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出版者:Wiley-Interscience

作者:Bryan Stafford Smith

出品人:

页数:537

译者:

出版时间:1991-01-01

价格:USD 285.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471512370

丛书系列:

图书标签:

• 11
• edc
• 结构工程
• 高层建筑
• 建筑结构
• 抗震设计
• 风工程
• 结构分析
• 钢结构
• 混凝土结构
• 建筑力学
• 结构设计

《现代高层建筑力学设计：结构安全与性能的深度解析》 本书旨在为读者深入剖析现代高层建筑结构设计所面临的挑战与前沿技术，聚焦于提升结构的安全性、耐久性以及在复杂环境条件下的性能表现。我们将超越传统的结构分析范式，着重探讨高层建筑在风、地震、火灾等极端荷载作用下的动力响应，以及如何通过创新的结构体系和材料应用，实现高效、经济且可持续的建造。 第一部分：高层建筑结构系统的演变与选型 本部分将首先回顾高层建筑结构设计的历史演进，从早期的砌体结构到现代的钢、混凝土及混合结构体系，梳理不同发展阶段的技术突破与理念革新。我们将详细介绍当前主流的高层建筑结构体系，包括： 巨型结构体系（Megaframe Systems）： 如巨型框架、巨型桁架、巨型筒体等，分析其承载机理、受力特点、适用性及其在超高层建筑中的优势。我们将探讨如何通过优化巨型构件的设计，最大化其效率并降低整体自重。 筒体结构体系（Tube Structures）： 包括框架筒、剪力墙筒、筒中筒等，深入剖析其在抵抗水平荷载（风、地震）中的关键作用，以及如何通过合理的截面设计和连接方式，提升结构的整体刚度和抗侧能力。 框架-剪力墙/核心筒体系（Frame-Shear Wall/Core Systems）： 分析此种混合体系的协同工作机制，如何有效结合框架结构的延展性和剪力墙结构的刚度，实现经济高效的设计。重点阐述核心筒的设计参数、内部支撑结构以及与外围框架的连接方式。 新型结构体系与混合结构（Emerging and Hybrid Structural Systems）： 探讨近年来在高层建筑设计中涌现的新型结构理念，例如： 压-拉体系（Compression-Tension Systems）： 分析其在抵抗重力和风荷载方面的独特优势，以及其在特定高层建筑项目中的应用案例。 斜交框架与空间桁架体系（X-braced Frames and Space Trusses）： 探讨其在提供整体稳定性和优化材料利用方面的特点，以及在超高层建筑中作为外围支撑结构的应用。 钢-混凝土混合结构（Steel-Concrete Composite Structures）： 详细介绍组合梁、组合柱、组合楼板等构件的设计与连接技术，分析其在提高承载能力、刚度和防火性能方面的优势，以及在实际工程中的应用案例。 预制与模块化结构（Prefabricated and Modular Structures）： 探讨预制构件在高层建筑建造中的应用，分析其对缩短工期、提高施工质量和降低现场扰动的贡献，以及在设计中需要考虑的连接与整体性问题。 在结构体系选型方面，我们将引入多因素决策分析方法，综合考虑建筑功能、场地条件、荷载特征、经济成本、技术可行性、可持续性以及建造进度等因素，为读者提供一套系统化的选型评估框架。 第二部分：高层建筑结构的荷载分析与响应预测 精确的荷载分析是高层建筑结构设计的基础。本部分将深入探讨各种作用在高层建筑上的荷载及其动力响应特性： 重力荷载（Gravity Loads）： 包括恒荷载（结构自重、围护结构自重）和活荷载（使用荷载），重点分析荷载传递路径、楼板传力机制以及对竖向构件（柱、墙）的设计影响。 风荷载（Wind Loads）： 风的特性与统计模型： 介绍风速的空间变化、湍流特性，以及不同风荷载标准与规范的应用。 静力风荷载分析： 讲解风压分布、平均风速、阵风效应的计算方法，以及风荷载在结构上的作用。 动力风荷载分析： 重点阐述高层建筑在风作用下的颤振（Vortex Shedding）、涡激振动（Galloping）、舞动（Divergence）等动力现象，介绍风致响应的数值模拟方法（如计算流体力学 CFD），以及如何通过结构调优（如阻尼器、消风装置）来控制风致振动，保障舒适性与安全性。 风洞试验的应用： 介绍风洞试验在高层建筑气动性能评估中的重要性，以及如何将试验结果应用于结构设计。 地震荷载（Seismic Loads）： 地震动特性与场地效应： 分析地震波的传播、场地土对地震动的影响，以及不同场地类别下的地震影响系数。 地震作用下的动力分析： 详细介绍反应谱方法（Response Spectrum Method）和时程分析法（Time History Analysis）在地震工程中的应用，包括如何进行模态分析、提取地震输入、计算结构响应（位移、内力、加速度）。 