矿井在最早时期的通风技术是采用在其通风口的最底部用暖气炉燃烧。而一些建筑的最初通风系统就起源于上叙方法。例如：重建于1837年的伦敦New Houses国会厅。会场的空气排出便采用焦碳燃烧的方法。早高高的通风口的最底部空间不停地保持燃烧。那些保留哥特式建筑的外形特征的建筑却不再使用通风口。新鲜空气从河岸的通风口吸入而室内空气通过出风口穿过国会大厅地板下的隧道而被导入泰吾士河中。
虽然旋转式的电扇早在16世纪就发明了，但从18世纪在工业中安装了蒸汽机驱动风扇以来，一直没有找到一种方便的动力供给，直到无所不在的电流的出现。
压力通风系统是一种早期通风道中的蒸汽管加热空气把供热和通风结合起来的方法。其压力也是由蒸汽驱动的鼓风机提供。热空气在压力的作用下通过管道被运输到建筑物的各个部位。学校，医院和工厂都是采取这种方法取暖的。
蒸发冷却可能最初出现印度。在那里人们把湿的草席挂在向风一边的空地上，结果可以冷却至11到17摄氏度，席子可以手工保湿或在它上面穿孔，这样的系统利用了空调的一个最基本的原理。
“空调”这一专业名词的出现归功于Stuart W.Cramer，他在1907年向美国棉花制作商协会提交了一个关于纺织工厂湿度控制的论文。控制纺织品的潮气等同于在大气中增加水蒸气，这很早就被认为是空调，但它却不是。不过直到1911年，当Willis Carrier出版了他多年来的研究成果后，具有科学基础的空调诞生了。
从空调的发展历史来看，从生产质量到空调设备一步，在19世纪20年代大剧院，大商场，和办公大楼上都安装了空调设备。空调的经济价值是显著的。空调的发展成为一个主要的工业。不过我们期待更新的冷却技术的出现。
在19世纪末期，取暖和通风系统的设计很大程度上是凭经验，科学方法的发展在19世纪90年代得到了改变，一战前，研究工作是由Belin-Charlottenburg大学和其它的一些部门担任。战争过后，许多国家都开始了研究，尤其在联合王国，美国，德国，瑞典和法国，所有的这些研究，使现代空调的影响不断提高。
第七课 桥梁
桥梁是跨越如河流、山谷这样障碍的一种建筑，从而提供交通便利，到目前为止，大部分桥梁都是公路桥或铁路桥。大量的高架桥于19世纪在欧洲建成，目的是保持其运河中船舶的航行。最小的一座桥在纽约市的肯尼迪机场，它主要是把滑行飞机拖到跑道上服务的。
人类建成的第一座桥类似于原始人在孤立地带建成的。早期人类的工具和建筑技术如同原始人类一样都是最初级的。他们只要经过最少的加工和安装即可建成。
在森林里，随处可得结实的木材和圆木，那时侯的桥极可能是由一根或并排的几根圆木建成，可能在其上覆一些木枝或草垫以方便行走。
处于热带地区的印度、非洲、和南美洲纤维藤被用来建成悬索桥，这些藤被系在小河或山谷两边的树上或岩石上。一根或更多的藤被踩在上面行走，其它的则排列在膏腴几英尺的地方，用作手扶用。虽然藤索桥通常不稳定。但有很多用incas建成藤索桥有足够的坚固和稳定性，被用于西班牙士兵和它们马匹的通行。
在岩石地区，石头被用来建桥，横跨河流以很小的间距布置石碓作为桥墩，然后用平坦的石头横过相邻的桥墩就建成连接两岸的通道，大部分的石桥就是这种类型，叫做鼓掌桥。现在在Dartmoor、英格兰仍然可见，不过它们都建于中世纪甚至更晚。
