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出版者:武汉大学出版社

作者:张玉峰

出品人:

页数:700

译者:

出版时间:2004-4

价格:60.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787307041202

丛书系列:

图书标签:

• 工具书
• 工程结构
• CAD
• 结构设计
• 绘图
• AutoCAD
• 建筑工程
• 土木工程
• 计算机辅助设计
• 工程制图
• 结构制图

结构设计与分析的革新之路：从经典理论到前沿实践 导言：构建未来的基石 在当代土木工程领域，结构设计与分析是确保人居环境安全与可持续发展的核心技术。随着新材料的不断涌现、设计理念的深刻变革以及计算能力的飞速提升，传统的结构设计方法正面临前所未有的挑战与机遇。本书旨在提供一个全面、深入且与时俱进的知识体系，聚焦于结构工程领域前沿的理论模型、先进的分析方法以及实际工程中的创新应用，从而指导工程师们构建更安全、更经济、更具韧性的基础设施。 本书的视角超越了基础的规范解读和软件操作的简单罗列，而是深入剖析了结构行为背后的力学本质和数学原理，强调对复杂工程问题的批判性思维和解决问题的能力。 --- 第一部分：结构力学理论的深化与扩展 本部分着重于巩固和拓展现有的结构力学基础，为理解更复杂的非线性问题奠定坚实的理论基础。 第一章：连续介质力学的现代视角 本章不再满足于平面或梁单元的简化分析，而是从三维连续介质的角度重新审视应力与应变的关系。重点讨论本构关系的建立与修正，包括各向异性材料（如木材、层合板）和粘弹性材料（如高分子材料、某些地基土体）的广义胡克定律。特别探讨了损伤力学的基本概念，引入了连续介质损伤本构模型，用于模拟材料在疲劳和长期荷载作用下的退化过程，这对于预测既有结构的服役寿命至关重要。 第二章：高级结构动力学与地震工程 针对高层建筑、桥梁及海洋结构物等复杂系统，本章深入探讨了多自由度系统的振动理论。详细阐述了模态分析的精确计算方法，并着重介绍了随机振动理论在结构抗震设计中的应用，包括功率谱密度函数（PSD）的确定和均方根响应的计算。此外，引入了非线性动力响应分析，特别是滞回模型的建立与参数识别，用以模拟结构在强震作用下的能量耗散机制，并结合性能化设计的理念，定义了结构在不同烈度地震下的预期性能目标。 第三章：结构稳定性理论的极限分析 超越欧拉公式的基础范畴，本章聚焦于复杂荷载组合下的几何非线性和材料非线性共同作用下的屈曲问题。深入探讨了二次弯矩（P-Delta效应）的精确计算方法及其在超高层结构中的控制策略。对于薄壁构件，详细解析了局部屈曲与整体屈曲的耦合作用，并介绍了基于能量法的平衡路径追踪技术，以确定结构的极限承载能力和失稳模式。 --- 第二部分：先进分析方法与计算力学前沿 本部分侧重于计算工具的理论基础及其在解决实际复杂问题中的应用，特别是超越传统有限元方法的局限。 第四章：有限元分析的高级技巧与误差控制 本书对有限元方法（FEM）的讨论深入到算法层面。