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出版者:

作者:钱令希

出品人:

页数:245

译者:

出版时间:2011-6

价格:80.00元

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isbn号码:9787030316868

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《空间结构理论与应用》 简介 本书深入探讨了现代工程领域中至关重要的空间结构体系，旨在为读者提供全面而系统的理论基础与实践指导。从基础概念出发，逐步深入到各类复杂空间结构的力学分析、设计方法及工程应用。内容覆盖了壳体结构、网架结构、索膜结构、筒体结构等多种类型，并结合实际工程案例，阐述了这些结构在大型公共建筑、体育场馆、展览中心、桥梁以及工业厂房等领域的广泛应用。 第一章 空间结构的基本概念与分类 本章首先界定了空间结构的涵义及其在工程结构体系中的独特性。详细阐述了空间结构相对于平面结构在受力性能、材料利用率、整体性与稳定性方面的优势。随后，对空间结构进行了系统性的分类，包括按照几何形态（如壳体、网壳、索网、膜结构等）、按照材料（如钢、混凝土、复合材料等）以及按照连接方式（如刚接、铰接、节点连接等）等维度进行梳理，为后续章节的学习奠定清晰的认知框架。 第二章 壳体结构的理论分析 壳体结构作为一种重要的空间结构形式，本章对其理论分析进行了详尽的阐述。重点介绍了薄壳理论、变分法等分析工具，以及不同类型壳体（如球壳、圆柱壳、锥壳、双曲抛物面壳等）的内力计算、变形分析和稳定分析方法。分析将结合具体的边界条件和荷载作用，通过解析法和数值法（如有限元法）的视角，展现壳体结构复杂的受力机制。 第三章 网架结构的体系与设计 网架结构以其轻巧、高效、美观的特点，在当代建筑中扮演着重要角色。本章首先介绍了网架结构的组成单元（杆件、节点）及其连接形式，并分析了不同网架结构形式（如锥形、交叉形、正交桁架形等）的受力特点。随后，详细讲解了网架结构的荷载计算、内力分析（包括杆件轴力、节点反力等）以及强度、刚度、稳定性设计原则。最后，结合实际工程项目，演示了网架结构从设计到施工的全过程。 第四章 索膜结构的原理与应用 索膜结构以其轻盈、灵动、跨越能力强的特性，成为现代大型空间结构设计的亮点。本章深入剖析了索膜结构的力学原理，包括预应力张紧机制、曲面几何形状对力学性能的影响、以及荷载作用下的形态变化。详细介绍了索膜结构的分析方法，特别是如何处理其非线性特性。案例分析将重点展示索膜结构在体育场馆屋顶、机场航站楼、展览中心等大型公共建筑中的创新应用。 第五章 筒体结构的力学行为 筒体结构，尤其是薄壁筒体，在超高层建筑、烟囱、储罐等工程中应用广泛。本章系统阐述了筒体结构的力学模型，包括其抗弯、抗剪、抗扭的耦合效应。重点分析了竖向荷载（如自重、风荷载、地震力）作用下筒体结构的应力分布和变形规律。此外，还将讨论剪力墙式筒体、筒中筒式筒体等不同结构的受力特点。 第六章 空间结构的连接节点设计 连接节点是空间结构体系中的关键环节，其可靠性直接影响着结构的整体安全。本章着重研究各类空间结构（如网架、壳体、索膜）的节点构造与设计。详细分析了螺栓球节点、焊接节点、承压节点等不同节点的力学性能、构造要求及设计方法。重点强调了节点构造对结构整体稳定性和耐久性的影响。 第七章 空间结构的设计方法与软件应用 本章聚焦于现代空间结构的设计流程与技术手段。介绍了从初步方案构思、荷载分析、结构建模、力学分析到详细设计的完整过程。着重讲解了如何运用先进的结构分析软件（如ANSYS, SAP2000, ETABS等）进行空间结构的建模、仿真分析与优化。通过实际案例，演示软件在复杂空间结构设计中的应用技巧，以及如何解读和处理仿真结果。 第八章 空间结构的施工技术与质量控制 成功的空间结构工程离不开精密的施工技术和严格的质量控制。本章详细介绍了空间结构施工过程中面临的挑战与解决方案，包括构件预制、整体安装、高空作业安全等。重点阐述了网架、索膜等结构的安装工艺，以及施工过程中变形、应力监测的重要性。此外，还强调了材料检验、焊接质量控制、连接可靠性检查等关键环节，确保工程质量。 第九章 空间结构的抗震与抗风设计 空间结构通常应用于大型、高耸的建筑，因此抗震和抗风性能至关重要。本章深入探讨了空间结构在地震和强风作用下的动力响应。详细介绍了风荷载的模拟与计算方法，以及结构在风作用下的振动特性。对于抗震设计，则着重阐述了地震作用的模拟、反应谱分析、时程分析等方法，以及如何通过结构形式、阻尼措施等提高结构的抗震能力。 第十章 空间结构的新发展与展望 本章将目光投向空间结构领域的前沿技术和未来发展趋势。探讨了新型材料（如高性能纤维复合材料、智能材料）在空间结构中的应用前景。介绍了参数化设计、形态生成设计等先进设计理念，以及如何利用BIM技术提升空间结构的设计、建造与运维效率。最后，对未来空间结构的发展方向进行了展望，包括可持续性设计、智能化监测与维护等方面。 本书通过理论与实践相结合的方式，力求为从事建筑工程、结构工程、土木工程的工程师、研究人员和高等院校师生提供一本具有高度参考价值的专著。