原始桥梁的第一步变革被认为出现在中国古代，随后传入印度。河床一般比树要宽，中国人和印度人在河流的中央建成两个树桩。在这个结构的两端，用圆木的一端架在树桩上并微微向上倾斜，使其每一层都比它下面的高几英尺。为了增加稳定性，每个木桩在两岸都用一堆大而重的石头锚固；接近河中央，在河中间的两个木桩的两端则用简支梁连接。在这种结构中，天然支架桥在两个自由杆的中间加桩后可达到很宽的跨度。
早在公元前４０００年的Ｍesopotamia和在公元千３０００年的埃及，用石头或日光烤干的砖被用来安装重叠的横梁。这种结构看起来像的拱，下部更平稳，被叫做突拱。要使突拱变为更直的拱，它需要石头的内部构造适合光滑。这种直拱比突拱更坚固，且早在公元前５００年就被使用。
这种直石拱具有经济和经久耐用，它可以由许多静止在码头上的拱而跨过小的河流。并且，它一般会经常出现，而它的质量比先前的任何结构都要好。在中国和罗马的古代，这种整体石拱被广泛地用于桥梁结构。它一直被广泛地使用直到19世纪。
这里有4类基本结构可以用作水面上的或障碍物上的桥：刚架桥、悬臂桥、拱桥、和悬索桥体系。
刚架桥最简单也可能是最早使用的-即刚架桥河流。这样它的两端固定在相对的河岸。这种刚架桥可以组成某种形状的木梁、钢筋混凝土梁或更复杂的约束。刚架桥这种类型的桥的跨度可以采用在中间建桥墩或在峡谷建搁栅撑，再用几根横梁连接起来而增加跨度。刚架桥的材料必须能够承担压力和拉力。尽管它的名字叫曲梁，但实际上这种具有双重要求的杆能用于刚架桥上。结果，梁弯曲较高的部分的压力比直的部分低一半以上，如果他的受压承载力太弱，它将会成扣环，如果受拉承载力太弱，他将会破坏。
悬臂桥在利用中间桥墩的长跨距桥中它通常是不可行的桥梁结构。举个例子，在深而流速急的河流或软泥中，可能很难建桥墩使它有足够深度达到基岩层。在这种情况下，刚架桥结构用两根横梁就可以延伸―――从每岸伸出一根梁，而在两根梁的端部基础进行锚固。这种简单的刚架桥结构更具有静定性，而每一根锚固的梁的这种基础结构就叫悬臂桥，或许这种最简单而熟悉的悬臂桥例子便是跳水板。在普通的悬臂式桥梁中，悬臂梁端部之间的间隙是闭合的，为道路提供了连续的桥面。但是假如把这种桥梁在其闭合点断开，那么每一根悬臂梁都不需要另外设置支撑而可保持稳定。通常悬臂梁中间间隙是闭合的既是刚架桥。如此却使悬臂粮延伸了跨度。
悬索桥在没有中间桥墩的情况下比悬臂桥跨越更大的距离。悬索桥的支撑体系是靠连续可弯曲的缆绳的两端的锚固，悬索桥最简单的例子是杂技场高空走钢丝杂技演员用的钢丝。原始的悬索桥常常是一把很小的几根这样的钢丝系在一起来提供扶手和立足点的。在水平公路上的现代悬索桥则是由缆绳悬吊在车行道两边的下面。
拱桥则是相反于悬索桥的作用，在那些悬索桥缆绳自由的提供支撑力的地方，拱桥却是从它的两端支柱固定的向上弯曲。由于在形状上的不同，悬索桥的缆绳的各点都趋向拉伸而拱桥的支柱的各处都趋于挤压。由于这些原因，悬索桥的缆绳必须尽可能的防止延伸，饿拱桥材料则尽可能地抵抗压缩。因为拱结构不一定要求材料具有抗拉强度，所以拱桥可以用砖或石头建造，砖或石头通过拱传递压力的特性结合在一起。这种材料在其它的基本桥梁结构中却毫无用处。
在拱桥中，荷载由公路上垂直传递下来，直到拱形遭到破坏。当拱遭到纯压而达到临界荷载时，便会改变力的传递路径。有压缩力的推力通过节点或墩传到地面。拱这种简单而优美的结构成为桥梁中的一种基本结构。
第八课：桥的设计与构造
