(gòu)。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(jì)，施工及對(duì)建筑環(huán)境的管理。此外，土木工程師還規(guī)劃設(shè)計(jì)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(jì)容納設(shè)施齊全的社區(qū)的空間平臺(tái)。 土木一詞來(lái)源于拉丁文詞“公民”。因?yàn)榘秶珡V，土木工程學(xué)又被細(xì)分為大量的技術(shù)專(zhuān)業(yè)。環(huán)境工程專(zhuān)家研究工程對(duì)當(dāng)?shù)氐挠绊?，包括?duì)空氣和地下水的可能污染，對(duì)當(dāng)?shù)貏?dòng)植物生活的影響，以及如何讓工程設(shè)計(jì)滿(mǎn)足政府針對(duì)環(huán)境保護(hù)的需要。根據(jù)其他專(zhuān)家所提供的信息，施工管理專(zhuān)家計(jì)算材料和人工的數(shù)量和花費(fèi)，所有工作的進(jìn)度表，訂購(gòu)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(shí)按質(zhì)完成。 貫穿任何給定項(xiàng)目，土木工程師都需要大量使用計(jì)算機(jī)。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)用計(jì)算機(jī)確定一個(gè)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。他們的項(xiàng)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(hù)河灘及其他濱水設(shè)施。他們計(jì)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。他們建造供水和廢水處理廠(chǎng)，設(shè)計(jì)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(dòng)引起的空氣污染。他們專(zhuān)門(mén)研究各種類(lèi)型運(yùn)輸設(shè)施的設(shè)計(jì)和維護(hù)，如公路和街道，公共交通系統(tǒng)，鐵路和飛機(jī)場(chǎng)，港口和海港。在土木工程學(xué)的這一支鏈中，土木工程師建造渠道和運(yùn)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(lèi)型的高度可燃和不可燃的氣體中分離出來(lái)的液體，氣體和固體的相關(guān)設(shè)備。土木工程師在這個(gè)領(lǐng)域中從開(kāi)始到結(jié)束監(jiān)督項(xiàng)目的建筑。這些土木工程師對(duì)公共建設(shè)工程的規(guī)劃和私人建筑的發(fā)展進(jìn)行協(xié)調(diào)。這一 方面包括高工藝學(xué)方法，如衛(wèi)星成相，航拍，和計(jì)算機(jī)成相。 工程管理。這些工程師可能工作在政府——市政、國(guó)家、州或聯(lián)邦；在美國(guó)陸軍軍團(tuán)作為軍隊(duì)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。許多從事教學(xué)的土木工程師參與會(huì)導(dǎo)致建筑材料和施工方法技術(shù)革新的基礎(chǔ)研究。建筑物的目的是給人類(lèi)的活動(dòng)提供一個(gè)遮風(fēng)擋雨的地方。 遮風(fēng)避雨的建筑物的設(shè)計(jì)和其他功用的土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的科學(xué)基礎(chǔ)原理是相同的。 建筑物的結(jié)構(gòu)是建筑物的功能、環(huán)境及各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素共同作用的產(chǎn)物。另一方面，對(duì)辦公大樓而言，人造光源更能達(dá)到均勻照明的要求，因此，對(duì)自然光的需求不再有建筑物進(jìn)深的限制。城市的高地價(jià)造成高層建筑物，而鄉(xiāng)村的低地價(jià)造成低的建筑物。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)。這些空間也必須被安排在彼此合乎一定邏輯的關(guān)系中。他們也許是下意識(shí)地被大廈很顯然的各個(gè)單元的關(guān)聯(lián)所指引。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(duì)建筑物進(jìn)行表達(dá)。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。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(shí)期其適當(dāng)?shù)脑煨鸵恢北煌咨票Ｗo(hù)著，像在美國(guó)的喬治王時(shí)代。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(jiàn)到。木和鋼也準(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(gè)測(cè)點(diǎn)。同樣地，大部分的內(nèi)部分區(qū)也需要在外部設(shè)計(jì)上有所表現(xiàn)。這種復(fù)測(cè)法幫助提出了人類(lèi)思想渴望的可視規(guī)則。 一個(gè)建筑物還應(yīng)該有建筑師稱(chēng)作的比例尺，它應(yīng)該能在視覺(jué)上傳達(dá)它的真實(shí)尺寸。樓梯和一個(gè)樓梯欄桿可能給門(mén)口的尺寸一個(gè)提示，依次是柱廊的高度，最后是整個(gè)的結(jié)構(gòu)廊。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)。歷史性建筑學(xué)的連續(xù)性式樣是他們的時(shí)代精神的化身。建筑物也有像升降機(jī)，供暖和冷卻，照明這樣的與機(jī)械和電力有關(guān)的系統(tǒng)。Gustave Eiffel（18321932）將鋼結(jié)構(gòu)引入法國(guó)。在1889年，Eiffel在艾菲爾鐵塔上安裝了第一個(gè)大尺寸的升降機(jī)，它的水力升降機(jī)能在一個(gè)小時(shí)內(nèi)運(yùn)送2350個(gè)旅客到達(dá)頂點(diǎn)。 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。由于骨架構(gòu)造，圍墻變成一個(gè)“幕墻”，勝于起支撐作用。芝加哥的Marina塔(1962)是美國(guó)最高的混凝土建筑。產(chǎn)生這種趨向的一個(gè)理由是，采用建筑物的墻壁作為一個(gè)筒體，可以非常經(jīng)濟(jì)地獲得起到抗風(fēng)作用的足夠硬度。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(gè)維護(hù)問(wèn)題。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。這種板的下部可以用作其下層空間的天花板。 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。