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今天，工程师不仅需要有丰富的经验而且还要掌握科学的数据，以备提前进行详细的计算。当一名现代工程师作结构设计时，他需要考虑所有结构材料的总重量，这叫做固定荷载，也就是该结构本身的重量。他还必须考虑到活荷载，即结构之中人、车、家具、机械设备以及在该结构投入使用时所需要承载的重量。在设计诸如桥梁等一些需要车辆快速通过的结构时，工程师必须考虑到冲力，即活荷载施加在结构上的力量。他还必须确定安全因素，即额外的容量，以使该结构比仅有其它3个因素的结构更坚固。
在结构上总共有三个力：垂直力—就是上下作用的力，水平力---就是横向作用的力；扭力—就是旋转作用或转动作用的力。成角作用力是水平力和垂直力的合力。由于土木工程师所设计的结构需要固定或稳定，所以这些力之间一定要保持平衡。例如：垂直力之间必须平衡。如果一条横木支持上面的负荷，那个这条横梁自身必须有足够的强度来平衡上面的重量。水平力之间也必须互相平衡以保证向左向右都不会有太大的推力。可能导致结构倒塌的力必须与支持结构的力互相抵消。
两种现代最重要的建筑物资，钢材和水泥由19世纪引进。钢材主要是铁和一小部分的碳组成的合金，在那个时代是由手工制作出来的，所以仅限于一些特殊用途如制作剑的刀锋。自从1856年贝斯麦炼钢法发明之后，钢材得以大量廉价制造。钢材的巨大优势就是其或延展性，那就是，在经计算的张力范围内，不会损失钢材的强度，张力即我们所看到的，材料的拉断力。新的合金钢更进一步加强了钢材的延展力，消除了一些缺陷，诸如疲劳力，即使持续的压力而导致钢材强度减低的力。