规划 现代重要的桥梁建造的第一步是广泛地研究确定桥梁的必要性。比如：如果是高速公路桥，在美国则是由州桥管理局研究规划并确定，在程序上会同当地的政府或联邦政府一起，对主要公路桥梁进行评估研究。如在接近高速公路网上减少交通堵塞，对当地经济的影响和桥的造价。这就决定了工程的投资方式，如公众收费，发行债券或支付过桥费都被考虑进来。如果研究认为其可行信，那么桥选址和占地问题将着手处理。在这一点上，现场测绘工作开始进行，做好精确的实地测量；潮汐，洪水因素，水流和水路上的其他的特征都要仔细研究，在陆地和水下的泥土和岩石的钻孔取样都尽可能地在基础处进行。
桥梁设计的选择 决定把桥建成梁，悬臂，桁架，拱，悬索或其他类型结构的主要因素是：（1）地点，如跨越河流；（2）目的，如建桥为了方便交通；（3）跨度；（4）可用的材料；（5）花费；（6）美观和和谐性。
在一定范围的跨度内，每种结构的都有最大的作用和经济。如下表所示： 桥的类型 梁桥 刚架桥 拱桥 桁架桥 悬臂桥 悬索桥 最佳跨度 英尺 20到1000 80到300 200到1000 200到1400 500到1800 1000到5000 米 6.1到304.8 24.4到91.4 61.0到304.8 61.0到426.7 152.4到548.6 304.8到1524.0 上表表明了许多类型的适用性有相当多的重叠。在一些实例中，在不同的初步设计中，用来比较不同类型的桥结构是为了在最后有最好的选择。
材料的选择 桥梁设计者能选用大量的现代高强材料，包括混泥土，钢筋，和多种耐腐蚀的合金。
拿Varian-Narrows大桥来说，设计者使用了七种不同的合金钢，其中之一的合金的屈服强度为50000英镑每平方英寸（3115kg/c㎡）,而且不需要油漆保护，因为有一种氧化膜覆盖在它的表面而防止腐蚀。设计者还选用钢丝绳作为缆绳，它的抗拉强度超过250000英镑每平方英寸（17577 kg/c㎡）
抗压强度高达8000英镑每平方英尺（562.5kg/c㎡）的混泥土现在被生产用作桥梁工程，而且它在增加特殊化学物质后具有很高的抗脆裂性能和抗风化性能，这种混泥土被用作预应力砼，而且其加强了钢丝绳的抗拉强度，其强度达到250000英镑每平方英寸（17577 kg/c㎡）
桥梁的其它使用材料还铝合金和木材：现在的铝合金的屈服强度超过了40000每平方英寸（2818 kg/c㎡）。把木材碾成细长的薄片，然后用胶水粘在一起而做成的梁是自然木材强度的二倍。例如用南部松树而胶结的梁能承受的工作应力达到了3000英镑每英寸（210.9 kg/c㎡）。
应力分析 一座桥要抵抗一系列的合力，如拉力，压力，剪力和扭力。另外，结构还需要一定的安全储备一保不足。对结构进行精确计算各种单独的压力和拉力，这就叫应力分析。这或许是桥梁建设中最复杂的技术。应力分析的目的是为了确定作用在结构上的里的数量。
作用在桥梁结构的应力都可以分为二类荷载：动荷载和静荷载。静荷载——即桥结构本身不变的重量——它往往也是最大的荷载。动荷载或静荷载有很多，包括桥面上的机动车，风荷载，和积冰积雪荷载。
虽然随时在桥面上移动的机动车的总重量相当于静荷载和动荷载来说是一个很少的部分，而对设计者来说，因为机动车辆产生的振动和冲击压力而会出现特殊问题。例如：在路面上机动车的不规则的运动或碰撞对桥面产生短暂而影响加倍的活荷载而导致严重的影响。
风在桥上的施加的里即直接敲打桥结构又间接的敲打在桥面上的通行的车辆。如果出现空气弹性振动，在这种情况下的Tacoma Narrows大桥的风作用被大大地增大，由于这种危险的存在，桥的设计者在桥址必须知道所能发生的最大的风。还有其它的力作用在桥上，如：地震产生的压力也必须注意。
