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页数:309

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出版时间:1996-1

价格:29.00元

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isbn号码:9787306012203

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• 计算机图形学
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• 可视化
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建筑结构设计原理与实践 第一章：引言与基本概念 本领域的研究与实践，旨在为各类人造结构物的安全、可靠、经济和美观奠定坚实的理论和技术基础。结构设计并非仅仅是满足荷载作用下的强度和稳定性要求，它更是一门高度综合性的工程艺术，融合了材料科学、力学、土木工程、乃至环境科学与美学的多学科知识。 本章首先界定“结构”的内涵及其在现代工程中的核心地位。结构，作为承载和传递力的系统，是任何实体建筑或构筑物的骨架。我们将探讨结构工程学的历史演进，从早期的经验积累到近代基于严密数学模型和实验验证的科学体系的建立。接着，深入阐述结构设计的基本目标：安全性（保证结构在各种荷载作用下不发生破坏或过度变形）、适用性（满足使用功能要求，如舒适度和耐久性）以及经济性（在满足前述要求的前提下，实现最优化的材料和施工成本）。 结构设计过程被系统地划分为几个关键阶段：需求分析、概念设计、初步设计、施工图设计。每个阶段都有其特定的任务和输出成果。我们还将引入结构设计中的核心哲学——“极限状态设计法”，详细解释“承载能力极限状态”（如破坏、失稳）和“正常使用极限状态”（如过大变形、裂缝控制）的含义及在设计计算中的应用。 第二章：结构材料的本构关系与性能 任何结构的性能都直接取决于其所用材料的特性。本章将聚焦于结构设计中最常用的几大类材料——钢材、混凝土、砌体和木材——的微观结构、宏观力学行为及其环境响应。 对于钢材，重点分析其应力-应变曲线、屈服、极限强度、韧性与脆性转变等关键参数。我们将讨论不同等级钢材的适用范围，以及温度、疲劳载荷对钢结构性能的长期影响。 混凝土作为现代建筑的基石，其复杂性在于其“粘塑性”特征。本章将详述水泥水化过程、骨料选择、配合比设计对混凝土强度的影响。尤为重要的是，要深入理解混凝土的抗压强度和抗拉强度之间的巨大差异，这是钢筋混凝土（RC）构件设计的基础。我们将探讨硬化混凝土的耐久性问题，如碳化、氯离子侵蚀对钢筋锈蚀的潜在威胁。 此外，对新型复合材料如钢-混凝土组合结构、高性能混凝土（HPC）以及木结构中的胶合木（Glulam）和正交胶合木（CLT）的力学性能及其在可持续建筑中的潜力进行全面评估。 第三章：结构荷载的分类与确定 结构设计必须基于对可能作用于结构上的所有荷载的准确评估。本章对荷载进行系统分类并阐述其确定方法。 荷载主要分为恒荷载（自重、固定设备）、活荷载（使用荷载、家具、人员）、环境荷载（风荷载、雪荷载、地震作用）和特殊荷载（如施工荷载、温度作用、地面不均匀沉降）。 恒荷载的确定相对直接，但对于复杂结构（如厚重屋面、填充墙体系）需要精确的体积和密度计算。活荷载的确定则依赖于规范和使用功能统计数据，必须考虑使用密度的变化范围。 环境荷载的分析是结构设计的难点。风荷载的设计需要结合建筑物的几何形状、高度以及当地的气象统计数据，采用风洞试验结果或规范的区域风压计算方法。地震作用的设计则涉及到结构动力学基础，分析地震波的特征、场地的土壤条件（场地类别）以及结构的基本周期，并应用反应谱法或时程分析法来确定设计地震力。 最后，本章阐述荷载组合原则，即如何根据不同荷载的发生概率和时间相关性，通过系数化方法形成最不利的设计工况。 第四章：结构分析的基本理论 结构分析是将结构简化为力学模型，并应用数学方法求解其内力和位移的过程。本章从力学角度构建分析框架。 首先回顾静力平衡原理和结构的基本假设（如欧拉-伯努利梁理论、平面保持假设）。接着，系统介绍结构分析的两种主要方法：经典方法（如虚功原理、力法、位移法）和现代计算机分析方法（有限元方法，FEM）。 对于静定结构，力的求解相对直观。然而，对于超静定结构，必须借助位移与力的关系来进行求解。本章将详细推导位移法的基本方程，并展示如何利用软件工具进行复杂的框架结构和箱型结构的分析。 在动力分析方面，将引入单自由度体系的自由振动和受迫振动方程，并探讨多自由度体系的模态分析，为后续的抗震设计做好理论铺垫。 第五章：钢筋混凝土结构设计 钢筋混凝土（RC）结构设计是土木工程的核心内容之一。本章遵循极限状态设计理念，详述梁、板、柱和基础的设计计算。 梁和板的设计核心在于合理配置受拉钢筋和受压区混凝土，以保证其在弯曲作用下的强度和延性。我们将推导弯矩承载力公式，并探讨抗剪设计的必要性，包括箍筋的配筋要求。 对于柱的设计，必须同时考虑轴向力和弯矩共同作用下的承载力（P-M关系），并讨论长细比对柱稳定性的影响。 基础设计是连接上部结构与地基的关键环节。本章涵盖了独立基础、条形基础和筏板基础的设计步骤，强调了地基承载力的确定和地基变形的控制。 此外，对现浇和预制构件的施工构造要求，以及耐久性设计中钢筋保护层厚度的确定也将予以详述。 第六章：钢结构设计 钢结构以其高强度、高延性和施工速度快等优点，在大跨度、高耸结构中占据主导地位。本章侧重于承重构件的设计与连接技术。 我们将深入分析钢材的强度和稳定性问题。对于受拉、受压、受弯和受剪构件，必须分别根据规范要求校核其承载力。受压构件的稳定性（绕曲）是钢结构设计的关键，需要计算有效长度系数和屈曲后稳定性。 连接是钢结构的薄弱环节，本章将重点介绍螺栓连接和焊接连接的设计。对螺栓群的剪切、拉伸和承压承载力的校核，以及不同类型焊缝的强度计算和无损检测方法将被详细阐述。 最后，本章讨论钢结构的疲劳问题、防火保护措施以及在特殊环境（如海洋、低温）下的材料选择与防护策略。 第七章：结构抗震设计基础 地震作用是结构设计中最具挑战性的荷载之一。本章构建了地震工程学的基本框架。 首先介绍地震波的传播特性、场地效应以及地震动参数的确定。然后，基于结构动力学，介绍抗震设计的核心思想——“强柱弱梁”、“消能减震”的原则。 我们将详细讲解基于性能的设计（Performance-Based Design, PBD）的基本理念，即结构在不同水平的地震作用下应表现出可预期的性能状态（如正常使用、生命安全、防止倒塌）。 在具体的抗震设计方法上，将侧重于基于反应谱的分析方法，包括如何计算结构的固有周期、选择反应谱曲线，并进行模态组合。对于复杂或重要的结构，将介绍非线性时程分析的应用前景。 第八章：结构施工与质量控制 结构设计图纸的最终价值体现在可靠的施工和质量管理上。本章关注设计意图在施工现场的实现过程。 内容涵盖了施工顺序对结构受力状态的影响（如临时支撑的设置）、模板工程的精度要求、钢筋的绑扎与保护层控制，以及混凝土的浇筑、养护工艺对最终强度的影响。 质量控制环节，将讨论关键节点（如柱脚、梁柱节点）的现场检测方法，包括回弹法、超声波透射法等无损检测技术。此外，还将涉及结构监测技术在长期服役性能评估中的应用。 第九章：结构设计前沿与未来趋势 本章展望了结构工程领域正在发展的技术方向。包括智能化结构健康监测（SHM）系统如何通过传感器网络实时反馈结构状态；增材制造（3D打印）技术在预制构件和复杂节点中的应用潜力；以及高性能计算在非线性动力分析和优化设计中的普及。同时，也将探讨在气候变化背景下，结构设计如何适应极端荷载事件的挑战，推行更具韧性的基础设施建设理念。

