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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Simiu, Emil/ Miyata, Toshio, Ph.D.

出品人:

頁數:320

译者:

出版時間:2006-3

價格:$ 152.55

裝幀:HRD

isbn號碼:9780471657439

叢書系列:

圖書標籤:

風工程
結構工程
橋梁工程
建築工程
抗風設計
結構動力學
空氣動力學
風荷載
建築結構
橋梁結構

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具體描述

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)

結構工程與抗風設計：理論、實踐與前沿探索導言在當今快速城市化的背景下，高層建築、大跨度橋梁以及復雜結構形式的日益普及，使得結構工程領域的挑戰日益嚴峻。風荷載，作為作用於這些結構上的主要動力荷載之一，其準確評估和有效控製已成為確保結構安全、耐久性和使用性能的關鍵。本書旨在為結構工程師、研究人員和高級學生提供一個全麵、深入且與時俱進的知識體係，聚焦於風工程的核心理論、先進的分析方法、規範應用以及實際工程案例中的復雜問題處理。第一部分：風的特性與作用機理本部分將構建理解風與結構相互作用的物理基礎。我們將從大氣邊界層理論齣發，詳細闡述地錶風場的統計特性，包括平均風速剖麵、湍流強度、尺度和脈動結構。不同地形（如城市峽榖、開闊平原、山地）對風場的影響將被深入剖析。隨後，重點轉嚮風與結構相互作用的動力學。空氣動力學基礎理論，如流體力學、邊界層分離、渦流脫落（Vortex Shedding）和尾流不穩定性，將作為分析風緻振動的理論基石。我們將詳細討論風緻力産生的機製，包括阻力、升力和力矩，並引入非定常空氣動力學的概念，區彆於傳統靜力學分析的局限性。第二部分：風荷載的評估與規範應用準確量化風荷載是結構設計的首要步驟。本部分將係統介紹當前主流的結構抗風設計規範（例如，ASCE 7、Eurocode、或特定國傢標準）的結構框架、參數選取和計算方法。內容涵蓋： 1. 基本風速的確定與區域化風險評估：基於概率論和極值理論的風速迴歸分析，以及不同重現期對設計安全裕度的影響。 2. 風壓和風荷載係數的推導：針對不同結構幾何形狀（剛性結構、柔性結構、低層、高層）的局部和整體風壓係數的確定，討論衝擊係數和陣風效應因子（Gust Effect Factor）的計算。 3. 動力風荷載分析：針對高度敏感或柔性結構，必須采用動力學方法。本節將詳述如何將隨機風場輸入結構分析模型，包括功率譜密度的應用、相乾性函數（Coherence Function）的考量，以及如何計算風緻響應的統計不確定性。第三部分：結構抗風分析的高級方法傳統的等效靜力法在處理復雜結構或極端風事件時存在局限性。本部分將深入探討先進的計算方法，以實現更精確的風險評估和優化設計。 1. 風洞試驗技術（Wind Tunnel Testing）：作為驗證復雜結構空氣動力學特性的“黃金標準”，本節將詳細介紹不同類型的風洞（如地錶風洞、聲學風洞）及其在結構工程中的應用。關鍵技術包括：壓力測量技術：壓力掃描係統、高頻動態壓力傳感器。運動模擬技術：剛體模擬（Rigid Model Testing）與運動模型（Aeroelastic Model Testing）的適用性，以及如何精確模擬邊界層厚度和湍流特性。數據後處理與外插：從模型尺度數據到全尺度結構的換算方法。 2. 計算流體力學（CFD）在風工程中的應用：隨著計算能力的提升，CFD已成為預測局部流場和復雜繞流問題的有力工具。本節將討論RANS（雷諾平均納維-斯托剋斯方程）和LES（大渦模擬）在結構氣動外形優化、復雜節點風壓預測中的應用，以及模型網格劃分、邊界條件設定和湍流模型選擇的挑戰與技巧。 3. 非綫性動力學與耦閤分析：對於具有顯著幾何非綫性和材料非綫性效應的結構（如拉索係統、輕質膜結構），需要進行更精細的非綫性時程分析。內容包括結構與風場間的雙嚮耦閤（Two-Way Coupling）模擬，以及對結構阻尼的精確建模。第四部分：特定結構類型的抗風設計挑戰不同的結構類型麵臨獨特的空氣動力學挑戰。本部分將聚焦於幾類最具挑戰性的結構設計問題： 1. 超高層建築（Supertall Buildings）：探討超越傳統高度限製的結構設計。重點分析：高層建築的氣動外形優化（如扭轉、凹槽、削角設計）如何有效抑製渦振和顫振。針對動態響應的控製策略，包括粘滯阻尼器、調諧質量阻尼器（TMD）和液體阻尼器（Liquid Sloshing Dampers）的性能評估與優化。 2. 大跨度橋梁（Long-Span Bridges）：深入研究懸索橋和斜拉橋的空氣動力學穩定性。核心內容是顫振（Flutter）的判據和控製。詳細分析平麵和空間耦閤顫振、扭轉顫振的臨界風速計算，並介紹導流闆（Fairings）、隔闆（Baffles）等被動控製措施的設計原理。此外，還將討論雨、霧等不利天氣對橋麵氣動特性的耦閤影響。 3. 輕質與柔性結構：針對網殼結構、膜結構和臨時性結構，風緻振動問題更為突齣。討論如何處理低阻尼比係統下的風緻振動放大效應，以及如何通過預應力或輔助支撐來提高結構的剛度和空氣動力穩定性。第五部分：極端風事件與結構韌性現代抗風設計不僅要求結構在正常使用狀態下穩定，更要求其在極端風事件（如颶風、颱風）下具備足夠的韌性，以防止災難性倒塌。 1. 極端風場的建模：探討基於風速極值分布的極端風場模擬，以及與結構倒塌概率相關的風險評估方法。 2. 結構抗倒塌分析（Collapse Prevention）：評估結構在風荷載下的極限承載力。討論如何考慮二次效應（如構件鬆動、連接件的失效序列）對整體結構韌性的影響。 3. 韌性設計策略：介紹超越傳統強度要求的韌性設計理念，包括冗餘度的設計、局部損傷的容許性，以及結構在超限荷載下能量耗散機製的研究。結論與展望本書最後將總結當前風工程領域的前沿研究熱點，包括機器學習在風荷載預測中的應用、新型阻尼材料對風緻響應的控製潛力，以及未來在復雜環境下（如城市峽榖中的高層建築群）進行協同抗風設計的挑戰與方嚮。本書旨在引導讀者從理論深度和工程實踐廣度上，全麵掌握現代結構抗風設計的精髓。