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出版者:科学

作者:易镜荣

出品人:

页数:296

译者:

出版时间:2008-1

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787030193179

丛书系列:

图书标签:

• 计算机辅助设计
• 艺术设计
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• 视觉传达
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• 创意设计
• 艺术教育
• 设计理论

现代建筑材料与结构创新 —— 探索新世纪工程的物理极限与美学表达 内容提要： 本书深入剖析了二十一世纪以来，土木工程、结构设计与建筑美学领域所面临的革命性挑战与机遇。我们不再满足于传统的钢筋混凝土与标准型材，而是将目光投向那些具有前瞻性、环境友好性以及超凡力学性能的新型材料。全书围绕“可持续性”、“智能化集成”与“复杂形态实现”三大核心议题展开，系统梳理了从纳米技术在混凝土中的应用，到超高性能纤维增强复合材料（UHPFRC）的突破性进展；从自修复材料的原理构建，到生物基材料在建筑围护结构中的实际潜力。此外，本书详尽探讨了结构设计方法的演进，特别是参数化设计在优化材料用量和提升结构效率上的实践。通过对一系列里程碑式的国际工程案例的深度解析，本书旨在为结构工程师、建筑师以及材料科学家提供一个跨学科的、面向未来的知识框架，引导他们跳出传统思维的束缚，迎接更加轻盈、坚固、智能且与自然和谐共生的建筑新时代。 第一章：材料科学在建筑领域的范式转移 本章首先界定了“现代建筑材料”的内涵，并将其与上世纪中叶的工业化材料体系进行对比。重点分析了全球气候变化与资源枯竭对建筑行业提出的迫切要求，即“减碳化”与“循环经济”。 1.1 从强度至上到多功能集成： 探讨材料性能从单一的抗压、抗拉强度，向热工性能、声学性能、耐久性乃至能源存储能力转化的趋势。介绍了相变储能材料（PCM）在墙体和楼板中的集成应用案例。 1.2 超高性能混凝土（UHPC）的深层解析： 详细阐述了UHPC的微观结构——特别是纤维网络对延性的影响。分析了其在预制构件、超薄结构以及大跨度桥梁中的应用潜力，并对比了其在耐久性、抗冲击性上相对于传统混凝土的显著优势。 1.3 纤维增强聚合物（FRP）的结构化应用： 聚焦于碳纤维（CFRP）和玻璃纤维（GFRP）在结构加固、新型构件制造中的地位。探讨了FRP在极端环境（如海洋工程）下的长期性能评估标准和设计规范。 第二章：轻质化与高韧性结构体系的构建 本章着重于如何通过先进材料实现建筑结构的轻量化，从而减少基础荷载、降低施工难度并拓展设计自由度。 2.1 结构性木材的复兴与工业化： 深入介绍交错层积木材（CLT）、胶合木（Glulam）和正交胶合木（LVL）的制造工艺、防火性能提升技术（如表面炭化处理）以及在超高层木结构设计中的应用。强调了其固有的碳汇效应。 2.2 智能金属合金与轻质空间框架： 研究了记忆合金（SMA）在结构主动控制中的应用潜力，以及新型铝合金和镁合金在非承重或半承重围护结构中的轻量化优势。重点分析了空间桁架结构中节点连接的创新设计。 2.3 薄壳结构与膜结构的新材料支撑： 讨论了ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）等高透光性、自洁性膜材如何改变大型公共建筑的采光和能源需求。对比了充气膜结构与张拉整体结构在实现大跨度无柱空间上的技术差异。 第三章：材料的自适应与环境响应能力 本章探讨了使建筑结构具备“生命力”的前沿技术，即材料对外界环境变化的感知、反馈和自我调节能力。 3.1 自修复混凝土的研究进展： 全面介绍细菌诱导的钙化过程（Bio-mineralization）以及封装愈合剂的微胶囊技术在修复微裂缝中的作用机制。分析了实际工程中实现长期、可靠自修复的挑战。 3.2 变色与热响应性外墙材料： 考察了电致变色玻璃和热致变色涂层在动态调节建筑得热量和眩光控制中的应用。分析了这些技术对建筑能耗的量化节约效果。 3.3 智能传感与结构健康监测（SHM）： 探讨了将光纤传感器、压电材料集成到结构内部，实现对应力、振动、腐蚀的实时、分布式监测技术。分析了这些数据流如何反哺于结构维护和寿命预测模型。 第四章：参数化驱动的结构优化与制造 本章连接了材料科学与先进的计算设计工具，展示了如何通过复杂的算法实现材料利用率最大化和结构拓扑的突破。 4.1 基于拓扑优化的结构生成： 详细介绍有限元分析（FEA）与拓扑优化算法（如密度法）如何协同工作，在给定载荷和约束条件下，生成最经济、最高效的材料分布形态。 4.2 增材制造（3D打印）对建筑结构的影响： 重点分析了砂浆基、聚合物基材料在大型建筑3D打印中的应用现状。探讨了分层制造如何允许传统工艺无法实现的复杂内部晶格结构和梯度材料的构建，以匹配局部受力需求。 4.3 复杂曲面与异形结构的设计与施工： 讨论了在复杂曲面结构中，如何利用新型柔性模具或机器人辅助建造技术，精确铺设复合材料层，确保结构完整性和几何精度。 第五章：前瞻性材料展望与可持续循环 本章对未来十到二十年建筑材料领域可能出现的颠覆性技术进行展望，并强调了材料全生命周期的责任。 5.1 碳捕获与利用（CCU）在建材中的实践： 研究直接从工业排放中捕获二氧化碳并将其固化到水泥熟料替代品或骨料中的技术路径。 5.2 模块化与可逆连接技术： 探讨如何设计材料和连接节点，使其在建筑寿命结束后能够被轻松拆解、回收或再利用，以实现真正的线性到循环经济的转变。 5.3 生物启发（Bio-mimetic）结构设计： 从自然界中汲取灵感，研究如骨骼、贝壳等天然材料的层级结构，以期在人造材料中复制其高韧性、低密度和自适应的特性。 结论： 本书最终强调，未来的建筑不再是惰性的盒子，而是由高度智能、可塑、并且对环境负责的材料构成的动态系统。成功驾驭这些前沿技术，要求从业者必须打破传统的专业壁垒，形成材料科学家、结构工程师与数字设计师之间的深度协作。 --- 目标读者： 结构工程师、建筑师、材料科学家、土木工程专业研究生及以上学历的研发人员。 关键词： UHPC、CLT、自修复材料、拓扑优化、增材制造、结构健康监测、可持续建筑。

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