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坦白说，初翻这本书时，我带着一丝怀疑，毕竟市面上关于计算机图形学的书汗牛充栋，真正能让人眼前一亮的少之又少。但这本书很快就扭转了我的看法。它的结构设计极其巧妙，采用了由浅入深、螺旋上升的教学方式。开始部分对线性代数的回顾虽然是必要的预备知识，但作者的处理方式非常克制且精准，只提取了图形学最核心的部分，避免了不必要的冗长。真正让我感到震撼的是其对三维变换和投影几何的阐述，作者通过一系列精心绘制的（虽然在文字描述中也能想象出）透视图例，将原本令人困惑的“视锥体裁剪”过程描绘得清晰易懂，仿佛作者正站在我身边，手持一个透明的立方体进行演示。这本书的语言风格非常“老派”且可靠，用词精准，逻辑链条几乎没有断裂之处，这在处理复杂算法的推导时尤为重要，它极大地减少了读者在理解过程中因措辞模糊而产生的认知偏差。对于希望从事底层图形引擎开发的人来说，这本书提供的底层理论支撑是无可替代的，它没有回避那些“脏活累活”——比如数值稳定性或精度问题——反而将这些挑战清晰地摆在了读者面前，引导我们思考如何构造健壮的算法，而非仅仅停留在表面的效果展示。