对桥墩的设计通要给予特殊的关注，因为桥墩承担水流，浮冰和漂浮物而产生的重荷，桥墩通常还有被船撞击的可能。
电脑在应力分析上协助桥梁设计者，并扮演一个很重要的角色。用一个精确的模型试验，尤其对桥的动力的活动状态的研究也可以帮助设计者。一个小比例的桥模结构中，对桥模各处的应力，加速度和变形都可以进行精确测量。桥模这时可以承受同样比例的荷载和动力条件来分析桥的变化。风洞试验也可以确保不再发生Tacoma Narrows大桥的失败。在现代技术的帮助下，桥梁事故出现的机会将大大少于以前。
建筑基础 建筑物都是从基础开始的，基础的花费几乎大大超过上层建筑。水下基础通常会遇到很大的困难，有个古老的方法常被用于浅水中，即在小范围内垂直围堰而建桥墩。罗马人常用这种方法。
在深水中建基础一般用沉箱法。沉箱是一个底部开口其余封闭的大盒子而沉入河床上，工人们在为挡水而充满压缩空气的沉箱里，越挖越深，沉箱也跟着下沉。当达到合适的深度后在箱内填入混泥土而成为基础。
在深水中建基础的另一种方法比沉箱法更安全和更低的成本，用于钢或混泥土桥墩。在现代的打桩工具下把重桩打入深水中，桩可以在水面或水下截断或做成桩帽。如在水下把它们做成桩帽，可把一根预制空心桩浮运到做成承台桩的那一点，然后从空心桩套内灌入混泥土。
建设上层建筑 当所有的桩和支柱建好后，则上部结构开始建筑。结构的建设方法有很多种类，共有六类建造方法：脚手架，浮运，悬臂，滑移，直升和悬挂法。
在用脚手架建造时，主要用来建混泥土拱桥。金属或木支撑都是临时搭设为竖直支撑。脚手架都是根据需要而灵活搭建的。尤其结构在激流回深谷上时，临时桥墩和站桥一般使用在宽而浅的河上。
浮运法主要用来建很长的桥梁。主桥部分是在河岸预制的，然后用驳船浮移到桥梁位置。用浮吊起重机或卷扬机把该部分精确吊到大桥的建设部位。
悬臂技术不仅用于悬臂桥中，也用于刚拱桥上，先建成一个桥台，然后一步步延伸到中央，起重机和吊车可以完成着仪沉重物在结构上的操作。
滑移法 建筑很少用到。这种方法，如一个预制构件或一个组合结构在竖立的支柱上，滑过临时或永久性的支撑，直到它进入安装的另一个支撑。
直升法主要用于轻质小跨度的公路桥。每一个预制桥单元被垂直悬起并旋转到桥梁支撑点上。
在由悬挂法建设的桥梁中，一串缆绳连接俩边的桥头堡，被用作桥面支撑点。开始的桥面施工却在在桥梁施工的最后，而且是由俩端向中央发展。移动吊车在已完成的桥面上移动，用来运送重材，悬挂钢缆，有时在其他类型的桥梁中被用来在全跨上运输材料。
所有的建筑方法在施工阶段都需要验算应力和变形，在用悬臂梁法施工的桥梁中，因为完全不同的支撑和荷载条件，未竣工桥梁内的应力可能会超过已竣工桥梁内的应力。
当公路的铺装，标志，灯光，护栏和附属设施完成后，桥梁就准备投入使用了。 第九课 海港和海上工程
海港和海上的建筑工作比城市设计有更多不平常的问题和富有挑战性，连续宽广的大海是自然界最不知疲劳，最有气势和具有强大的自然力，为工程师提供一个对手去发现在海洋中的建筑的任何弱点或缺点，而却防止它们。
海事工程的目的。这些广泛进行的工程主要目的有两类：水面运输，围海造陆或河道管理。在第一批进行的工程直接用于为水陆交通工具中的货物和乘客转移提安全而经济的设施。渔港的出现分配着大海的资源。为轮船和水型飞机提供了安全岛，是船舶的停泊处或是私人水飞机的降落处。围海造陆与河道管理是致力于防止海洋对陆地侵蚀恢复和改造海洋所
占用土地以及维护江河入海口以作为内陆径流排放的有效措施这样的工程。在很多地方，由于没有连续维护，大浪和暴雨一起将导致居民区的洪灾时常发生。
