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出版者:Infinity Pub

作者:Salu, Yehuda

出品人:

页数:313

译者:

出版时间:

价格:523.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780741419293

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 建筑学
• 建筑物理
• 热工学
• 光学
• 声学
• 力学
• 材料科学
• 可持续设计
• 能源效率

结构之光：建筑材料的力学与美学 本书深入探讨了现代建筑中各类关键材料的内在机制、性能表现及其在结构设计中的应用，旨在为建筑师和结构工程师提供一套全面且实用的理论与实践指南。 --- 第一章：基础力学原理在建筑中的映射 本章从建筑实践的视角重新审视经典力学基础。我们不只是停留在抽象的公式推导，而是着重于如何将静力学、材料力学中的基本概念——应力、应变、弹性模量、泊松比——直接转化为对建筑构件行为的直观理解。 1.1 力的分解与平衡：从柱到墙的荷载传递路径 详细分析了集中荷载、均布荷载以及活荷载在不同结构体系（框架、剪力墙、筒体结构）中的传递机制。引入了结构“虚设”概念，帮助读者识别结构中的主要受力路径，尤其是在不规则平面布局中的荷载偏心和扭转效应。讨论了静力平衡在复杂节点处理中的应用，例如悬挑梁与支撑结构的连接。 1.2 应力状态与本构关系：材料的“脾气”初探 系统阐述了单向、双向及三向应力状态的概念。重点剖析了理想弹性体、粘弹性体和塑性体的本构关系差异。对于混凝土和钢材，分别介绍了其经典的应力-应变曲线特征，并探讨了温度、湿度等环境因素对材料初始刚度的影响。本节特别强调了应力集中现象在孔洞、开洞或截面突变处的评估方法。 1.3 变形与稳定性的关联：超越极限承载力的考量 本章深入探讨了结构在极限承载力之前的变形控制问题。详细分析了挠度、沉降和位移的计算方法及其在用户体验和结构耐久性中的重要性。随后，对构件失稳问题（压杆的欧拉失稳、板件的屈曲）进行了深入分析，并引入了二阶效应（P-Delta效应）对高层结构稳定性的影响评估流程。 --- 第二章：混凝土及其增强材料的性能解析 本章聚焦于现代建筑的基石——钢筋混凝土（RC）和预应力混凝土（PC）的力学行为、耐久性设计与施工控制。 2.1 混凝土：从原材料到整体性能 深入探讨了水灰比、骨料级配、外加剂选择对混凝土早期强度、最终强度及抗渗透性的综合影响。详细分析了混凝土的抗压、抗拉、抗剪强度测试标准及其工程应用中的修正系数。重点讨论了混凝土的收缩与徐变现象，以及它们对预应力系统长期效益和结构整体位移的影响。 2.2 钢筋的作用：约束、协同与延性 分析了不同等级钢筋（高强、低碳、抗震钢筋）的屈服特性和冷作硬化效应。阐述了钢筋在混凝土内部的粘结-滑移机制，这是保证RC构件整体工作性能的关键。通过微观视角，解释了钢筋如何通过其延展性吸收能量，防止结构突然脆性破坏。 2.3 钢筋配筋设计与最小化裂缝控制 详细介绍了裂缝控制理论，包括极限拉应力控制和裂缝宽度验算。针对梁、板、剪力墙等关键构件，给出了配筋率的上下限控制原则，确保结构在正常使用极限状态下具有良好的外观和耐久性。讨论了如何通过优化配筋构造来提高节点的抗剪承载能力。 2.4 预应力技术：应力重构与结构效率 全面介绍有粘结和无粘结预应力技术。重点分析了预应力损失的计算模型，包括弹性应力重叠、钢绞线松弛、混凝土收缩和徐变引起的长期损失。阐述了预应力在减小挠度、提高构件跨越能力和抵抗拉应力方面的结构优势，并对比了预应力与后张法在施工灵活性和成本效益上的权衡。 --- 第三章：钢结构设计与连接技术 本章系统梳理了结构钢材的特性、常用型材的力学表现，以及确保结构整体性的复杂连接设计。 3.1 结构钢材的本构行为与焊接性 分析了高强度低合金钢材（HSLA）在不同温度下的力学性能变化，尤其是低温脆性和焊接热影响区（HAZ）的性能退化。