論建筑材料的發(fā)展對土木工程的影響

郭奕兵

摘 要：對土木工程的發(fā)展起關鍵作用的，首先是作為工程物質基礎的土木建筑材料；二是鋼材的大量應用；三是混凝土的出現(xiàn)和使用。從未來發(fā)展方向來看，鋼結構符合我國建筑產(chǎn)業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展的要求，是我國現(xiàn)代化建筑發(fā)展的必然趨勢。

關鍵詞：建筑材料； 發(fā)展； 土木工程； 影響

中圖分類號：S969 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2015）02-177-001

土木工程是指一切和水、土、文化有關的基礎建設的計劃、建造和維修的統(tǒng)稱。一般的土木工程項目包括：道路、水務、渠務、防洪工程及交通等。

土木工程是伴隨著人類社會的發(fā)展而發(fā)展起來的，它所建造的工程設施反映出各個歷史時期社會經(jīng)濟、文化、科學、技術發(fā)展的面貌，因而土木工程也就成為社會歷史發(fā)展的見證之一。而建造工程設施的物質基礎是土地、建筑材料、建筑設備和施工機具。借助于這些物質條件，經(jīng)濟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施，是土木工程學科的出發(fā)點和歸宿。

對土木工程的發(fā)展起關鍵作用的，首先是作為工程物質基礎的土木建筑材料，其次是隨之發(fā)展起來的設計理論和施工技術。每當出現(xiàn)新的優(yōu)良的建筑材料時，土木工程就會有飛躍式的發(fā)展。從歷史來看，建筑材料的發(fā)展促進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

人們在早期只能依靠泥土、木料及其他天然材料從事營造活動。大致在新石器時代，原始人為避風雨、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所，開始了人類最早的土木工程活動。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，農(nóng)業(yè)、手工業(yè)開始分工。中國在公元前十一世紀的西周初期制造出瓦，最早的磚出現(xiàn)在公元前五世紀至公元前三世紀戰(zhàn)國時的墓室中。磚和瓦具有比土更優(yōu)越的力學性能，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。由此土木工程技術得到了飛速的發(fā)展。直至18～19世紀，在長達兩千多年時間里，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，甚至在目前還被廣泛采用。在構造方面，形成木構架、石梁柱、券拱等結構體系；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。如中國在西周時代已出現(xiàn)陶制房屋版瓦、筒瓦、人字形斷面的脊瓦和瓦釘，解決了屋面防水問題。磚和瓦的出現(xiàn)，使土木工程材料由天然材料進入了人工生產(chǎn)階段，為較大規(guī)模建造土木工程創(chuàng)造了基本條件。

二、鋼材的大量應用是土木工程的第二次飛躍

十七世紀70年代開始使用生鐵、十九世紀初開始使用熟鐵建造橋梁和房屋，這是鋼結構出現(xiàn)的前奏。于是適應發(fā)展需要的鋼結構得到蓬勃發(fā)展。除應用原有的梁、拱結構外，新興的桁架、框架、網(wǎng)架結構、懸索結構逐漸推廣，出現(xiàn)了結構形式百花爭艷的局面。

建筑物跨徑也從磚結構、石結構、木結構的幾米、幾十米發(fā)展到鋼結構的百米、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，甚至在地面下鋪設鐵路，創(chuàng)造出前所未有的奇跡。

為適應鋼結構工程發(fā)展的需要，在牛頓力學的基礎上，材料力學、結構力學、工程結構設計理論等就應運而生。施工機械、施工技術和施工組織設計的理論也隨之發(fā)展，土木工程從經(jīng)驗上升成為科學，在工程實踐和基礎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20年代，波特蘭水泥制成后，混凝土問世了。十九世紀中葉以后，鋼鐵產(chǎn)量激增，隨之出現(xiàn)了鋼筋混凝土這種新型的復合建筑材料，其中鋼筋承擔拉力，混凝土承擔壓力，發(fā)揮了各自的優(yōu)點。二十世紀初以來，鋼筋混凝土廣泛應用于土木工程的各個領域。

從三十年代開始，出現(xiàn)了預應力混凝土。預應力混凝土結構的抗裂性能、剛度和承載能力，大大高于鋼筋混凝土結構，因而用途更為廣泛。土木工程進入了鋼筋混凝土和預應力混凝土占統(tǒng)治地位的歷史時期?；炷恋某霈F(xiàn)，給建筑物帶來了新的經(jīng)濟、美觀的工程結構形式，使土木工程產(chǎn)生了新的施工技術和工程結構設計理論。這是土木工程的又一次飛躍發(fā)展。

由此可見，建筑材料的發(fā)展對土木工程的發(fā)展影響巨大，預計隨著新型建筑材料的蓬勃發(fā)展和未來對建筑的多方面要求，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

現(xiàn)代土木工程的特點是：適應各類工程建設高速發(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、設備現(xiàn)代化的建筑物。既要求高質量和快速施工，又要求高經(jīng)濟效益。這就向土木工程提出新的課題，并推動土木工程這門學科不斷發(fā)展。

隨著建筑需求的提高，大量高強輕質的新材料不斷出現(xiàn)。比如鋁合金、鎂合金和玻璃纖維增強塑料（玻璃鋼）已開始應用。而對提高鋼材和混凝土的強度和耐久性，也已取得顯著成果，而且還仍繼續(xù)進展。

目前，鋼結構發(fā)展迅速。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構相比，鋼結構由于本身的自重較輕，強度較高，在經(jīng)歷震動時不僅不會發(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。而且鋼結構承載力高、密閉性好、節(jié)能減排、綠色環(huán)保，同時鋼結構比傳統(tǒng)結構更易拆除且用料省、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的高風險。另外，由于鋼結構的自身優(yōu)勢，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，是名副其實的綠色建筑。

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

參考文獻：

[1]葉志明主編.《土木工程概論》，高等教育出版社，上海大學

[2]《新型建筑材料》，1999年第七期，清華大學土木工程系主辦