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这本书的“时代感”处理得非常高明。它没有将自己局限于某一个特定硬件平台或某一套过时的API标准，而是着眼于图形学的永恒原则。在讨论诸如几何体表示法时，作者并没有偏废任何一种主流技术，而是公平地对比了参数曲面、多边形网格以及隐式曲面各自的优势与局限，使得读者能够根据项目需求做出明智的选择，而不是被单一的范式所局限。我特别欣赏作者在处理动画和变形章节时所展现出的动态思维。他没有将动画视为一系列静止图像的简单序列，而是深入探讨了关键帧插值、骨骼动画的矩阵层级结构，以及如何处理非刚性形变带来的计算挑战。这种全景式的覆盖，确保了无论读者未来的研究方向是偏向于离线渲染、实时游戏开发还是虚拟现实领域，都能从这本书中找到坚实的理论支撑。总而言之，这本书为我提供了一个清晰的“知识地图”，它不仅指明了通往图形学高阶领域的路径，更重要的是，它赋予了我识别和理解未来技术演进方向的能力，这种前瞻性是很多强调即时应用的参考书所不具备的宝贵品质。

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拿起这本书的时候，我最大的期待就是它能在“艺术性”与“工程性”之间找到一个绝妙的平衡点，而这本书的作者显然是这方面的行家。这不是那种堆砌术语、让人望而却步的纯理论著作。相反，阅读体验充满了探索的乐趣。作者在描述几何建模技术时，比如细分曲面（Subdivision Surfaces）或轮廓线生成时，那种描述画面感的语言，仿佛我正坐在一个虚拟的工作台上，亲手操作着控制点和曲线。他没有用冰冷的数学符号将我们拒之门外，而是用生动的比喻来解释曲面的局部和全局属性。更令人称赞的是，书中关于实时渲染的章节，它没有停留在十年前的固定流程上，而是对现代GPU架构下的并行处理能力进行了富有洞察力的分析。我特别喜欢作者在讲解纹理映射和抗锯齿技术时，那种抽丝剥茧的分析方法，他不仅告诉你该怎么做，更解释了为什么某些方法在视觉效果上会产生特定的“瑕疵”，以及如何通过更精妙的算法去规避这些问题。这种对细节的执着和对最终视觉效果的关注，使得这本书的实用价值远超一般的教材。它更像是一位经验丰富的老工程师在毫无保留地分享他的“秘籍”，让人感觉不仅仅是在学习知识，更是在积累解决实际渲染挑战的经验值。

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这部《计算机图形学》的文字驾驭能力简直是教科书级别的典范，每一个章节的逻辑衔接都如同精心编排的交响乐章，流畅得让人几乎察觉不到它们之间的边界。我尤其欣赏作者在介绍那些抽象的数学原理时所展现出的耐心与清晰度，他似乎有一种魔力，能将那些原本高深莫测的向量代数、矩阵变换，甚至是复杂的渲染管线，拆解成一个个可以被初学者轻松消化的知识点。读完关于光照模型的章节后，我感觉自己像是刚刚完成了一次对物理世界的深度探索，而非仅仅在阅读一本技术书籍。作者没有满足于平铺直叙地罗列公式，而是巧妙地穿插了大量历史背景和实际应用案例，这极大地增强了阅读的趣味性和代入感。例如，他对比不同光照模型（如 Phong、Blinn-Phong 以及后来的 PBR）的演进过程，不仅仅是技术对比，更像是一部图形学思想发展史的速写。唯一美中不足的是，某些深入到算法实现细节的部分，虽然详尽无遗，但对于急于上手实践的读者来说，可能需要额外的耐心去反复咀嚼那些代码级别的描述。然而，从整体宏观视角来看，这本书无疑是为那些渴望真正理解图形学“为什么”而非仅仅“怎么做”的读者量身打造的精品。它提供的知识深度和广度，足以支撑起后续深入研究的坚实地基。

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这本书在信息密度的处理上达到了一个惊人的平衡。它足够厚重，足以覆盖从基础几何到高级渲染技术的所有核心领域，但神奇的是，它从未让人感到信息过载或疲惫。作者在处理渲染方程（Rendering Equation）时所展现出的那种哲学思辨式的探讨，让人不禁停下来思考光与物质相互作用的本质，这使得本书超越了一本单纯的技术手册，更像是一本关于“如何模拟现实光影”的深度思考录。我发现自己经常会因为某个细节的精妙处理而停下来，细细琢磨作者是如何从理论推导到最终的简化模型的。例如，对蒙特卡洛积分（Monte Carlo Integration）在光线追踪中的应用讲解，作者不仅给出了理论框架，还细致地讨论了方差、重要性采样（Importance Sampling）等关键优化手段如何有效地提升收敛速度和图像质量。这种对效率和准确性的双重关注，是判断一本图形学著作是否优秀的试金石，而《计算机图形学》无疑通过了考验。阅读过程中，我感觉自己的“图形学直觉”得到了极大的提升，不再满足于套用API函数，而是开始主动思考背后更优化的数学模型和计算策略。

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