土木工程专业英语第二版 段兵延主编_经典完整版翻译

地基与基础。所有的建筑物都支撑在地面上，因此，土体的性质成为任何建筑设计中极端重要的考虑因素。基础的设计依赖于许多土体的要素，如土的类型，土壤的层理，土层的厚度和它的压缩性，以及地下水的状态。土壤很少有一个单一的成分。它们通常是不同厚度土层的混合物。为了评估，土壤被按照颗粒大小分为不同等级，它们从淤泥到粘土到砂到砂砾到岩石依次增加。大体上，较大颗粒土的负载能力将会强于较小的一些。最硬的岩石可以高达每平方英尺100吨（每平方米公吨）的负载，但是最软的淤泥所能承受的负载只有每平方英尺吨（每平方米公吨）。所有表面以下的土都处在受压状态中，说得更精确一些，这些土承受与作用在其上的土柱重量相等的压力。许多土（除了大多数的砂和砾石以外）显示出弹性性质——在荷载作用下受压变形，当荷载解除后可以回弹。土壤的弹性常常依赖于时间，也就是说，土的变形可能发生在荷载作用后从数分钟到数年的时间长度上。超过一个时段，如果建筑物作用在土体上的负载高于土的天然压实重量，它可能产生沉降。相反地，如果建筑物作用在土体上的负载小于土体的天然压实重量，它可能隆起。土也可能在建筑物自重作用下产生流动，就是说，它很容易被压挤出。

由于压实和流动效应，建筑物趋向于沉降。例如比萨和博洛尼亚的斜塔，不均匀沉降能产生破坏效果——建筑物可能倾斜，外墙和隔墙可能产生裂缝，窗户和门可能够变得不起作用，并且极端的情况是建筑物可能倒塌。尽管在某些极端条件下，像墨西哥城的情况，能产生严重的后果，但是不均匀沉降并不是那么严重。过去100年以来，那里地下水水位的变化已经使一些建筑物沉降超过10英尺（3米）。由于这种运动能发生在施工工程中和其后，仔细分析在建筑物下土的行为显得非常重要。

土的巨大的可变性导致基础问题多样的解决方法。在地表附近存在坚硬土时，最简单的解决方法是把柱放置在一个小的混凝土板上（扩展基底）。土较软的地方，有必要将柱荷载传递到一个较大的面积上，在这种情况下，则在整个建筑物底下采用连续的混凝土板（筏或席）。地表附近的土体不能承载建筑物重量时，木制，钢制或混凝土制桩被打入以加固土体。

建筑物的施工工程自然是从基础到上部结构。但是，设计工程则是从屋顶到基础（沿重力的方向）。过去，基础不依照系统调查。科学设计基础的方法已经

在20世纪内得到发展。美国Karl Terzaghi的先锋研究，利用土力学和探测及测试程序技术，使精确预报基础的行为成为可能。过去基础的破坏，像经典的例子——比萨斜塔，已经变得几乎不存在。然而，基础仍然是许多建筑物一个隐藏而昂贵的部分。

第四课

高层建筑

Fazlur Rahman khan

大体上建筑施工工艺学方面已经有许多进步, 在超高层的设计和施工上已经取得了惊人的成就。

高层建筑早期的发展开始于钢结构。钢筋混凝土和薄壳筒系统已经经济而竞争性地被用于大量的住宅和商业目的的结构。由于新型结构系统的创新和发展，现在从50到100层的高层建筑遍布全美国。

更大高度的要求增加了梁柱的尺寸以使建筑物刚性更强，以便在风荷载作用下建筑物将不会产生超过一个可接受限度的摆动。过度的侧移可能导致隔墙，天花板和其他建筑细部的重复性损害。此外，过度侧倾可能使建筑物的居住者因为对摆动的知觉而导致不便。钢筋混凝土和钢结构系统，能充分利用整个建筑物固有潜在的劲性，因而不需要额外加劲以限制侧倾。

例如，在一个钢结构中，经济性由建筑物房屋面积每平方英尺钢的全部平均数量来定义。图一中的曲线A采用层逐渐增加的数量表现传统框架的平均单位重。曲线B则表现框架受到所有横向荷载保护下的平均钢重量。上下边界之间的间隙则表现传统梁柱框架为高度付出的额外费用。结构工程师已经发展了可消除这一额外费用的结构系统。

钢结构体系。因为一些类型的结构改革，钢高层建筑物得到了发展。此改革被用于办公大楼和公寓的建造。

带有刚性带式桁架的框架。为了将一个框架结构的外柱约束于内部的垂直梁架,可能在建筑物中部和顶部采用一个刚性带式桁架的系统。这一系统的最好例证是在密尔瓦基的威斯康辛州第一银行建筑物 (1974)。

