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现代建筑结构设计与优化 本书聚焦于当代建筑结构工程领域的前沿技术、复杂结构体系的分析与设计，以及在可持续发展背景下的结构优化策略。 第一章：当代结构工程的挑战与趋势 本章深入探讨了当前建筑行业面临的主要挑战，包括超高层建筑、大跨度空间结构以及极端气候和地震荷载下的结构安全需求。详细分析了新材料（如高性能混凝土、先进钢材、木结构复合材料）在结构设计中的应用潜力与限制。同时，对数字化技术（如BIM、参数化设计、云计算）如何重塑结构工程师的工作流程和设计理念进行了阐述。 1.1 复杂结构体系的性能需求分析 探讨了筒中筒结构、巨型框架、带伸臂桁架的高层建筑在抗侧刚度、扭转稳定性和动力响应方面的特殊要求。通过实例分析，揭示了不同结构形式在不同场地条件下的适用性。 1.2 可持续性与绿色结构设计原则 系统介绍了生命周期评估（LCA）在结构选择中的应用，强调了材料的低碳化和结构体系的耐久性设计。重点讨论了模块化、可拆卸性结构的设计方法，以适应未来建筑的循环经济需求。 1.3 极端荷载作用下的结构韧性设计 详细论述了抗震设计理论的最新进展，特别是基于性能的抗震设计（PBD）方法。分析了爆炸、撞击等突发事件对结构完整性的影响，并提出了提升结构韧性和冗余度的设计策略。 第二章：先进结构分析技术与数值模拟 本章是全书的技术核心，详细介绍了用于分析复杂非线性结构行为的现代计算方法，并辅以大量工程实例进行验证。 2.1 有限元分析（FEA）的深化应用 超越基础的线性分析，本章重点讲解了材料本构模型的选择（如混凝土的开裂、受损模型，钢材的塑性与屈曲）和网格划分的优化技术。特别关注了接触面、支座非线性行为在模型中的精确表达。 2.2 非线性动力学分析与时程积分方法 系统地阐述了非线性时程分析（NLTHA）的实施步骤。对比了Newmark-β法、中心差分法等数值积分方案的稳定性和精度，并讨论了如何根据结构特性选择合适的阻尼模型（如Rayleigh阻尼、基于能量的阻尼）。 2.3 岩土结构相互作用（SSI）的精确建模 深入探讨了在地震工程和深基坑工程中，如何准确模拟地基土体与结构基础之间的耦合作用。介绍了Winkler地基模型、弹性半空间模型以及更先进的3D粘土本构模型的应用，确保基础承载力和沉降预测的准确性。 2.4 损伤识别与结构健康监测（SHM）集成 介绍了基于传感器数据（如应变片、加速度计）的系统辨识技术，用于识别结构损伤的位置和程度。讲解了如何将实时监测数据反馈到有限元模型中，进行结构性能的持续评估。 第三章：大跨度空间结构与索结构设计 本章专注于解决超大跨度下结构自重、风荷载和施工控制的难题，特别是针对体育场馆、会展中心和交通枢纽等标志性建筑。 3.1 空间桁架与网壳结构的几何与力学分析 详细分析了球面网壳、筒壳以及双层正交桁架的几何稳定性问题。讲解了曲面结构在不同边界条件下的应力分布特点，以及如何通过预应力或初始几何形状的调整来控制结构形态。 3.2 悬索结构与张拉整体（Tensegrity）体系 聚焦于轻量化和高柔度索结构的设计。阐述了索网的平衡态分析方法，包括预应力施加的步骤和对位移控制的影响。对复杂的张拉整体结构，解释了其自平衡和局部刚度的设计原理。 3.3 风致振动控制与颤振稳定性 针对大跨度结构极易受风影响的特性，本章详细分析了风洞试验数据的应用和CFD模拟的结构荷载提取。重点介绍了主动和被动减振技术，如调谐质量阻尼器（TMD）、粘滞阻尼器（VD）在控制风振和人行舒适度方面的优化设计。 第四章：高性能与新型材料结构的实践应用 本章将理论与实际工程案例相结合，探讨新一代结构材料的性能验证、施工技术和设计规范。 4.1 超高性能混凝土（UHPC）与自密实混凝土（SCC） 分析了UHPC极高的抗压强度和优异的耐久性带来的结构优化潜力，尤其是在复杂节点和薄壁构件中的应用。详细说明了SCC在保证结构内部密实度和减小蜂窝方面的施工控制要点。 4.2 结构钢材的性能提升与节点优化 讨论了高强钢材（如Q550以上）在减小构件尺寸、减轻结构自重方面的优势。重点研究了焊接节点和螺栓连接在承受高应力循环荷载时的疲劳性能，并提出了节点优化设计的具体流程。 4.3 现代木结构与混合结构体系 系统介绍了交叉层压木材（CLT）的力学性能、防火性能和抗震性能。探讨了木材与混凝土、钢材结合形成的混合结构体系，分析了两种材料在不同荷载作用下的协同工作机理和连接构造设计。 第五章：结构设计的可靠性、经济性与施工性集成 本章强调结构设计不再是孤立的力学计算，而是需要综合考虑全过程的优化目标。 5.1 结构可靠性理论与概率极限状态设计 系统介绍了基于可靠度指标（β值）的极限状态设计方法，讲解了荷载分项系数和材料分项系数的确定依据。强调了在复杂工程中如何量化和管理结构失效的概率。 5.2 参数化与拓扑优化在结构选型中的应用 介绍了拓扑优化算法如何从材料分布的角度寻找最优的力流路径，从而生成满足特定约束条件的轻量化结构形态。阐述了如何将优化结果转化为可施工的几何模型。 5.3 施工可行性与结构后张拉技术 讨论了结构设计如何直接影响施工效率和成本。重点解析了后张预应力技术在超长梁、箱梁和复杂后张拱结构中的应用，包括预应力筋道的布置、张拉顺序和应力损失的精确计算。 5.4 数字化交付与BIM在结构深化中的集成 讲解了结构信息模型（SIM）的构建，如何利用BIM平台进行碰撞检测、构件深化、钢筋详图的自动生成，以及如何确保结构设计信息在施工阶段的准确传递。 本书特点： 本书内容聚焦于工程结构设计中的“难点”与“前沿”，旨在为具备基础结构力学知识的工程师、研究生提供一套深入理解复杂结构行为、掌握先进计算工具、并能指导实际工程优化决策的综合性参考资料。全书理论推导严谨，结合大量实际工程案例，注重分析方法的可操作性和经济性评估。
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