讨论了钢材等级（如S355、Q345）的选择标准及其对结构安全系数的影响。 3.2 截面承载力与稳定性校核 详述了实心、箱型及组合截面在抗弯、抗剪和抗压时的塑性承载力计算方法。重点阐述了钢结构特有的稳定性问题——局部屈曲（如翼缘或腹板的局部失稳）和整体失稳（如侧向扭转屈曲）。提供了欧洲规范（Eurocode）和美国规范（AISC）中针对不同支撑条件的屈曲长度系数取值参考。 3.3 复杂节点的设计与优化 节点是钢结构的薄弱环节。本章详尽分析了焊接节点（如刚性节点、半刚性节点）和螺栓连接节点的设计流程。探讨了剪力连接、弯矩连接和复杂组合连接的受力机理，包括端板连接、桁架节点的设计验算。强调了节点疲劳性能的设计考量，特别是在具有周期性荷载作用的结构中。 3.4 组合结构与高性能钢材的应用 探讨了钢-混凝土组合结构（如组合梁、组合柱）的协同工作机理，以及抗剪键（如剪力钉）的设计与失效模式。简要介绍了耐候钢、高阻尼钢在特殊建筑中的应用潜力及其维护要求。 --- 第四章：砌体结构与新型复合材料 本章拓展了传统砖石结构的设计规范，并引入了高性能和非常规建筑材料的力学特性。 4.1 砖石结构的基本力学模型 分析了砌体（砖、块）的抗压强度、抗剪强度及其受拉性能的局限性。讨论了构造柱和拉杆在提高砌体抗震性能中的作用。重点介绍了砌体结构在偏心受压和侧向荷载（如风荷载、地震作用）下的受力分析方法。 4.2 木结构：材料的各向异性与连接 探讨了实木和胶合木（Glulam）的力学性能差异，强调了木材沿纹理和垂直纹理强度的巨大区别。分析了木结构连接（螺栓、销钉、齿板连接）的承载机理和抗滑移设计。讨论了木结构在防火和防潮设计中的特殊要求。 4.3 玻璃与薄壳结构 分析了夹层玻璃和钢化玻璃的抗冲击和抗弯性能。重点介绍薄壳结构和曲面结构（如网壳、张拉整体结构）的几何刚度原理，及其在应对大跨度或特殊造型要求时的受力优势和分析难点。 --- 第五章：动力响应与抗震设计基础 本章将静态分析提升至动态视角，介绍结构如何响应时间和空间上变化的荷载，特别是地震作用。 5.1 结构动力学基础：自由振动与模态分析 介绍了单自由度（SDOF）和多自由度（MDOF）系统的自由振动特性——固有周期和振型。解释了模态分析在识别结构动力特性的重要性，以及振型叠加法在反应谱分析中的应用。 5.2 地震作用的模拟与反应谱 详细解读了地震波的时程记录及其傅里叶谱。介绍了设计反应谱的构建原理，并解释了场地效应、阻尼比对结构反应的影响。讨论了如何根据建筑高度和场地类别选择合适的结构反应谱。 5.3 抗震设计理念与延性设计 区分了“强柱弱梁”和“大消能元件”的设计哲学。重点讲解了基于性能的设计（Performance-Based Design, PBD）的基本概念，即结构在不同烈度地震下的预期响应（如可修复、生命安全、预防倒塌）。强调了通过构造措施确保钢筋和混凝土构件实现足够的延性是抗震设计的核心目标。 --- 第六章：耐久性、极限状态与环境因素 本章关注结构的长期健康，分析影响结构寿命的物理和化学因素，并介绍了现代设计规范中的极限状态设计方法。 6.1 疲劳与极限状态设计法 阐述了基于概率论的极限状态设计方法，包括荷载分项系数和材料分项系数的取值依据。详细分析了钢结构和混凝土结构中反复荷载引起的疲劳损伤累积模型（如Miner准则），及其在桥梁、机械结构中的应用。 6.2 环境侵蚀与结构劣化 深入探讨了影响混凝土耐久性的主要因素：碳化、氯离子渗透和硫酸盐侵蚀。分析了这些因素如何导致钢筋锈蚀、保护层失效和结构承载力下降。提出了通过提高密实度和优化保护层厚度来实现长期耐久性的具体技术。 6.3 极端荷载与特殊情况应对 讨论了火灾荷载对结构构件性能的急剧影响，包括钢材的强度下降和混凝土的爆裂。介绍了防火保护措施的设计要求。此外，简要分析了爆炸冲击、撞击载荷下的结构响应特性，并提出了相应的“加固抗化”设计思路。 --- 本书的最终目标是培养读者将复杂的力学理论转化为清晰、可靠、富有美感的建筑结构解决方案的能力。