高层建筑的抗震设计理念： 重点阐述“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“延性设计”等抗震设计原则，以及如何通过合理的结构布置、构件设计和连接节点，实现结构的延性、耗能和抗倒塌能力。 隔震与减震技术（Seismic Isolation and Damping Technologies）： 深入介绍各种隔震支座（如叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座）和减震装置（如粘滞阻尼器、摩擦阻尼器、调谐质量阻尼器 TMD）的工作原理、设计方法及其在高层建筑抗震中的应用效果。 温度变化荷载（Thermal Loads）： 分析温度变化对高层建筑结构产生的热胀冷缩效应，以及如何通过设置伸缩缝、滑移支座等措施来释放温度应力。 其他重要荷载： 简要介绍施工荷载、意外荷载（如爆炸、撞击）及其在高层建筑设计中的考虑。 第三部分：高层建筑结构的关键设计与性能提升 在掌握了荷载特性和响应规律后，本部分将聚焦于高层建筑结构设计中的具体问题，以及如何通过优化设计来提升结构的整体性能： 竖向荷载传递与变形控制： 柱的轴力与稳定性设计： 详细讲解高层建筑中柱的轴力累积效应，以及长细比、侧向支撑对柱稳定性的影响。 楼板与梁的设计： 分析不同楼板体系（叠合楼板、现浇楼板、预制板）的传力方式，以及在长跨度、大荷载下的梁、板设计要点。 变形与沉降控制： 探讨高层建筑可能出现的整体沉降、不均匀沉降、过大的层间位移等问题，以及如何在设计阶段进行预测和控制。 抗侧力体系设计与优化： 剪力墙与核心筒的布置与设计： 探讨剪力墙的整体性、连梁设计、洞口处理以及核心筒的稳定性与刚度优化。 框架体系的抗侧刚度： 分析框架节点延性、梁柱配筋对侧向刚度的贡献，以及如何通过增加斜撑、加强层等方式提高框架的抗侧能力。 巨型结构与筒体结构的连接与协同： 重点讲解不同结构构件之间的力学连接，以及如何确保它们协同工作，共同抵抗外力。 结构构件的细部设计与连接： 钢结构连接： 螺栓连接、焊接连接的设计原则，节点域的强度与延性要求，以及高强螺栓、抗剪连接板等特殊连接形式的应用。 混凝土结构连接： 钢筋的锚固、搭接，预制构件的连接节点，以及如何保证混凝土结构的整体性与延性。 组合构件连接： 栓钉、抗剪键等连接件的设计与布置，以及组合梁、组合柱的整体受力分析。 高层建筑的动力减振技术： 被动阻尼器（Passive Dampers）： 详细介绍粘滞阻尼器、金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器等的工作原理、设计参数选择及布置策略。 调谐质量阻尼器（Tuned Mass Dampers, TMDs）： 讲解TMD的原理、调谐方法、质量比选择，以及其在控制结构振动和改善舒适性方面的应用。 半主动与主动阻尼器（Semi-active and Active Dampers）： 简要介绍这些先进控制技术，分析其在提高响应速度和控制精度方面的优势。 防火与耐久性设计： 防火设计： 考虑结构构件（钢、混凝土）在火灾下的承载能力变化，防火涂料、防火板的应用，以及防火分区的设计。 耐久性设计： 考虑材料的老化、腐蚀，以及结构在长期使用过程中的性能退化，选择合适的材料和防护措施，延长结构使用寿命。 第四部分：高层建筑的先进设计方法与未来趋势 本部分将展望高层建筑结构设计的未来，介绍更先进的设计理念与技术： 高性能混凝土与高强钢材的应用： 探讨超高强混凝土（UHPC）、自密实混凝土（SCC）以及高强钢材（如Q420、Q690等）在高层建筑中的应用潜力，分析其对结构减重、提高承载力、优化空间利用的贡献。 智能化与参数化设计： 介绍如何利用参数化建模工具（如Grasshopper、Dynamo）和有限元分析软件，实现结构设计的自动化、优化与迭代。 先进的结构分析软件与数值模拟： 深入探讨大型有限元分析软件（如SAP2000, ETABS, MIDAS, ABAQUS）在高层建筑复杂结构分析中的应用，包括非线性分析、动力分析、风振分析等。 可持续性设计与绿色建筑： 探讨在高层建筑设计中如何融入可持续性理念，例如： 轻质高强材料的应用： 减少结构自重，降低基础荷载。 模块化与可拆卸设计： 方便未来改造与回收。 结构与绿色能源的融合： 如集成光伏发电、风力发电等。 高性能计算（HPC）在高层建筑分析中的作用： 介绍如何利用HPC提升复杂结构的分析精度和效率，加速设计迭代。 人工智能（AI）在高层建筑设计中的潜在应用： 探讨AI在结构优化、故障诊断、风险评估等方面的应用前景。 通过对以上内容的系统梳理与深入探讨，《现代高层建筑力学设计：结构安全与性能的深度解析》将为从事高层建筑设计、施工、科研的工程师、学者以及相关领域的学生提供一本不可或缺的参考读物。本书力求在理论深度与工程实践之间取得平衡，帮助读者掌握高层建筑结构设计的前沿知识，应对未来建筑工程的挑战。

