Design of Buildings and Bridges for Wind pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Simiu, Emil/ Miyata, Toshio, Ph.D.

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:2006-3

价格:$ 152.55

装帧:HRD

isbn号码:9780471657439

丛书系列:

图书标签:

风工程
结构工程
桥梁工程
建筑工程
抗风设计
结构动力学
空气动力学
风荷载
建筑结构
桥梁结构

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具体描述

Design of Buildings and Bridges for Wind is a practical guide that uses physical and intuitive approaches, and practical examples, to demonstrate how to interpret and use provisions of the ASCE-7 Standard and design structures for strength and serviceability. Written by two of the world's foremost wind engineering experts, this unique text is written specifically for designers and structural engineers. Covering routine buildings, tall buildings, and bridges, Design of Buildings and Bridges for Wind contains a wealth of step-by-step numerical examples to assist structural engineers in understanding and using the elements of wind and structural engineering required for design. This hands-on guide features: Information on how to determine design wind loads and wind effects for both routine and special structures Information allowing structural engineers to effectively scrutinize estimates of wind effects submitted by wind engineering consultants Clear, transparent procedures for developing estimates of wind effects based on aerodynamic data supplied in electronic form by wind tunnel operators Access to wind speed databases and software for determining wind effects on rigid and flexible structures (nist.gov/wind)

结构工程与抗风设计：理论、实践与前沿探索导言在当今快速城市化的背景下，高层建筑、大跨度桥梁以及复杂结构形式的日益普及，使得结构工程领域的挑战日益严峻。风荷载，作为作用于这些结构上的主要动力荷载之一，其准确评估和有效控制已成为确保结构安全、耐久性和使用性能的关键。本书旨在为结构工程师、研究人员和高级学生提供一个全面、深入且与时俱进的知识体系，聚焦于风工程的核心理论、先进的分析方法、规范应用以及实际工程案例中的复杂问题处理。第一部分：风的特性与作用机理本部分将构建理解风与结构相互作用的物理基础。我们将从大气边界层理论出发，详细阐述地表风场的统计特性，包括平均风速剖面、湍流强度、尺度和脉动结构。不同地形（如城市峡谷、开阔平原、山地）对风场的影响将被深入剖析。随后，重点转向风与结构相互作用的动力学。空气动力学基础理论，如流体力学、边界层分离、涡流脱落（Vortex Shedding）和尾流不稳定性，将作为分析风致振动的理论基石。我们将详细讨论风致力产生的机制，包括阻力、升力和力矩，并引入非定常空气动力学的概念，区别于传统静力学分析的局限性。第二部分：风荷载的评估与规范应用准确量化风荷载是结构设计的首要步骤。本部分将系统介绍当前主流的结构抗风设计规范（例如，ASCE 7、Eurocode、或特定国家标准）的结构框架、参数选取和计算方法。内容涵盖： 1. 基本风速的确定与区域化风险评估：基于概率论和极值理论的风速回归分析，以及不同重现期对设计安全裕度的影响。 2. 风压和风荷载系数的推导：针对不同结构几何形状（刚性结构、柔性结构、低层、高层）的局部和整体风压系数的确定，讨论冲击系数和阵风效应因子（Gust Effect Factor）的计算。 3. 动力风荷载分析：针对高度敏感或柔性结构，必须采用动力学方法。本节将详述如何将随机风场输入结构分析模型，包括功率谱密度的应用、相干性函数（Coherence Function）的考量，以及如何计算风致响应的统计不确定性。第三部分：结构抗风分析的高级方法传统的等效静力法在处理复杂结构或极端风事件时存在局限性。本部分将深入探讨先进的计算方法，以实现更精确的风险评估和优化设计。 1. 风洞试验技术（Wind Tunnel Testing）：作为验证复杂结构空气动力学特性的“黄金标准”，本节将详细介绍不同类型的风洞（如地表风洞、声学风洞）及其在结构工程中的应用。关键技术包括：压力测量技术：压力扫描系统、高频动态压力传感器。运动模拟技术：刚体模拟（Rigid Model Testing）与运动模型（Aeroelastic Model Testing）的适用性，以及如何精确模拟边界层厚度和湍流特性。数据后处理与外插：从模型尺度数据到全尺度结构的换算方法。 2. 计算流体力学（CFD）在风工程中的应用：随着计算能力的提升，CFD已成为预测局部流场和复杂绕流问题的有力工具。本节将讨论RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯方程）和LES（大涡模拟）在结构气动外形优化、复杂节点风压预测中的应用，以及模型网格划分、边界条件设定和湍流模型选择的挑战与技巧。 3. 非线性动力学与耦合分析：对于具有显著几何非线性和材料非线性效应的结构（如拉索系统、轻质膜结构），需要进行更精细的非线性时程分析。内容包括结构与风场间的双向耦合（Two-Way Coupling）模拟，以及对结构阻尼的精确建模。第四部分：特定结构类型的抗风设计挑战不同的结构类型面临独特的空气动力学挑战。本部分将聚焦于几类最具挑战性的结构设计问题： 1. 超高层建筑（Supertall Buildings）：探讨超越传统高度限制的结构设计。重点分析：高层建筑的气动外形优化（如扭转、凹槽、削角设计）如何有效抑制涡振和颤振。针对动态响应的控制策略，包括粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器（TMD）和液体阻尼器（Liquid Sloshing Dampers）的性能评估与优化。 2. 大跨度桥梁（Long-Span Bridges）：深入研究悬索桥和斜拉桥的空气动力学稳定性。核心内容是颤振（Flutter）的判据和控制。详细分析平面和空间耦合颤振、扭转颤振的临界风速计算，并介绍导流板（Fairings）、隔板（Baffles）等被动控制措施的设计原理。此外，还将讨论雨、雾等不利天气对桥面气动特性的耦合影响。 3. 轻质与柔性结构：针对网壳结构、膜结构和临时性结构，风致振动问题更为突出。讨论如何处理低阻尼比系统下的风致振动放大效应，以及如何通过预应力或辅助支撑来提高结构的刚度和空气动力稳定性。第五部分：极端风事件与结构韧性现代抗风设计不仅要求结构在正常使用状态下稳定，更要求其在极端风事件（如飓风、台风）下具备足够的韧性，以防止灾难性倒塌。 1. 极端风场的建模：探讨基于风速极值分布的极端风场模拟，以及与结构倒塌概率相关的风险评估方法。 2. 结构抗倒塌分析（Collapse Prevention）：评估结构在风荷载下的极限承载力。讨论如何考虑二次效应（如构件松动、连接件的失效序列）对整体结构韧性的影响。 3. 韧性设计策略：介绍超越传统强度要求的韧性设计理念，包括冗余度的设计、局部损伤的容许性，以及结构在超限荷载下能量耗散机制的研究。结论与展望本书最后将总结当前风工程领域的前沿研究热点，包括机器学习在风荷载预测中的应用、新型阻尼材料对风致响应的控制潜力，以及未来在复杂环境下（如城市峡谷中的高层建筑群）进行协同抗风设计的挑战与方向。本书旨在引导读者从理论深度和工程实践广度上，全面掌握现代结构抗风设计的精髓。