钢结构基本原理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国建筑工业出版社

作者:沈祖炎

出品人:

页数:409

译者:

出版时间:2000-8

价格:35.0

装帧:平装

isbn号码:9787112042951

丛书系列:高校土木工程专业指导委员会规划推荐教材

图书标签:

• 钢结构
• 结构力学
• 建筑工程
• 土木工程
• 结构设计
• 材料力学
• 建筑材料
• 工程结构
• 钢结构设计
• 结构分析

《结构力学：物质的强度与变形》 本书旨在深入剖析结构物在受力作用下所呈现的内在规律，揭示物质抵抗变形、保持稳定的基本原理。我们将从宏观到微观，循序渐进地构建对结构行为的全面认知，为理解和设计各类工程结构打下坚实的基础。 第一部分：力与平衡的基石 本部分将带领读者进入结构力学的宏观世界，从最基本的概念出发，建立对力、力矩、约束以及结构体平衡状态的深刻理解。 第一章：工程结构中的力学概念 力的定义与性质： 介绍力的矢量性，包括大小、方向和作用点，以及常见的几种力的类型，如集中力、均布力、力偶等。 力的合成与分解： 讲解力的平行四边形法则和三角形法则，演示如何将复杂受力简化为等效的合力，以及如何将力分解到不同的方向上。 力矩的概念与计算： 定义力矩，阐述其在旋转效应中的作用，并介绍力矩的计算方法，包括力臂的概念和正负号的规定。 约束与反力： 详细阐述各种常见的工程约束类型，如固定端约束、铰支约束、滚支约束等，以及这些约束如何限制结构体的自由度，并产生相应的反力。 静力平衡方程： 引入结构体受力分析的核心——静力平衡方程，包括力的平衡方程（ΣFx=0, ΣFy=0, ΣFz=0）和力矩的平衡方程（ΣM=0）。通过实例，演示如何运用这些方程求解未知反力和内力。 刚片与自由度： 定义刚片这一理想模型，以及自由度在描述物体运动状态中的作用。 第二章：平面结构分析：静态确定结构 静定梁： 深入研究静定梁在不同荷载下的受力特性，包括集中荷载、均布荷载、变分布式荷载等。 外力与反力分析： 掌握求解静定梁支座反力的方法，包括力的平衡方程和力矩平衡方程的应用。 内力分析： 引入内力的概念，包括轴力、剪力、弯矩等，并通过绘制剪力图和弯矩图，直观地展示梁在轴向、剪切和弯曲作用下的变化规律。 静定桁架： 介绍桁架的组成与类型，重点讲解如何通过节点法和截面法求解静定桁架各杆件的内力。 静定框架： 扩展分析范围至包含弯曲构件的平面框架，掌握求解静定框架反力和内力的方法。 结构超静定与静不定： 引入超静定结构的概念，解释为何其内力和反力无法仅通过静力平衡方程确定，为后续章节的学习埋下伏笔。 第二部分：物质的响应：应力、应变与材料特性 本部分将从微观层面，深入探讨材料在受力作用下的内部响应——应力与应变，以及材料本身的力学性能，这是理解结构变形和破坏的关键。 第三章：材料力学基础：应力与应变 应力： 定义应力，将其视为单位面积上的内力，并区分正应力（拉应力、压应力）和剪应力。 应变： 定义应变，将其视为单位长度的变形量，区分正应变和剪应变。 应力-应变曲线： 绘制典型材料（如钢材）的应力-应变曲线，识别弹性极限、比例极限、屈服强度、抗拉强度、断裂强度等关键点。 胡克定律： 引入胡克定律，阐述线弹性范围内应力与应变之间的线性关系，介绍弹性模量（E）和剪切弹性模量（G）等重要材料常数。 泊松比： 定义泊松比，描述材料在单向拉伸或压缩时，横向应变与纵向应变之间的比例关系。 应力状态与应变状态： 引入应力张量和应变张量的概念，描述物体内部任意一点的复杂受力与变形状态。 第四章：材料的力学性能与本构关系 材料的强度与刚度： 区分强度（抵抗破坏的能力）和刚度（抵抗变形的能力），并探讨影响这些性能的因素。 弹性与塑性： 深入讨论材料在加载和卸载过程中的行为，区分弹性变形（可恢复）和塑性变形（不可恢复）。 脆性与韧性： 比较脆性材料（如铸铁）和韧性材料（如钢材）在断裂前表现出的变形特性。 疲劳与蠕变： 介绍材料在循环荷载作用下的疲劳失效现象，以及在恒定荷载下随时间推移发生的蠕变变形。 