論建筑材料的發(fā)展對(duì)土木工程的影響

郭奕兵

摘 要：對(duì)土木工程的發(fā)展起關(guān)鍵作用的，首先是作為工程物質(zhì)基礎(chǔ)的土木建筑材料；二是鋼材的大量應(yīng)用；三是混凝土的出現(xiàn)和使用。從未來(lái)發(fā)展方向來(lái)看，鋼結(jié)構(gòu)符合我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展的要求，是我國(guó)現(xiàn)代化建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：建筑材料； 發(fā)展； 土木工程； 影響

中圖分類號(hào)：S969 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315（2015）02-177-001

土木工程是指一切和水、土、文化有關(guān)的基礎(chǔ)建設(shè)的計(jì)劃、建造和維修的統(tǒng)稱。一般的土木工程項(xiàng)目包括：道路、水務(wù)、渠務(wù)、防洪工程及交通等。

土木工程是伴隨著人類社會(huì)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，它所建造的工程設(shè)施反映出各個(gè)歷史時(shí)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化、科學(xué)、技術(shù)發(fā)展的面貌，因而土木工程也就成為社會(huì)歷史發(fā)展的見(jiàn)證之一。而建造工程設(shè)施的物質(zhì)基礎(chǔ)是土地、建筑材料、建筑設(shè)備和施工機(jī)具。借助于這些物質(zhì)條件，經(jīng)濟(jì)而便捷地建成既能滿足人們使用要求和審美要求，又能安全承受各種荷載的工程設(shè)施，是土木工程學(xué)科的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。

對(duì)土木工程的發(fā)展起關(guān)鍵作用的，首先是作為工程物質(zhì)基礎(chǔ)的土木建筑材料，其次是隨之發(fā)展起來(lái)的設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)。每當(dāng)出現(xiàn)新的優(yōu)良的建筑材料時(shí)，土木工程就會(huì)有飛躍式的發(fā)展。從歷史來(lái)看，建筑材料的發(fā)展促進(jìn)了土木工程的三次飛躍式發(fā)展。

一、磚和瓦的出現(xiàn)和使用是土木工程的第一次飛躍

人們?cè)谠缙谥荒芤揽磕嗤痢⒛玖霞捌渌烊徊牧蠌氖聽(tīng)I(yíng)造活動(dòng)。大致在新石器時(shí)代，原始人為避風(fēng)雨、防獸害，利用天然的掩蔽物，例如山洞和森林作為住處，并逐漸使用簡(jiǎn)單的木、石、骨制工具，伐木采石，以粘土、木材和石頭等，模仿天然掩蔽物建造居住場(chǎng)所，開(kāi)始了人類最早的土木工程活動(dòng)。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，農(nóng)業(yè)、手工業(yè)開(kāi)始分工。中國(guó)在公元前十一世紀(jì)的西周初期制造出瓦，最早的磚出現(xiàn)在公元前五世紀(jì)至公元前三世紀(jì)戰(zhàn)國(guó)時(shí)的墓室中。磚和瓦具有比土更優(yōu)越的力學(xué)性能，可以就地取材，而又易于加工制作，使人類第一次沖破了天然建筑材料的束縛。

磚和瓦的出現(xiàn)使人們開(kāi)始廣泛地、大量地修建房屋和城防工程等。由此土木工程技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。直至18～19世紀(jì)，在長(zhǎng)達(dá)兩千多年時(shí)間里，磚和瓦一直是土木工程的重要建筑材料，為人類文明作出了巨大貢獻(xiàn)，甚至在目前還被廣泛采用。在構(gòu)造方面，形成木構(gòu)架、石梁柱、券拱等結(jié)構(gòu)體系；在工程內(nèi)容方面，有宮室、陵墓、廟堂，還有許多較大型的道路、橋梁、水利等工程。如中國(guó)在西周時(shí)代已出現(xiàn)陶制房屋版瓦、筒瓦、人字形斷面的脊瓦和瓦釘，解決了屋面防水問(wèn)題。磚和瓦的出現(xiàn)，使土木工程材料由天然材料進(jìn)入了人工生產(chǎn)階段，為較大規(guī)模建造土木工程創(chuàng)造了基本條件。

二、鋼材的大量應(yīng)用是土木工程的第二次飛躍

十七世紀(jì)70年代開(kāi)始使用生鐵、十九世紀(jì)初開(kāi)始使用熟鐵建造橋梁和房屋，這是鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的前奏。于是適應(yīng)發(fā)展需要的鋼結(jié)構(gòu)得到蓬勃發(fā)展。除應(yīng)用原有的梁、拱結(jié)構(gòu)外，新興的桁架、框架、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)逐漸推廣，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)形式百花爭(zhēng)艷的局面。