用于動(dòng)力和電話(huà)通訊的電力配線(xiàn)，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(jī)械和電力系統(tǒng)通過(guò)坦白地表達(dá)它們以合并到建筑物的建筑學(xué)中?；A(chǔ)的設(shè)計(jì)依賴(lài)于許多土體的要素，如土的類(lèi)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)。大體上，較大顆粒土的負(fù)載能力將會(huì)強(qiáng)于較小的一些。土壤的彈性常常依賴(lài)于時(shí)間，也就是說(shuō)，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(shí)間長(zhǎng)度上。 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(hù)和門(mén)可能夠變得不起作用，并且極端的情況是建筑物可能倒塌。 在地表附近存在堅(jiān)硬土?xí)r，最簡(jiǎn)單的解決方法是把柱放置在一個(gè)小的混凝土板上（擴(kuò)展基底）。過(guò)去，基礎(chǔ)不依照系統(tǒng)調(diào)查。然而，基礎(chǔ)仍然是許多建筑物一個(gè)隱藏而昂貴的部分。鋼筋混凝土和薄殼筒系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)濟(jì)而競(jìng)爭(zhēng)性地被用于大量的住宅和商業(yè)目的的結(jié)構(gòu)。此外，過(guò)度側(cè)傾可能使建筑物的居住者因?yàn)閷?duì)擺動(dòng)的知覺(jué)而導(dǎo)致不便。曲線(xiàn)B則表現(xiàn)框架受到所有橫向荷載保護(hù)下的平均鋼重量。因?yàn)橐恍╊?lèi)型的結(jié)構(gòu)改革，鋼高層建筑物得到了發(fā)展。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)。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。由于對(duì)更大更高的建筑物的持續(xù)需求，框架筒和對(duì)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。 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(yùn)動(dòng)）的能力。四周外墻托梁的深度要求也被減少，而且樓板上的頂梁對(duì)有用空間的占用會(huì)達(dá)到最小。在這一建筑物中，（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。 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(diǎn)。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。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(diǎn)排放的液態(tài)廢料污染。化學(xué)消毒可以使廢棄河流中的細(xì)菌，病毒和原生生物鈍化。然而，大部分地區(qū)存在著清理不完全的情況。通常，建造一整套全新的分開(kāi)衛(wèi)生廢污的管道價(jià)格太昂貴。此外，在生物方法處理后，化學(xué)制品被用于營(yíng)養(yǎng)物的沉淀，和緊接著固體殘留物的凝結(jié)和過(guò)濾。 對(duì)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(jī)物的排除，還有使微生物鈍化進(jìn)行的消毒程序。最關(guān)心的則是疾病爆發(fā)的可能性。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?？梢耘e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。 處理廢水中的固體廢物的方法有擠壓，皮帶，離心分離機(jī)以及流化床火爐脫水。垃圾處理可以控制在一個(gè)設(shè)計(jì)和操作很好的垃圾掩埋場(chǎng)，而且這可能是特定的小社區(qū)的一個(gè)適當(dāng)方法。這些空氣發(fā)射系統(tǒng)包括靜電沉淀和加力燃燒室。被污染的土壤和地下水的凈化是個(gè)更慢的方法，凈化工藝必須被設(shè)計(jì)并實(shí)行。 空氣污染控制。在美國(guó)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。安全高質(zhì)量的飲用水的可用性是現(xiàn)代文明中一個(gè)重要的要素。 源點(diǎn)。這些湖泊的部分區(qū)域的受限制的娛樂(lè)使用是很尋常的。 地下的蓄水層是一個(gè)飲水的通常源點(diǎn)，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。 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(duì)其源點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)制性保護(hù)。 在源點(diǎn)質(zhì)量相當(dāng)好的地方，化學(xué)消毒，凝結(jié)，過(guò)濾就足夠了。經(jīng)濟(jì)內(nèi)嵌或直接的過(guò)濾可以用于凈化許多高地供給。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。最后，還必須發(fā)展對(duì)景觀地廢物的最佳處理方法。雖然目前有條文對(duì)建筑的種種限制，但是這個(gè)科目還是被延伸到交通工具中，如：大客車(chē)，飛機(jī)，輪船，航天器和潛艇。取暖系統(tǒng)涉及到提高溫度以達(dá)到高溫環(huán)境。首先在洞穴中，由石器時(shí)代遺留下來(lái)的爐邊可以說(shuō)明，后來(lái)就在泥土或是草地上生火。煙和汽水將不再蔓延于生活空間。及到今天它還在被使用，而且還是一家人的焦點(diǎn)地方。他的目的是在使用耐火粘土團(tuán)和使用罩蓋時(shí)提高明火的使用效率。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(guò)氣孔導(dǎo)入地板中。暖氣通過(guò)埋在墻里的中空的赤陶導(dǎo)管。如此科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和精煉隨著羅馬帝國(guó)的衰弱和城市的毀滅而終止。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(jī)作動(dòng)力。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(diǎn)在于有一個(gè)比較低的表面溫度和比蒸汽更溫和一般的影響。在1831年，英格蘭人Jocob Perkins獲得高壓熱水系統(tǒng)的革新方法的專(zhuān)利權(quán)。高壓熱水的原理它已經(jīng)在一個(gè)現(xiàn)代的系統(tǒng)中復(fù)興，它首先遍布?xì)W洲，后來(lái)傳向其他各地，主要用于工業(yè)取暖。礦井在最早時(shí)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。早高高的通風(fēng)口的最底部空間不停地保持燃燒。壓力通