【正文】 提出了人類思想渴望的可視規(guī)則。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。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)。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。木和鋼也準許懸臂結(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。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。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。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。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?shù)脑煨鸵恢北煌咨票Ｗo著，像在美國的喬治王時代。此外，石柱必須堅固，其高寬比極少超過10。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。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。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。此外, 一個結(jié)構(gòu)需要很好地被建造。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。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。這些空間也必須被安排在彼此合乎一定邏輯的關(guān)系中。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)。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。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。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。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。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。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。相似的，關(guān)注作為遮風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。遮風避雨的建筑物的設(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。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。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擋雨的地方。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。工程教學(xué)。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)，城市主管當局或相似的組織。其他則能讓他們的事業(yè)從管理位置開始。工程管理。 其他的專門項目。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。攝影測量，測量學(xué)和地圖繪制。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)。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。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。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。當流體中攜帶危險材料時，安全性因素也需要被考慮。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。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。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。 交通工程學(xué)。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。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。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。 巖土工程學(xué)。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。 水利工程學(xué)。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，風荷載和颶風荷載，建筑材料溫度變化引起的脹縮，以及地震荷載。 結(jié)構(gòu)工程學(xué)。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。 貫穿任何給定項目，土木工程師都需要大量使用計算機。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。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。環(huán)境工程專家研究工程對當?shù)氐挠绊?，包括對空氣和地下水的可能污染，對當?shù)貏又参锷畹挠绊?，以及如何讓工程設(shè)計滿足政府針對環(huán)境保護的需要。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。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)。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。 土木一詞來源于拉丁文詞“公民”。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。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。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)。在1782年，英國人John Smeaton為了把他的非軍事工程工作區(qū)別于當時占優(yōu)勢地位的軍事工程師的工作而采用的名詞。領(lǐng)域。不同類型的工程需要多種不同土木工程專業(yè)技術(shù)。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。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?shù)毓泛推渌煌ňW(wǎng)絡(luò)的負擔。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。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。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。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。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。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。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)。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。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。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。渠道工程學(xué)。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?shù)膲毫土魉佟?建筑工程學(xué)。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。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。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。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。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。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的測量。還有兩個并不完全在土木工程范圍里面但對訓(xùn)練相當重要的附加的專門項目是工程管理和工程教學(xué)。許多土木工程師都選擇最終通向管理的職業(yè)。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。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。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。多數(shù)也擔任工程項目或技術(shù)領(lǐng)域的顧問，和主要項目的代理。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避雨之所。除建筑物外，這種藝術(shù)還包括大壩，運河，隧道，溝渠和橋。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。一個現(xiàn)代建筑物的實現(xiàn)依賴這個小組集體的智慧。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。這種必要的設(shè)置對公寓的進深必然有限制。環(huán)境可能影響到建筑物的形狀和外觀。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。富人的住房建筑計劃不同于廉價的住房建筑計劃。建筑物的大小和外形可能受到分區(qū)的限制。建筑學(xué)是建筑物的藝術(shù)。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。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。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。相反地，不好的平面組織將帶來不便，浪費和視覺混亂。它應(yīng)該有結(jié)構(gòu)需要的和被選材料允許的耐久性。 石能抵抗壓縮， 盡管一起壓擠的力幾乎是不能確定的。另一方面，石在抵抗各向拉力方面是很弱的。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。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)。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。鋼的抗拉強度也等于或大于其抗壓強度。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?。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。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。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?shù)谋壤?，即令人愉快的虛與實、高與寬、長與寬的關(guān)系。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。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)。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。凡爾賽的Petit Trianon在比例尺方面相當完美。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。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。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。第三課建筑物的組成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)。摩天大樓的出現(xiàn)得益于19世紀的兩大發(fā)展：鋼骨架結(jié)構(gòu)和旅客升降機。Gustave Eiffel（18321932）將鋼結(jié)構(gòu)引入法國。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。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。直到19世紀晚期，建筑物外墻被用作支承樓板的承重墻。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。在1883 年，William Le Baron Jenney (18321907)采用鑄鐵柱支撐樓板的方式以形成籠狀結(jié)構(gòu)。由于骨架構(gòu)造，圍墻變成一個“幕墻”，勝于起支撐作用。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)。芝加哥的Marina塔(1962)是美國最高的混凝土建筑。在紐約城由Eero Saarinen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（）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。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)濟地獲得起到抗風作用的足夠硬度。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。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。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。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。這種板的下部可以用作其下層空間的天花板。 一個現(xiàn)代建筑不僅包括它所