各向同性与各向异性： 解释材料在不同方向上力学性能是否相同的概念，以及这对结构设计的影响。 弹塑性本构关系： 探讨更复杂的材料行为，特别是屈服后的非线性响应，为分析结构在塑性状态下的行为奠定基础。 第三部分：结构的行为：变形、强度与稳定性 本部分将综合前两部分的知识，深入研究结构在荷载作用下的实际变形、抵抗破坏的能力以及抵抗失稳的关键。 第五章：结构变形分析：位移与挠度 梁的挠度计算： 采用微分方程法、积分法、弯矩累积法等多种方法，求解梁在不同荷载下的挠度曲线。 虚功原理与虚力原理： 介绍能量法在计算结构位移中的应用，阐述虚功原理和虚力原理的基本思想，并展示其在求解复杂结构位移时的优越性。 叠加原理： 阐述叠加原理的应用，即复杂荷载下结构的总响应是各单独荷载响应的线性叠加。 结构位移的测量与控制： 讨论实际工程中如何测量和控制结构的位移，以满足使用和安全要求。 第六章：结构强度分析：承载能力的极限 应力集中： 分析结构中几何形状突变处（如孔洞、缺口）引起的应力集中的现象，以及其对结构强度的影响。 梁的强度计算： 运用弯矩和剪力图，结合材料的许用应力，计算梁的弯曲强度和剪切强度。 轴力构件的强度计算： 分析轴向受力构件（如拉杆、压杆）的强度，考虑截面面积和材料强度。 剪应力在截面上的分布： 深入研究剪应力在梁截面上的分布规律，并进行相应的强度校核。 组合变形下的强度： 分析同时承受多种应力状态（如弯曲与轴力）的构件的强度。 疲劳强度分析： 考虑构件在反复荷载作用下的疲劳寿命，进行疲劳强度设计。 第七章：结构稳定性分析：防止失稳破坏 稳定性概念与失稳模式： 定义结构稳定性，阐述压杆和薄壁结构常见的失稳模式，如压屈、屈曲等。 欧拉临界力： 重点介绍细长压杆的压屈稳定性，推导欧拉临界力公式，并分析影响临界力的因素（材料弹性模量、截面惯性矩、杆件长度和边界条件）。 柔度与稳定性： 引入柔度概念，解释其与失稳倾向的关系。 轴心受压构件的稳定性： 结合材料强度和稳定性要求，对轴心受压构件进行设计。 薄壁构件的屈曲： 探讨薄壁构件（如钢结构中的翼缘和腹板）在受压和受剪时的屈曲现象。 工程中的稳定性设计： 结合实际工程案例，讲解如何通过合理的结构布置、材料选择和构件截面设计来保证结构的稳定性。 第四部分：工程实践中的力学应用 本部分将引导读者将理论知识应用于实际工程问题，理解结构设计中的权衡与优化，并初步接触更高级的结构分析方法。 第八章：结构的动力学响应初步 自由振动与固有频率： 介绍结构固有的振动特性，以及固有频率的概念。 简谐振动： 描述最基本的振动形式——简谐振动，以及其运动方程。 外部激励与共振： 探讨外部激励对结构振动的影响，并警示共振可能导致的灾难性后果。 阻尼的作用： 解释阻尼对结构振动衰减的影响。 动力学分析的重要性： 强调在地震、风荷载等动态作用下，动力学分析的必要性。 第九章：数值方法在结构分析中的应用 有限单元法（FEM）概述： 简要介绍有限单元法的基本原理，即如何将连续体离散为有限个单元进行分析。 数值分析软件的应用： 提及常用的结构分析软件，以及它们在复杂结构建模、荷载施加和结果后处理中的作用。 数值分析的优势与局限性： 讨论数值方法在处理复杂几何形状、非线性材料和边界条件时的强大之处，以及其结果的精度依赖于模型和计算。 第十章：结构设计中的基本原则与案例 安全性、经济性与适用性： 阐述结构设计的三个基本原则，以及它们之间的相互制约和权衡。 荷载组合与安全系数： 介绍不同类型荷载（恒载、活载、风载、雪载等）的组合方式，以及安全系数在保证结构安全中的作用。 结构分析软件在实践中的应用： 通过具体的工程案例，展示如何运用所学的力学原理和工具进行结构分析与设计。 结构优化与改进： 探讨如何根据分析结果对结构进行优化，以达到更高的性能和经济性。 未来结构工程的趋势： 展望新材料、新技术在结构工程中的应用前景。 本书力求以清晰的逻辑、严谨的论述和丰富的实例，帮助读者建立扎实的结构力学知识体系，理解物质的强度与变形背后的深刻原理，为未来从事工程设计、研究或相关领域的工作打下坚实的基础。