除了标准的位移法单元，本章详细对比了应力单元和混合变分原理的适用性。核心内容聚焦于网格无关性研究和误差估计，特别是残差法和对偶误差估计在评估计算结果可靠性中的作用。此外，针对接触问题（如支座、预应力锚固区），讲解了非光滑接触的数值处理方法，如惩罚函数法与增广拉格朗日法。 第五章：无网格方法与新型数值模拟 认识到传统FEM在处理大变形、材料破碎和移动边界问题上的固有缺陷，本章引入了无网格方法（Meshless Methods），如光滑粒子流体动力学（SPH）和再 इथे有理基函数法（RBF）。重点阐述了这些方法如何通过粒子化的形式实现对材料内部裂纹扩展、爆炸冲击波传播等问题的精确模拟，为分析混凝土的动态破碎和岩石隧道开挖提供了强大的理论工具。 第六章：多尺度建模与耦合分析 现代工程问题往往涉及材料内部微观结构到宏观结构响应的传递。本章探讨了多尺度建模技术，如通过微观晶格结构推导宏观材料本构关系的方法。更重要的是，系统阐述了多物理场耦合分析，包括： 1. 热-结构耦合： 针对火灾作用下的钢结构或混凝土结构，分析温度梯度引起的内部应力重分布。 2. 流-固耦合（FSI）： 针对风洞试验数据不足的复杂构型（如柔性悬索结构），计算风载或水流载荷对结构变形的反馈影响。 3. 电磁-结构耦合： 探索新型电磁驱动或电磁屏蔽结构的设计需求。 --- 第三部分：高性能材料与创新结构体系设计 本部分将理论与工程实践紧密结合，探讨了如何利用新材料和新结构形式来应对极端环境和提高结构性能。 第七章：高性能混凝土（HPC）与纤维增强复合材料（FRP）的本构模型 本书详细解析了超高性能混凝土（UHPC）的微观结构特征，并据此建立了更精确的拉压软化本构关系。对于纤维增强聚合物（FRP），重点介绍了其非线性拉伸行为和层间剪切的有限元模拟，以及FRP在既有结构加固中的受力机理与优化设计。强调如何利用这些材料的优异性能，实现构件的减小截面化设计。 第八章：新型拓扑优化设计与仿生结构 超越传统基于规范的经验设计，本章引领读者进入拓扑优化领域。详细介绍基于密度法（SIMP）和水平集法的迭代算法，实现结构在给定载荷和约束下的最优材料分布，从而获得轻质高强度的结构形态。同时，结合仿生学，探讨从自然界（如蜂窝、骨骼）中获取灵感，设计出具有内在冗余性和高能耗吸收能力的仿生网壳和桁架结构。 第九章：结构健康监测（SHM）的数据驱动分析 结构投入使用后，其性能的实时评估至关重要。本章聚焦于模态识别技术，介绍基于快速傅里叶变换（FFT）和时域分析（如SSI-COV方法）从传感器数据中提取结构固有频率和阻尼比的技术。重点讨论损伤定位与度量，利用频率响应函数（FRF）的变化或应变场的变化，通过基于模型更新的方法，实现对结构内部缺陷的早期、精确诊断。 --- 结语：迈向自主创新与智慧建造 本书的最终目标是培养具备系统思维和创新能力的结构工程师。通过对前沿理论的深入掌握和对先进计算工具的熟练运用，读者将能够驾驭未来工程领域中更加复杂、多变的设计挑战，推动结构工程从“安全可靠”向“高效智能”的跨越式发展。本书所涵盖的内容，是通往自主创新型结构设计体系的必由之路。

