内 容 提 要
本手册分为四篇共二十七章,分别详细地介绍了高层建筑基础、结构、装饰和
施工管理方面的内容。本书在介绍近年来高层建筑施工中出现的新的施工工艺和
组织管理方法的同时还介绍了高层建筑施工中实用的计算方法和计算实例,便于
读者应用参考。第二版在第一版的基础上又增加了近年来发展起来的新技术、新
方法。
本手册中介绍的许多新的施工工艺,对非从事高层建筑施工的人员亦大有参
考价值。本书供从事建筑施工人员和管理人员使用,也可供大专院校有关专业师
生参考。
本书(第一版)曾被评为上海市优秀图书二等奖;建设部第二届全国优秀建筑
科技图书二等奖;第六届全国科技类优秀图书畅销书奖。
结构工程与现代建筑技术:从基础力学到超高层施工的综合指南 本书聚焦于结构工程领域的前沿理论、先进材料应用以及复杂工程挑战的应对策略,旨在为结构工程师、岩土工程师、建筑设计师以及相关专业研究人员提供一本全面、深入且具有高度实践指导意义的参考手册。内容涵盖了从基础理论推导到复杂结构体系分析与设计的全过程,并特别强调了在极端荷载条件下结构性能的评估与优化。 --- 第一部分:结构分析与设计基础理论的深化 本部分深入探讨了结构力学和材料力学在现代工程中的应用拓展,特别关注了非线性分析、动力学响应及可靠性评估。 第一章:先进材料的本构关系与时变性能 详细阐述了高性能混凝土(HPC)和超高性能混凝土(UHPC)的细观结构模型及其在不同应力状态下的本构关系。重点讨论了混凝土的长期性能,如徐变、收缩及其对预应力结构的影响。此外,对钢材在高温、火灾条件下的力学性能退化进行了深入分析,并引入了纤维增强复合材料(FRP)在结构增强和抗腐蚀应用中的力学特性模型。内容包括: 智能材料与结构健康监测(SHM)的集成: 介绍压电材料、形状记忆合金在结构反馈与主动控制中的应用基础。 损伤容限设计理论: 基于概率和不确定性分析的结构寿命预测模型。 第二章:结构动力学与抗震设计的前沿进展 本章超越了传统反应谱方法,着重于基于性能的抗震设计(PBEE)的实施细节和高级分析技术。 非线性时程分析(NLTHA)的建模技巧: 详细介绍了如何精确模拟构件的滞回性能(如包络曲线、捏拢效应、刚度退化),以及在商业软件中实现有效非线性建模的注意事项。 场地效应与地震动输入: 深入分析了软土地基的场地放大效应,以及近断层地震动特有的脉冲特性对结构基础和上部结构响应的冲击。引入了基于性能的减隔震技术(如铅芯橡胶支座、摩擦摆支座)的设计参数确定与性能指标(如位移、层间剪力)的控制。 多灾害耦合作用分析: 探讨了地震、强风、滑坡等复合作用下结构的耦合响应分析方法。 第三章:复杂受力体系的数值计算与优化 本章聚焦于有限元方法(FEM)在大型复杂结构分析中的应用与精度控制。 壳、板单元与三维实体单元的选择与适用性: 讨论了网格划分策略对分析结果收敛性的影响,尤其是在应力集中区域。 接触分析与大变形理论: 针对基础与土体相互作用、连接节点的摩擦与滑移等问题,详细介绍了接触算法(如惩罚法、增广拉格朗日法)的应用。 结构拓扑优化: 引入密度法和水平集方法,指导工程师如何在满足强度和刚度要求的前提下,实现材料在结构内部的最优分布,以减轻自重或提高特定性能指标。 --- 第二部分:岩土工程基础与地基处理技术 本部分侧重于结构与地基的相互作用分析,以及复杂地质条件下的基础设计策略。 第四章:岩土本构模型与地基反应分析 系统介绍了当前主流的岩土本构模型,超越了传统的Mohr-Coulomb准则。 弹塑性模型: 深入讲解了如Cam-Clay模型、Hardening Soil模型在模拟土体超固结、剪胀性方面的优势与参数率定。 动力土体本构关系: 探讨了土体在循环荷载作用下的模量退化和孔隙水压力积累机制,这是评估地震液化潜力的关键。 