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这本书的语言风格非常严谨，但又带有一种知识分子特有的那种对精确性的执着追求。它没有采用那种鼓吹性的语气，而是以一种近乎学术论文的冷静态度来阐述问题，但这并不影响内容的易读性。举个例子，它在解释“结构刚度退化”时，所使用的数学描述和物理图像是高度统一的，让人在理解其内在联系时感到非常流畅。我发现在阅读到关于高层建筑多灾种耦合作用（比如地震与火灾的连锁反应）的章节时，这种严谨性显得尤为重要，因为任何模糊的表达都可能在实际工程中造成致命的误判。这本书更像是为那些已经掌握了基础结构力学，渴望进入专业领域深水区的工程师准备的“进阶密笈”，它要求读者投入足够的时间和精力去消化那些深层次的原理，但回报是巨大的——它将重塑你对垂直空间承载力的理解框架。

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这本书的排版和图示质量令人印象深刻。在处理复杂的空间结构分析时，清晰的图解是理解难点的关键。作者对有限元分析（FEA）结果的可视化处理达到了一个很高的水准。许多关键的应力云图、变形模式动画的截屏，都配有精炼的文字注释，准确地指出了观察者应该聚焦的应力集中点或薄弱环节。尤其值得称赞的是，书中对某些结构失稳案例的复盘分析，它通过逆向工程的方式，剖析了设计决策是如何一步步导致最终灾难性的后果的。这种对失败案例的坦诚剖析，远比成功案例的罗列更有教育意义。它不是在指责，而是在建立一种批判性的思维模式，教会读者在每一个节点都保持警惕，去质疑那些看起来“理所当然”的设计选择。

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这本关于高层建筑结构的著作，从宏观的视角切入了现代城市天际线的塑造者。它没有像许多技术手册那样堆砌复杂的公式和详尽的规范，反而更像是一场关于结构美学与工程哲学的深度对话。作者似乎非常注重建筑在不同尺度下所呈现出的力学行为和视觉冲击力。比如，书中对超高层建筑在风荷载作用下可能出现的扭转效应进行了深入的探讨，并且不仅仅局限于传统的剪力墙或核心筒系统，还引入了诸如框架-核心筒组合系统、巨型桁架结构等多种先进的抗侧力体系的优缺点对比。我尤其欣赏其中对于材料性能极限的探索，它不仅仅停留在材料的屈服强度，而是延伸到了疲劳分析和火灾下的短期力学性能变化，这对于真正理解结构安全裕度至关重要。总的来说，这是一本能够提升工程师对复杂结构体系理解深度的参考书，它引导我们思考，如何用更经济、更安全、更具表现力的方式去实现那些看似不可能的建筑高度。那种将美学融入力学逻辑的叙事方式，使得阅读过程本身也成为一种对建筑艺术的欣赏。

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我一直觉得，真正优秀的技术书籍，应该能激发读者对现有范式的反思。这本书在这方面做得非常出色。它在讨论结构体系的演变时，非常具有前瞻性。比如，在探讨减隔震技术时，作者并没有仅仅停留在粘滞阻尼器或铅芯橡胶支座的标准应用层面，而是大胆地探讨了新型的能量耗散装置——比如基于形状记忆合金（SMA）的阻尼器——在实现结构自复位功能上的潜力。这种对未来技术的敏锐捕捉，使得这本书在同类题材中显得尤为“鲜活”。同时，它也对“绿色建筑”中的结构集成问题进行了探讨，比如如何优化结构布局以最大化自然采光，或者如何设计易于拆卸和回收的连接节点，这显示了作者超越传统结构安全范畴的更广阔视野。与其说这是一本讲结构的，不如说它是一本探讨如何让结构为可持续发展服务的指南。

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阅读这本书的过程，更像是跟随一位经验极其丰富的结构大师进行了一次深入的田野考察。它并非教科书式的冷硬说教，而是充满了对实际工程挑战的细腻洞察。我注意到书中对“不确定性”的处理态度非常务实。在讨论基础设计时，作者没有简单地给出地基承载力的经验值，而是花了大篇幅来阐述岩土工程勘察报告解读中的盲点，以及如何通过优化桩基形式和调整沉降控制目标来应对地质条件带来的风险。再者，书中关于施工阶段的考量也极为详尽，特别是针对复杂深基坑的临时支撑设计和监测方案，那些细节的处理，比如如何利用预应力锚索来控制土体侧移的幅度，以及在地下水位波动时的应对策略，这些都是教科书里轻易不会涉及的“江湖经验”。这本书的价值在于，它搭建了一座从设计理论到施工实践的桥梁，让年轻的工程师能够预见到设计意图在现场可能遭遇的种种考验。

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