框架筒体。只有当建筑物突出地面的所有的柱构件能够彼此连接使整个建筑物成为一个空心筒体或一个劲性箱体时，一幢高层建筑的整个结构才能最有效。

这种特殊的结构体系第一次大概是用于芝加哥的43层楼高的德威特栗木钢筋混凝土公寓。而这一系统最重要的应用是纽约的110层楼高的世界贸易中心的钢结构双塔。

对角柱桁架支撑筒体。建筑物的外柱可以被适当的分隔却仍能通过在梁柱中线处交叉对角构件连接使之作为一个筒体而共同工作。这种简单而又极其有用的系统最早被用于芝加哥的约翰汉考克中心，其仅仅使用了传统的40层楼高建筑的用钢量

组合筒体（束筒）。由于对更大更高的建筑物的持续需求，框架筒和对角柱桁架支撑筒可能采用组合使用的形式以创造更大的筒，并仍可以保持高功效。芝加哥110层楼高的西尔斯瑞巴克总部有9个筒，由三排建筑物组合而成。一些个别筒体终止在建筑物不同的高度，证明了无限建筑可能性的结构观念。西尔斯塔高1450英尺（442m），是世界上最高的建筑。

薄壳筒体系。筒结构体系的发展提高了高层建筑抵抗侧向力（风和地震作用）和飘移（建筑物的侧向运动）的能力。薄壳筒使筒结构体系有了进一步的发展。薄壳筒的进步是利用（高层）建筑的外表面（墙和板）作为与框筒共同作用的结构构件，为高层建筑抵抗侧向荷载提供了一个有效的途径，而且可获得不设柱子，节省成本，使用面积与建筑面积之比很高的室内空间。

由于薄壳表面的作用，筒体的框架构件数量减少，使得结构更轻，费用更少。所有标准柱和外墙托梁都采用标准型钢，使得组合构件的使用和花费最小化。四周外墙托梁的深度要求也被减少，而且楼板上的顶梁对有用空间的占用会达到最小。这种结构系统已经被使用于 54 层楼高的匹兹堡的梅隆银行中心。

混凝土体系。虽然采用钢结构建造的高层建筑开始很早，但是钢筋混凝土高层建筑的快速发展在办公大楼和公寓方面对钢结构体系产生了很大的挑战。

框架筒体。由上面讨论到的，高层建筑最早的框架筒体概念应用于43层楼高的德威特栗木公寓。在这一建筑物中，外柱以中心距为英尺（168米）的间隔排列，内柱则用于支撑8英寸厚的混凝土平板。

筒中筒。另一个用于办公大楼的钢筋混凝土结构体系是将内部框架筒体与传统的剪力墙工艺相结合。这种体系由间距很小的柱子构成的外框架筒与围绕中心设备区的刚性剪力墙内筒组成。这种被称为筒中筒的体系使设计目前世界上最高

（714英尺或218米），总费用只相当于传统35层楼高的剪力墙结构体系的轻型混凝土建筑（52层楼高的休斯顿的壳广场建筑）成为可能。

结合混凝土和钢的体系也得到发展，这方面的一个例子是由Skidmore, Owings 和 Merrill发展的复合体系。它是采用间距很小的混凝土外框架筒包围钢框架内筒组成，因此兼有钢筋混凝土和钢结构体系的优点。在新奥尔良的一个 52 层楼高的壳广场建筑便是以这一体系为基础

第五课

环境工程

环境工程是有关由结构，机器，系统和人类的活动引起的污染的一个工程分支。文明的发展已经引起许多地球生态系统的紊乱，造成空气，陆地和水的污染。环境工程师的责任不仅在于设计系统以缓和这一污染， 而且还需要教育人们保护他们周围的环境免受其他污染。环境工程的实践被划分为以下各种不同层次。

水质处理。在许多情况下，河流，湖泊和海洋已经被由住宅，商业，和工业源点排放的液态废料污染。这些水体许多已经由于20世纪70年代的一次运动被开垦装配上新的废水处理设备并且一些旧的设备也得到了改良，可以采用物理化学和生物学方法从液态废水中除去污染物。有机物使河流和湖泊中的氧气耗尽，并因此导致鱼类的死亡和有毒的臭气。

物理化学和生物学工序可以取去大量的有机物，连同来自废弃河流上漂浮的浮渣和滑脂。化学消毒可以使废弃河流中的细菌，病毒和原生生物钝化。物理化学方法用于除去废弃河川中的固体化学物，所用的方法有过筛，砂和砂砾分离，化学凝结和单纯沉淀。生物学方法有加菌滤渣，接触塔和生物圈。

这些处理方法应用到住宅，商业和工业废水上，已经降低了许多河流，湖泊和海洋的污染程度。然而，大部分地区存在着清理不完全的情况。在许多其他地区的暴风雨期间发生未经处理的卫生废污和大量废水的无限制排放。这些排放物来源于携带卫生废污和大量垃圾的管道。在暴风雨期间，陆地上的杂质混合着管道里的卫生废污，并且废水量超过了管道的承载量；在它能到达废水处理设备前，这一混合物的部分就流了最近的水体。通常，建造一整套全新的分开卫生废污的管道价格太昂贵。但是，一些都市，像芝加哥，已经开始采用建造一个能在暴风雨期间储存大量流量的深地下隧道，废水可以合理的速率进出处理设备的系统来