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这本书的语言风格，怎么说呢，非常“工程师化”，直接、准确，没有过多华丽的辞藻，直击问题的核心。它就像一位经验丰富的老工程师在给你做一对一的辅导，语调坚定，逻辑清晰得像计算机程序一样。我特别欣赏它对“极限状态设计法”的阐述方式，不是那种生硬的条文罗列，而是通过几个经典的破坏模式案例，层层递进地引出相应的承载力公式。这种讲授方式，极大地降低了我理解这些复杂概念的门槛。书中对钢结构连接的讨论更是细致入微，无论是螺栓连接的抗剪、抗拉计算，还是各种焊缝的布置和检验要求，都讲解得非常详尽。我尤其关注了其中关于“节点域”应力集中效应的分析，作者引用了有限元模拟的结果来佐证理论计算的准确性，这种多维度验证的方法让人信服力倍增。当然，对于像我这样已经工作几年的人来说，书中对基本概念的冗余解释略显拖沓，如果能将基础回顾部分压缩，留出更多空间给到塑性分析和稳定性的高级主题，我会觉得性价比更高一些。

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这本书的排版和印刷质量绝对是同类书籍中的佼佼者，纸张选择了略带米黄色的纸张，长时间阅读下来眼睛不容易疲劳，这对于需要长时间啃读技术书籍的我来说太重要了。图表的清晰度和标注的规范性也值得称赞，每一个轴线、每一个符号的使用都符合行业惯例，避免了阅读中因符号混乱而产生的困惑。我尤其欣赏作者在探讨“偶然荷载”和“组合荷载”时所采用的统计学方法，他没有简单地堆砌规范公式，而是详细解释了荷载分项系数和组合系数的确定依据，这帮助我从根本上理解了安全裕度的来源。书中对钢结构连接的细节处理非常到位，比如，螺栓的预拉力控制、焊缝的无损检测方法（NDT）的适用性分析，都写得非常具体，让我感觉像是拿到了一个详细的操作手册。不过，我对其中关于“疲劳损伤累积”的评估方法略有异议，作者似乎更偏向于Miner法则的应用，但对于一些循环荷载下材料的“应变寿命”法，介绍得不够深入，这在一些对疲劳要求极高的桥梁结构设计中是常用手段，希望能看到更多关于这方面的对比和讨论。总体而言，这是一本值得反复翻阅的工具书。

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从宏观角度来看，这本书展现出了作者对整个钢结构体系的深刻理解，它不仅仅是一本关于“构件”的书，更是一本关于“体系”的书。作者非常注重结构整体的相互作用，比如在讲梁柱节点抗剪变形时，他会立刻联想到整个框架在水平力作用下的侧移刚度问题，这种系统性的思维贯穿始终。我个人认为，这本书在“风洞试验与结构响应”这部分内容的处理上，达到了一个很高的水准，它清晰地解释了非线性空气动力学面对复杂构形时带来的挑战，以及如何通过等效静力法来简化计算，这对于设计大型空间结构至关重要。我记得有一次在设计一个体育场屋顶时，就被风荷载的复杂性困扰了很久，这本书提供了一个非常实用的处理框架。当然，如果能在“火灾作用下钢结构性能”这一章中，增加一些关于新型隔热材料和被动防火措施的工程应用案例，那就更完美了，目前的内容更侧重于高温下的材料退化机理。总的来说，这本书的深度和广度都令人印象深刻，它既能满足学生打好基础的需求，也能为工程师提供查阅和进阶学习的参考。

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这本书的装帧设计相当有档次，封面那种哑光的质感，拿在手里沉甸甸的，一看就是下过功夫的。我本来以为这种技术类的书籍都会做得比较乏味，但这本书在版式上处理得相当清爽，大量的插图和清晰的图表布局，让原本枯燥的结构力学概念变得直观多了。我记得有几章讲到焊接节点的受力分析，书里用了好几个三维爆炸图来展示内力和应力分布，这对初学者来说简直是福音。不过，我稍微有点意见的是，有些公式的推导过程跳得略快，比如在介绍Timoshenko梁理论的修正公式时，中间的积分步骤如果能再详细展开一两步，对那些基础知识不太牢固的读者会更友好一些。尽管如此，这本书在内容组织上还是非常严谨的，每一章的末尾都有相关的例题和思考题，我感觉自己像是在上课一样，而不是在单纯地阅读一本教科书。尤其要提一句的是，它对不同类型钢材的性能对比分析，表格做得非常详尽，让我对材料选择有了更深刻的理解，而不是停留在“用某种钢材”的层面。这本书的参考文献部分也做得非常扎实，引用了很多经典的工程规范和研究文献，足见作者在资料收集上的功力。

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读完这本书，我最大的感受是，它真正做到了“理论与实践相结合”，而不是那种只停留在纸面上的空中楼阁。作者显然不是一个只知道埋头推公式的学者，他对实际工程中经常遇到的问题有着非常敏锐的洞察力。比如，关于钢结构在施工阶段的临时支撑和次序控制，书里专门辟出了一节来讨论，这在很多同类教材里是看不到的。我之前在参与一个厂房项目时，就因为对风荷载作用下的施工顺序判断失误吃过亏，如果当时有这本书在手，那份教训可能就不会那么深刻了。书中对疲劳和脆性断裂的分析也十分到位，特别是对高周疲劳的判定标准，结合了最新的国际标准，讲解得非常透彻。我特别喜欢它对“设计冗余度”的探讨，作者没有简单地告诉我们该用多大的安全系数，而是从概率和可靠性理论的角度，阐释了安全系数背后的哲学意义，这让我的思考层次一下子提升了不少。唯一让我觉得有些遗憾的是，对于超高强度钢材在极端环境下的应用案例，感觉可以再增加一些，毕竟现在很多前沿工程都在尝试使用新型材料。

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