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这本《工程结构CAD》的描述，让我这位长期在建筑设计领域摸爬滚打的“老兵”不禁捏了一把汗。从书名来看，它理应是聚焦于如何利用计算机辅助设计软件来创建、修改和优化各类工程结构的数字化模型。我期望看到的是对主流CAD软件，比如AutoCAD Civil 3D、Revit Structure或者Tekla Structures在结构绘图、详图深化、碰撞检测等方面的深入讲解。如果书中只是泛泛而谈CAD的基本操作，而没有深入到结构工程的特殊需求，比如钢结构节点设计、预应力筋布置的规范化处理，那对我们而言价值就大打折扣了。我尤其关注它是否涵盖了BIM（建筑信息模型）在结构设计流程中的集成应用，毕竟现在行业趋势已经全面转向三维协同设计了。如果这本书的案例能够紧密结合国内现行的设计规范和实际工程问题，比如复杂高层建筑的剪力墙配筋表达，或者基础的抗浮验算图纸输出，那才算得上是一本真正有用的工具书。否则，它可能只是市面上众多CAD入门教程的又一个翻版，对于寻求专业提升的我来说，吸引力有限。

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我对技术书籍的评价，往往着重于其实践指导性和前瞻性。这本《工程结构CAD》如果只停留在二维绘图的层面，那它无疑已经落伍了。现在的结构工程师，需要的不仅仅是把图纸画得漂亮，更重要的是如何通过数字化工具提高设计效率和保证工程质量。我更希望看到书中能详细阐述如何利用参数化建模技术来处理重复性的结构构件设计，比如楼梯、栏杆或者预制梁板的快速生成。此外，现代结构设计对荷载模拟和分析结果的可视化表达有很高要求，书中是否包含了如何将有限元分析软件（如SAP2000或Midas Gen）的计算结果，准确、规范地导入CAD环境进行施工图表达的技巧？如果它能提供一套完整的、从初步方案到施工图出图的数字化工作流程，并辅以最新的行业标准和软件版本，那它才配得上“工程结构”这四个字的分量。否则，它可能只是在讲述如何“画图”，而不是如何“设计”。

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作为一名偏好手工绘图和理论推导的设计师，我对新技术的接受总是持审慎态度。对于这本《工程结构CAD》，我最担心的是它是否会鼓励一种“一键生成”的浮躁心态。结构安全是人命关天的大事，任何自动化工具都不能取代工程师对结构受力模式的深刻理解。因此，我非常看重书中对“CAD辅助规范检查”这一部分的介绍。比如，软件如何帮助我们自动校核最小配筋率、最大间距限制，以及抗剪配筋的构造要求。如果书中能展示如何利用脚本或自定义程序来快速生成符合设计院内部标准的出图模板和文字说明，那对于提高效率无疑是巨大的助力。如果全书都在强调软件的炫酷功能，却回避了传统绘图规范中那些看似繁琐但至关重要的细节处理，那么这本书对我来说就显得不够“接地气”，难以在实际工作中被采纳。

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我评判一本技术书籍的标准，很大程度上取决于它的“可读性”和“易用性”。一本关于CAD的书，如果图文排版混乱，流程逻辑跳跃，那么读者学习起来会非常痛苦。我期待《工程结构CAD》能够采用清晰的步骤引导，从基础的二维草图建立，逐步过渡到三维模型的创建，再到最终的施工图输出。特别是对于新手而言，书中对软件界面和工具栏的截图是否清晰、标注是否准确至关重要。更重要的是，它是否能提供一套结构化的学习路径，比如先从简单的框架结构开始，再逐步过渡到复杂的空间桁架或箱型截面结构。如果书中大量的篇幅被用于软件界面的重复截图，而关键的结构表达技巧被轻描淡写，那么这本书的价值就更偏向于软件说明书而非专业教材，这对于真正想掌握“工程结构CAD”这门手艺的人来说，是远远不够的。

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说实话，市面上的教材很多时候都会陷入“工具介绍”的泥潭，而忽略了背后蕴含的“结构思维”。如果《工程结构CAD》只是机械地罗列菜单命令和工具按钮，而没有阐释这些工具在特定结构场景下如何服务于力学原理和安全冗余的实现，那它对一个新人来说可能过于晦涩，对一个老手来说又过于基础。我真正期待的是，书中能够通过详尽的图例，展示如何用CAD精确表达结构构造的细节，比如梁柱节点钢筋的搭接长度处理、锚栓的间距控制，以及如何通过图层和块定义来规范化管理庞大的结构信息。更进一步，如果能涉及如何利用CAD进行信息管理和协同工作（例如，如何与建筑、机电专业进行数据交换和冲突检查），那这本书的价值就能得到极大的提升。结构设计是严谨的科学，CAD只是实现这一严谨性的手段，我希望这本书能体现出这种主次分明的关系。

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