土体-结构相互作用(SSI): 详细阐述了如何建立考虑地基弹性、阻尼特性的等效弹簧模型,以及在非线性地震分析中如何精确耦合结构与地基的动力响应。 第五章:深基坑与复杂地质条件下的支护工程 本章针对城市中心区、深基坑工程的挑战,提供了先进的支护设计与监测方案。 多排桩、地下连续墙的相互影响分析: 运用Plaxis 3D等工具,模拟多道支护结构间的应力传递与变形控制。 深厚软土地基的处理技术: 详述了真空预压、CFG桩、高压喷射灌注桩等复合地基技术的适用性、施工控制标准及承载力验证方法。 基坑监测预警系统: 介绍了沉降、位移、土压力、孔隙水压力监测数据的实时反演技术,以及如何基于数据驱动的风险评估来调整支护设计与施工方案。 --- 第三部分:先进结构体系与工程实践精要 本部分关注于新型结构形式的力学特性、施工控制难点以及工业化建造技术。 第六章:大跨度空间结构与张拉体系分析 聚焦于膜结构、网壳结构以及预应力索网结构的分析与施工控制。 初始形态确定与荷载平衡分析: 详细介绍了张拉结构的几何非线性分析,以及如何通过迭代求解确定稳定的预应力水平和初始形态。 风洞试验与气动稳定性: 讨论了柔性结构的气动弹性(抖振、失稳)现象,以及风洞试验的等效模拟方法和风荷载谱的选取。 索力精确控制技术: 介绍了现场张拉过程中的力与伸度反馈控制技术,确保施工偏差在可接受范围内。 第七章:超高层与巨型结构抗风设计 本章专为应对城市天际线上的复杂挑战,深度剖析抗风设计策略。 风致振动控制: 系统介绍了粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器(TMD)、液体阻尼器(TLD)的等效力学模型、参数优化及其在结构体系中的集成设计。 风洞试验的CFD替代方案: 探讨了计算流体力学(CFD)模拟在预测复杂体型结构(如扭转、开敞式楼层)周围风场、气动力系数方面的准确性与局限性。 结构刚度和位移控制: 针对超高层结构的侧向刚度设计,阐述了核心筒、伸臂桁架、巨型框架等各种抗侧力体系的协同工作机制。 第八章:结构连接节点的抗震详图与构造要求 强调连接节点作为结构“薄弱环节”的特殊重要性,提供详尽的构造细则。 钢结构高延性连接设计: 详细分析了偏心受压柱、梁柱节点(如屈曲约束支撑BRB、屈曲耗能梁RBW)的设计流程与延性评估标准。 钢-混凝土组合结构节点: 针对栓钉连接、包钢节点、键槽连接等,探讨了界面抗剪性能的试验数据与设计方法的统一。 施工过程中的质量控制要点: 强调了焊接质量的无损检测(NDT)标准、高强度螺栓的预拉力检测流程,以及混凝土浇筑质量对节点性能的影响。 --- 第四部分:工程质量控制与可持续性评估 本部分着眼于全生命周期的管理,关注质量保证、可靠性评估及绿色建造理念。 第九章:工程可靠性与寿命周期评估(LCA) 引入概率论工具,对结构安全性和长期耐久性进行量化评估。 极限状态设计与分项系数的确定: 探讨了基于可靠性指标$eta$的构件设计,并介绍了在特殊荷载工况下(如疲劳、碰撞)可靠性指标的调整。 结构健康监测(SHM)系统的数据融合与评估: 如何将传感器采集的应力、应变、振动数据转化为结构剩余寿命的预测指标。 第十章:可持续性工程与建造工业化 探讨结构工程如何在满足安全要求的同时,实现资源效率和环境友好。 结构设计的低碳化: 比较了不同结构体系(钢、混凝土、木结构)全生命周期的碳排放量,并提出优化混凝土配合比以降低胶凝材料用量的方法。 建筑信息模型(BIM)在结构施工模拟中的深度应用: 重点介绍如何利用BIM进行碰撞检测、进度模拟(4D)、成本控制(5D)以及结构构件的数字化交付与追溯。 --- 本书的编写风格严谨、数据详实,力求在理论深度与工程实践之间架起坚实的桥梁。内容结构逻辑清晰,适合作为结构工程领域专业人士的案头参考工具书,尤其适用于从事超高层建筑、复杂桥梁、大型工业设施等高难度结构设计与施工的工程师。