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作为一个偏向于传统钢筋混凝土结构的设计师，我本以为这本书中关于先进材料和复杂算法的篇幅会让我感到格格不入，但作者的叙述方式极其平易近人。他并没有回避那些晦涩难懂的数学背景，而是通过大量类比和物理模型来阐释其背后的“直觉”。比如，在介绍“形态发生与结构形态”的关系时，作者引用了生物界的生长模式，将复杂的偏微分方程转化为对自然界最优解的模仿，这极大地降低了理解门槛。我发现，即便是最基础的梁板受力分析，在引入了优化视角后，其背后的力学原理也变得更加清晰和深刻。这本书的价值在于它提供了一种新的“看”结构的方式——不再是简单地满足规范要求，而是主动去发现结构形态与其功能之间的内在联系。书中最后几章对“智能材料”和“自适应结构”的展望，虽然偏向未来，但也为我们指明了未来十年的研究方向。合上书本，我感觉自己不再只是一个“应用规范”的人，而更像是一个“定义结构形态”的创造者。

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初读这本巨著时，我本以为会陷入无休止的数学推导和枯燥的有限元分析参数设置中，但出乎意料的是，作者非常巧妙地将复杂的优化理论融入到了具体案例的剖析里。有一部分内容专门讲解了“多目标优化”在实际工程中的应用，这对我处理那些既要满足刚度要求，又必须兼顾防火、美观等非线性约束的复杂项目时，提供了极具操作性的框架。书中花了大量篇幅对比了梯度法和非梯度法在处理非光滑目标函数时的优劣，并给出了针对不同结构类型（如网架、薄壳）的最佳算法选择建议。最让我印象深刻的是关于“制造约束集成”的讨论。过去，我们常常是先设计，后考虑制造可行性，导致优化结果在施工现场形同虚设。而这本书则强调了从设计之初就要将3D打印、铣削加工的限制纳入优化目标函数，这种前瞻性的视野，彻底颠覆了我对“理想结构”的定义。它不再是纸面上的完美，而是能被高效、精确制造出来的最优解。这部分内容读起来酣畅淋漓，仿佛有位经验丰富的老教授在我身边，手把手教我如何将“理论美”转化为“工程实”。

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这本书的结构安排极为严谨，但叙述风格却带着一股学者的严谨与工程师的务实相结合的独特气质。它不是一本标准的教科书，更像是一份高度浓缩的“方法论手册”。我特别留意了其中关于“可靠性优化”的部分。作者没有止步于传统的概率分析，而是深入探讨了“不确定性量化”（UQ）技术如何与结构拓扑优化相结合，以应对材料批次差异、环境荷载随机性等现实挑战。通过几个经典的案例研究，我清晰地看到，一个通过确定性优化得到的“最优结构”，在面对实际环境波动时，其安全裕度可能远低于一个经过可靠性优化的“次优结构”。书中对贝叶斯更新方法在迭代优化中的应用分析，尤其精辟，它教会我如何利用每一次试验或监测数据来修正我们对结构性能的初始判断。这种动态的、学习式的设计过程，远比一锤定音的静态设计要来得稳健得多。对于那些经常需要在高风险、高标准环境下工作的结构工程师来说，这部分的理论深度和实践指导价值是无可替代的。

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坦率地说，市面上关于结构设计和优化的书籍汗牛充栋，但很少有能像这本书一样，在“深度”和“广度”之间取得如此完美的平衡。它没有沉溺于对某个特定软件或商业工具的推崇，而是聚焦于底层逻辑和普适性原理。我特别欣赏作者对“优化算法的收敛性与全局最优解探寻”这一关键问题的探讨。他没有提供一个“万能钥匙”，而是详细分析了在不同约束条件下，诸如遗传算法、粒子群优化等启发式算法的局限性，以及如何通过参数调优来规避局部最优陷阱。这种坦诚的、批判性的视角，对于我们这些需要对设计结果负责的专业人士至关重要。这本书带来的最大收获，是让我深刻认识到，结构优化是一个“交互式”的过程，而非“一次性计算”的结果。它要求设计者具备跨学科的知识储备，同时对工程的物理现实保持敬畏。对于希望将自己的设计能力提升到更高层次，真正掌握结构设计主动权的研究者和资深工程师来说，这本书绝对是书架上不可或缺的镇石之作。

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这本书的开篇着实抓住了我的眼球，作者在引言部分就提出了一个极具挑战性的观点：我们现有的许多工程结构设计规范，在追求“安全冗余”的背后，是否也无形中牺牲了材料的潜力与经济效益？这种提问方式，立刻让我这个在结构设计一线摸爬滚打多年的工程师产生了强烈的共鸣。接着，书中对“拓扑优化”的介绍，并不是简单地罗列公式，而是深入探讨了其背后的物理意义和迭代算法的精妙之处。我特别欣赏其中关于“应力集中点识别与材料移除策略”的章节，它用极其直观的图例展示了传统设计与优化设计在受力路径上的本质区别。比如，书中对悬臂梁在不同荷载条件下的“伪随机”结构演化过程的模拟分析，简直像一部微缩的结构进化史。我从中得到了一个重要的启发：优化不仅仅是“少用材料”，更是“用对材料”，让每一克钢筋或混凝土都发挥出其最大的价值。对于那些渴望突破传统思维定势，寻求更高性能、更可持续结构方案的同行来说，这本书无疑是一剂强心针。它不仅仅是工具书，更是一本激发创新思维的哲学指南。

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