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现代建筑与结构工程：从基础到前沿的系统性研究 图书简介 本书旨在为建筑、土木工程及相关专业人员提供一套全面、深入且与时俱进的理论与实践指南。它系统性地涵盖了现代建筑设计、结构分析、材料科学以及施工管理等核心领域，旨在提升从业者的专业素养和解决实际问题的能力。本书不仅立足于坚实的工程力学基础，更紧密结合当前行业发展趋势，探讨了绿色建筑、智能结构和新型复合材料等前沿技术。 --- 第一部分：结构力学与高性能分析（Foundations of Structural Mechanics and High-Performance Analysis） 本部分是全书的理论基石，详细阐述了支撑现代建筑安全与耐久性的基本物理原理和数学模型。 第一章：结构分析的数学基础与数值方法 深入探讨线弹性理论、塑性理论在二维和三维结构中的应用。重点介绍有限元分析（FEA）的基本单元类型、网格划分策略及其对计算结果准确性的影响。详细讲解几何非线性与材料非线性问题在静力与动力分析中的处理方法，包括大变形分析和接触分析的实际操作。 第二章：先进梁、板、壳单元的推导与应用 超越传统欧拉-伯努利梁理论，系统介绍Timoshenko梁理论及其在高频振动和厚板分析中的优势。详尽推导薄壳和中厚板的微分方程，并结合实际工程案例，分析曲面结构（如穹顶和曲面屋顶）的应力分布特性。 第三章：动力学与地震工程基础 阐述单自由度和多自由度系统的自由振动、强迫振动及瞬态响应分析。详细介绍模态分析方法及其在识别结构固有频率和振型中的关键作用。在抗震设计部分，本书侧重于基于性能的抗震设计（Performance-Based Seismic Design, PBSD）理念，涵盖反应谱分析、时程分析以及阻尼与隔震技术的选择与应用。 第四章：极限荷载与可靠性评估 探讨极限荷载状态的确定，包括材料的屈服、失稳和断裂判据。引入概率论和可靠性理论（如First-Order Reliability Method, FORM），指导工程师如何量化结构失效的风险，并据此优化设计裕度，实现经济性与安全性的平衡。 --- 第二部分：先进结构系统与材料科学（Advanced Structural Systems and Materials Science） 本部分关注支撑现代高层、大跨度及特殊功能建筑的结构形式和创新材料。 第五章：高层建筑的抗风与抗侧力设计 聚焦于超高层建筑面对的复杂风荷载问题。详细分析风洞试验数据解读、风致振动（Flutter）的抑制措施。系统介绍筒体结构、框架-核心筒结构、巨型框架以及伸臂桁架等高效抗侧力体系的力学行为和协同工作机制。 第六章：大跨度空间结构设计与施工 深入研究网壳结构、张拉整体结构（Tensegrity）和索穹结构的设计原则。重点分析预应力在空间结构中的应用，以及如何通过优化几何形状来最小化自重和调整受力状态。讨论大跨度结构在施工阶段的控制测量与沉降监测技术。 第七章：新型结构材料的性能与应用 A. 钢结构升级： 研究高强度钢（HPS）的焊接性、疲劳性能和防火设计规范。探讨耐候钢在暴露环境下的应用优势与腐蚀防护策略。 B. 混凝土革新： 详述超高性能混凝土（UHPC）的微观结构、高抗压强度及极佳的耐久性。分析UHPC在预制构件、超薄结构以及抗爆结构中的应用潜力。 C. 复合与仿生材料： 介绍纤维增强聚合物（FRP）在结构加固、桥梁和海洋工程中的应用。探讨基于仿生学原理的结构设计，例如蜂窝结构和骨小梁结构的优化。 第八章：地基与基础工程的耦合分析 超越传统的刚性地基假设，本书侧重于土-结构相互作用（SSI）的分析。阐述 Winkler 弹簧模型、Pasternak 模型的适用范围，并结合地质勘察报告，进行桩基和筏板基础的沉降预测与差异沉降控制。对于特殊地质条件（如软土、液化土），提出动态加固与深层基础设计的优化方案。 --- 第三部分：工程实践、可持续性与数字化（Construction Practice, Sustainability, and Digitalization） 本部分将理论研究与现代工程管理的实际需求相结合，探讨建筑业未来的发展方向。 第九章：施工过程的结构完整性控制 该章关注从设计蓝图到实体建筑的转化过程中，如何维持和提升结构性能。详细讨论预制构件的吊装误差控制、现场连接节点的施工质量检验标准（如螺栓预紧力、焊接无损检测）。强调施工过程中的临时支撑设计、模板体系的受力分析及其对永久结构的潜在影响。 第十章：绿色建筑与结构能效优化 从结构角度审视建筑的生命周期评估（LCA）。分析如何通过结构选型（如优化梁高、减少材料用量）来降低隐含碳排放。探讨热桥效应在结构节点处的传热机理，以及集成式光伏（BIPV）对建筑整体结构稳定性的影响分析。 第十一章：建筑信息模型（BIM）与结构模拟 系统介绍结构工程领域BIM的应用流程，包括结构模型创建、碰撞检测、工程量自动提取。重点讲解如何将高级分析软件（如ABAQUS, SAP2000）的分析结果无缝导入到BIM平台（如Revit Structure），实现设计、分析与施工一体化的数字化管理。 第十二章：智能结构与健康监测系统（SHM） 介绍传感器技术（光纤光栅、压电传感器）在结构健康监测中的部署。分析如何利用实时反馈数据进行损伤识别、状态评估和剩余寿命预测。探讨主动控制系统（如调谐质量阻尼器 TMDs 的反馈控制算法）在提高复杂结构抗风抗震性能中的应用潜力。 --- 总结 本书内容深度兼顾学术严谨性与工程实用性，配有大量的图示、算例和前沿技术案例分析，是结构工程师、高级建筑设计师、科研人员及相关专业研究生不可或缺的参考工具书。它旨在培养读者建立系统化的结构思维，迎接未来建筑工程领域的复杂挑战。
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