土木工程技术所有的工程都有很多广泛的相同。实际上要认出在同一时期经常出现相似的工程的不同特征。例如：主要河道清淤至足够的深度的工作即有利于通航，同时也能增加上游洪水的泄洪能力。
水力模型。 海边土建工程的计划取决于运输，围海造陆，河道管理是否促进发展技术模型的研究，曾经认为科技是不必要的，这些研究表明必不可少的第一步是对任何港口或沿海地区进行再开发，去做有用的即使是非常小的更改或增加地区，海港，河口被做成缩尺模型。所以水不以被引导如同潮汐和其他的潮流一样，在同一方向以相同速率处在同一个地方。各种设备一般都是电子控制，被发展以海浪和潮汐为动力用来生产。
这个试验的可贵之处在于引出了在比例上减少被发现相当于鲜少模型尺寸的比例。这样以来，苏格兰的Clyde Estuary工程的巨大模型在14分钟的潮汐循环中或大约50次的实际潮汐次数。
三年潮汐的影响使海港的数据图表也随着更改，如果在时间为三周的试验中对模型的研究，那么任何其他的潮流在非预期内的冲刷或淤泥可能被查出来。这种价值关系对改变位置的防堤提供保护同样可以被研究。利用波浪生成设备，发现次要的或不利的影响。
在受保护的区域，波浪因带来混乱而不受欢迎，这是可以预料甚至还是抢先的。 天然港口和人造港口：
在世界的海岸线中确实存在着偏见，自然界为人类提供的港湾仅仅等待使用。例如纽约湾，探险者Giouvanni da Verrazano 称纽约是庇护船只“最满意的地方”，像进口，港湾，出可能需要先进的挖泥机，当然还必须修建港口结构，但最主要的是这些都保持着自然形成状态，而且它们对世界上许多大城市来说，其存在非常重要。因为像这些天然的海港并不是经常需要一般的家们设计的人造海港那样的港口设备。在一个人工海港的创建中，最主要的结构设施是防浪堤，有时候也叫防波堤，或者掘地道，其主要作用是保持近海岸的海水平静，人工海港的位置当然应该选择在有潜能的海岸的突出部位；也可以偏于稍微缩进一些。所以，常常出于经济性或都战略性考虑，通常会沿着不太隐蔽的海岸线的陆地上修建防浪堤围住一些区域，建造纯粹的港口，只留很窄通道作为船只的进出口。
海港的主要工作 远古时代，从事海港的工作是改善改进天然海港和人造港口的结构。还没有确定性的证据记载第一座人造海港构造的日期和地点，但是人们都知道，公元前13世纪Phoencians在Sidon和Tyre就修建了港口。
目前的工程师们很少懂得或者思考关于对他们自己修建的港口进行保护甚至应用。证据是我们所看到的Mediterranean四周曾经很繁荣的港口，如今不仅仅成为了静静的废墟，取而代之的是那些随时地跟进的繁殖力极强的冲积陆地所占领，而且远远望去那海的景象很难想象得出那种场景能够适于远航轮船的定锚。
Asia Minor的在Aegean陆地上的港口如Ephesus, Prience和Miletus，像这种类型的港口如今都消失了，每一种这样的情景都破坏了美丽如画的Meander河（现在叫Menderes河），这对于那些努力在河流出海处相邻的高地上创建新的陆地的人们来说不失为一件惬意的事情。
在朝向Cyprus岛的一边，保留着一座古老的防波堤，建成用来保护泊船点的。它至今可见。但是在防波堤与海岸线之间的被围区域意识已经是很窄了。在这个事例中，淤泥沉积不仅是因为临近河流的作用，而且沿岸流也起了部分作用，沿岸流是一种平行于海岸的水流，其作用是使东西海岸广阔的海岸得以产生和存在。