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这本书的编写风格变化多端，可以说是优缺点并存。在前半部分，作者的语气非常亲切、耐心，充满了鼓励，仿佛一位经验丰富的导师在手把手地指导初学者跨越第一道障碍。大量的历史背景介绍和科学发现的小故事，使得阅读体验非常轻松愉快。然而，当我翻到关于现代材料科学和可持续能源利用的那几章时，叙事风格突然变得非常生硬和学术化，引用了大量的专业缩写和行业术语，却没有足够的脚注或解释来衔接前文的语境。这导致阅读体验出现了明显的断裂感，就像突然从一个轻松的聊天室被踢进了一个高深的研讨会现场。我不得不频繁地停下来查阅其他资料，以确保我没有遗漏掉关键的定义。如果作者能在全书范围内保持一致的、面向建筑师的语言和节奏，这本书的整体评价将会高出不止一个等级，目前的状况更像是两位风格迥异的作者共同完成了一部作品，缺乏一个统一的、贯穿始终的“声音”。

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这本书的排版和印刷质量实在令人赞叹，纸张厚实，触感温润，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。封面设计简洁大气，那种沉稳的色调仿佛预示着内容的深度与广度。初次翻阅时，我立刻被那种精心设计的章节结构所吸引，从基础的光学原理到复杂的结构力学，逻辑链条衔接得非常自然流畅。作者在引入复杂概念时，总能巧妙地运用建筑领域的实例进行类比，这对于我这种非纯物理科班出身的建筑从业者来说，简直是福音。例如，讲解光的衍射现象时，他们没有停留在枯燥的公式推导，而是立刻联系到建筑采光设计中如何利用特定开口实现柔和的室内光照效果。更值得称道的是，书中大量的图示和示意图，线条精准，信息量丰富，有些甚至可以直接作为教学辅助材料使用。整体来看，这不仅仅是一本教科书，更像是一件制作精良的工艺品，体现了对知识的敬畏和对读者的尊重。随便翻开任何一页，都能感受到排版师和绘图人员的匠心独运，这使得学习过程本身成为一种享受，而不是负担。

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这本书最让我感到惊艳的地方，在于其对“空间感知与物理环境”这一跨学科主题的把握。不同于传统物理教材中对抽象世界的描绘，这里的每一个公式、每一个定律，似乎都深深扎根于我们日常所处的建筑实体之中。作者成功地搭建起了一座桥梁，让我们得以用物理学的视角重新审视那些看似理所当然的建筑体验。比如，对于声学章节的处理，他们不仅仅讲解了声波的反射和吸收系数，更深入探讨了混响时间与空间尺度、材料纹理之间的非线性关系，并提供了如何在不同体量空间中优化听觉环境的实用策略。这种“情境化”的教学方法，极大地提高了学习的趣味性和实用性。我甚至开始怀疑，过去那些晦涩难懂的物理原理，是否仅仅是因为它们被放置在了错误的环境（即非建筑背景）中。这本书的价值，正在于它成功地将物理学“去抽象化”，使其成为建筑师手中一把洞察和塑造空间的利器。

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我必须承认，一开始我对这本书抱有很高的期望，毕竟它声称是为建筑师量身定制的物理学指南。然而，在深入研读了关于热力学和材料科学的那几个章节后，我发现它在深度上似乎有所保留，尤其是在探讨材料疲劳极限和长期耐久性方面，内容显得有些浅尝辄止。虽然作者试图将这些物理概念与建筑规范联系起来，但这些联系往往停留在表面，缺乏深入的数学模型支撑，让我总觉得意犹未尽。比如，在讨论混凝土的徐变效应时，我期待看到更严谨的时间依赖性函数分析，但书中提供的模型过于简化，更像是工程常识的罗列，而非深层次的物理机制解析。对于那些追求理论严谨性，希望借此书来弥补自己物理短板的同行来说，这本书可能更适合作为入门或概念回顾的工具，而非深入研究的权威参考。它在“广度”上做得出色，但在触及专业前沿的“深度”上，显然还有提升的空间，或许是定位的缘故，它更倾向于“可读性”而非“学术性”。

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从工具书的角度来看，这本书的检索效率是相当高的。我尤其欣赏它在书末附带的“建筑物理速查表”，那个表格简直是我的救星。它将不同物理参数（如导热系数、光释义因子、隔音等级等）的标准值、测试方法以及它们在实际设计中的影响进行了清晰的矩阵式呈现。这使得我在项目紧急需要查阅某个特定数值时，不必翻遍整本书的上下文，就能迅速定位所需信息。此外，书中的“设计案例分析”部分也做得相当到位，它们不仅仅是展示最终成果，而是回溯了设计师在选择材料、优化结构时是如何运用书中所讲的物理原理进行决策的，展示了理论指导实践的全过程。虽然我之前提到过深度不足的问题，但在“实用性”和“快速参考”这一层面上，这本书无疑是极其成功的。它不是一本用来炫耀知识深度的书，而是一本踏踏实实、随时可以放在工作台旁，帮你解决燃眉之急的得力助手。

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