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结构设计与现代建造技术前沿探索 图书名称：结构设计与现代建造技术前沿探索 图书简介： 本书深入探讨了当代土木工程结构设计与施工领域的前沿理论、先进技术和工程实践，旨在为结构工程师、建造师、科研人员及相关专业学生提供一份全面、深入、具有高度应用价值的参考资料。全书内容聚焦于如何应对日益复杂的工程挑战，提升结构性能、优化建造过程、实现可持续发展目标。 第一部分：先进结构体系的理论基础与性能分析 本部分着重于超越传统梁柱体系的创新结构形式，分析其力学特性、设计方法与适用性。 第一章：大跨度空间结构分析的新范式 张拉整体（Tensegrity）结构： 深入剖析其预应力平衡原理，讨论如何通过力学优化实现轻质高强的空间构架。内容涵盖节点连接的应力集中分析、非线性几何效应的数值模拟方法，以及在公共建筑和临时结构中的应用案例。 薄壳结构与曲面结构设计： 侧重于几何曲率对内力重新分配的影响。详细介绍基于曲面网格的离散化方法，特别是针对复杂曲面（如鞍形、双曲抛物面）的稳定性分析，包括屈曲荷载的精确预测。 适应性结构与智能材料应用： 探讨如何将形状记忆合金（SMA）、压电材料等智能元件集成到结构体系中，以实现对外部环境变化的自适应响应，如振动控制和形状记忆修复。 第二章：高性能混凝土与新型材料的应用 超高性能混凝土（UHPC）的本构关系： 详细阐述UHPC在抗压、抗拉及抗疲劳方面的优异性能，分析其微观结构对宏观力学行为的决定性作用。重点讨论纤维增强（如钢纤维、聚合物纤维）对提高韧性的机制。 工程应用中的UHPC： 聚焦于UHPC在预制构件、外墙覆层以及极端荷载（如冲击、爆炸）防护结构中的设计与施工细节，包括新旧混凝土的粘结技术。 木结构体系的革新： 关注大规模交错层积木材（CLT）和胶合木（Glulam）在多层建筑中的应用。分析其防火性能、抗震性能的提升途径，以及如何通过先进的连接节点设计来保证整体结构的可靠性。 第三章：地震工程与结构抗倒覆性能 基于性能的抗震设计（PBEE）： 阐述如何从传统的基于力的设计转向基于目标性能（如使用、生命安全、倒塌预防）的设计流程。详细介绍性能指标的选取、非线性时间历史分析的实施要点。 结构新型消能与隔震技术： 重点研究先进粘滞阻尼器、摩擦摆式隔震支座的设计原理与选型标准。结合实际工程案例，对比分析不同消能装置在控制结构层间位移和加速度响应方面的效率差异。 结构抗倾覆与基座稳定性： 针对高耸结构和轻质结构，探讨在极端风荷载和地震作用下，结构-地基系统的稳定性分析方法，特别是对P-Δ效应的精确处理。 第二部分：数字化建造与施工过程优化 本部分聚焦于利用现代信息技术和先进制造方法来革新传统的施工流程，提高建造的精度、效率和安全性。 第四章：建筑信息模型（BIM）在结构工程中的深度集成 BIM在设计分析流程中的应用： 不仅限于几何表达，重点探讨如何将有限元分析模型（FEA）与BIM平台进行双向数据交互，实现设计迭代的自动化和优化。 施工模拟与“4D/5D”管理： 详述如何通过BIM模型进行施工顺序的可视化模拟（4D）和成本精细化控制（5D）。探讨BIM在复杂节点安装偏差预判和资源调配中的作用。 基于BIM的结构健康监测（SHM）集成： 介绍如何将传感器数据和结构模型关联，构建数字孪生体，实现对结构长期服役性能的实时评估与预警。 第五章：先进建造技术与工业化装配 模块化与预制化施工（MiC）： 深入分析大规模工业化生产对结构连接节点设计提出的新要求。讨论工厂环境下的质量控制标准与现场快速安装技术。 增材制造（3D打印）在结构构件中的探索： 评估混凝土和金属3D打印技术在复杂支撑结构、定制化锚固件制造中的潜力与局限性。讨论打印构件的力学性能测试规范。 机器人化与自动化施工： 考察用于高精度定位、焊接、喷涂等关键工序的自动化设备在大型工程中的部署策略与安全规范。 第六章：施工过程中的结构安全控制与风险管理 模板与支撑系统的稳定性设计： 针对超高层或深基坑工程，详细分析临时结构在施工荷载下的受力状态，特别关注浇筑过程中的动荷载效应和支撑体系的失稳模式。 临时施工阶段的结构评估： 讨论在结构构件未完全连接或承受非设计荷载时，如何进行阶段性承载力验算，并引入安全系数的调整策略。 环境因素对施工质量的影响： 探讨温度、湿度、风力等环境因素对新浇筑混凝土强度发展、钢结构热胀冷缩的影响，并提出相应的施工监控与调整措施。 第三部分：结构维护、耐久性与可持续性 本部分关注结构的长期服务性能、延寿技术以及如何在设计阶段就融入绿色建筑理念。 第七章：结构耐久性设计与腐蚀控制 材料的长期性能衰减模型： 建立描述钢筋混凝土碳化、氯离子侵蚀的预测模型，并引入概率性分析方法评估结构剩余寿命。 防护与修复技术： 系统介绍无损检测（NDT）技术在早期缺陷识别中的应用，包括电化学检测、超声波检测等。重点阐述主动修复（如微生物诱导钙化、电化学迁移修复）的机理与现场实施工艺。 海洋与严寒环境下的结构设计： 针对高盐雾、冻融循环等极端环境，提出优化配筋布局、采用高密度混凝土、设置牺牲阳极保护等综合耐久性保障方案。 第八章：结构设计的绿色化与生命周期评估（LCA） 低碳结构体系的选择与评价： 比较不同结构材料（钢、混凝土、木材）在全生命周期内的能源消耗和碳排放，指导结构体系的低碳化选择。 材料的循环利用与再生： 探讨建筑废弃物（特别是混凝土骨料）在结构工程中的高值化再利用技术，以及如何设计易于拆解和回收的连接节点。 结构性能的提升与能耗优化： 探讨如何通过优化外围护结构与内部承重体系的耦合，实现建筑整体的能耗降低，并评估其对结构设计的影响。 本书内容紧密结合最新的规范要求和国际前沿研究成果，强调理论的深度和工程实践的可操作性，是结构工程领域专业人士提升技术素养的必备参考书。
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