建筑物跨徑也從磚結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)的幾米、幾十米發(fā)展到鋼結(jié)構(gòu)的百米、幾百米，直到現(xiàn)代的千米以上。于是在大江、海峽上架起大橋，在地面上建造起摩天大樓和高聳鐵塔，甚至在地面下鋪設(shè)鐵路，創(chuàng)造出前所未有的奇跡。

為適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的需要，在牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)上，材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論等就應(yīng)運(yùn)而生。施工機(jī)械、施工技術(shù)和施工組織設(shè)計(jì)的理論也隨之發(fā)展，土木工程從經(jīng)驗(yàn)上升成為科學(xué)，在工程實(shí)踐和基礎(chǔ)理論方面都面貌一新，從而促成了土木工程更迅速的發(fā)展。

三、混凝土的出現(xiàn)和使用是土木工程的第三次飛躍

十九世紀(jì)20年代，波特蘭水泥制成后，混凝土問(wèn)世了。十九世紀(jì)中葉以后，鋼鐵產(chǎn)量激增，隨之出現(xiàn)了鋼筋混凝土這種新型的復(fù)合建筑材料，其中鋼筋承擔(dān)拉力，混凝土承擔(dān)壓力，發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)。二十世紀(jì)初以來(lái)，鋼筋混凝土廣泛應(yīng)用于土木工程的各個(gè)領(lǐng)域。

從三十年代開(kāi)始，出現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力混凝土。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能、剛度和承載能力，大大高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因而用途更為廣泛。土木工程進(jìn)入了鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土占統(tǒng)治地位的歷史時(shí)期。混凝土的出現(xiàn)，給建筑物帶來(lái)了新的經(jīng)濟(jì)、美觀的工程結(jié)構(gòu)形式，使土木工程產(chǎn)生了新的施工技術(shù)和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論。這是土木工程的又一次飛躍發(fā)展。

由此可見(jiàn)，建筑材料的發(fā)展對(duì)土木工程的發(fā)展影響巨大，預(yù)計(jì)隨著新型建筑材料的蓬勃發(fā)展和未來(lái)對(duì)建筑的多方面要求，必然引起土木工程的再次飛躍發(fā)展。

四、從建筑材料發(fā)展看土木工程的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代土木工程的特點(diǎn)是：適應(yīng)各類工程建設(shè)高速發(fā)展的要求，人們需要建造大規(guī)模、大跨度、高聳、輕型、大型、精密、設(shè)備現(xiàn)代化的建筑物。既要求高質(zhì)量和快速施工，又要求高經(jīng)濟(jì)效益。這就向土木工程提出新的課題，并推動(dòng)土木工程這門學(xué)科不斷發(fā)展。

隨著建筑需求的提高，大量高強(qiáng)輕質(zhì)的新材料不斷出現(xiàn)。比如鋁合金、鎂合金和玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）已開(kāi)始應(yīng)用。而對(duì)提高鋼材和混凝土的強(qiáng)度和耐久性，也已取得顯著成果，而且還仍繼續(xù)進(jìn)展。

目前，鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)由于本身的自重較輕，強(qiáng)度較高，在經(jīng)歷震動(dòng)時(shí)不僅不會(huì)發(fā)生太大的位移變形，反而還可以削弱地震波，從根本上確保了建筑的安全性。而且鋼結(jié)構(gòu)承載力高、密閉性好、節(jié)能減排、綠色環(huán)保，同時(shí)鋼結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更易拆除且用料省、回收利用率高，外圍墻體也多用環(huán)保材料如防火涂料、節(jié)能磚等，因此降低了鋼鐵污染所帶來(lái)的高風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于鋼結(jié)構(gòu)的自身優(yōu)勢(shì)，其多用于超高層、超大跨度的建筑中，不但拓展了人們的生存空間，提高了人們的生活質(zhì)量，也緩解了人多地少的矛盾，符合可持續(xù)發(fā)展的理念，是名副其實(shí)的綠色建筑。

從總體上說(shuō)，鋼結(jié)構(gòu)建筑代表了未來(lái)的建筑發(fā)展新模式，體現(xiàn)了綠色環(huán)保、舒適美觀、布局獨(dú)特、抗震性能優(yōu)良等理念，符合我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展的要求，是我國(guó)現(xiàn)代化建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉志明主編.《土木工程概論》，高等教育出版社，上海大學(xué)

[2]《新型建筑材料》，1999年第七期，清華大學(xué)土木工程系主辦