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出版者:Intl Fire Service Training Assn

作者:Noll, Gregory G./ Yvorra, James

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:40

装帧:Pap

isbn号码:9781932235043

丛书系列:

图书标签:

• Hazardous Materials
• Hazmat
• Chemical Safety
• Emergency Response
• Industrial Hygiene
• Environmental Science
• Regulations
• Transportation
• Risk Management
• Safety Engineering

建筑结构与材料的革新之路：一部深入探讨未来工程实践的专著 图书名称： 建筑结构与材料的革新之路 图书简介： 本书旨在全面梳理和深入剖析当代建筑工程领域中，结构设计理念、新材料应用以及可持续发展策略所经历的深刻变革。面对日益严峻的城市化挑战、环境压力以及对建筑性能日益提高的需求，本书以严谨的学术态度和前沿的工程视角，构建了一座连接理论基础与实际应用的知识桥梁。它不是对既有规范的简单复述，而是一部面向未来，着眼于突破传统局限的实践指南与学术参考。 全书共分为六大部分，逻辑清晰，层层递进，力求为结构工程师、材料科学家、建筑师以及高年级土木工程专业的学生提供一套系统且深入的知识体系。 --- 第一部分：结构设计理念的范式转移 本部分聚焦于现代结构工程思维模式的转变。传统的基于极限承载力的设计方法正逐步让位于更注重性能、韧性和适应性的新范式。 第一章：韧性结构设计理论 本章详细阐述了“韧性”（Resilience）在结构工程中的核心概念。韧性不再仅仅是抵抗破坏的能力，而是指结构在遭受极端荷载（如强震、飓风或人为冲击）后，快速恢复正常使用功能的能力。我们将分析多层响应模型，从初始抗损到功能恢复时间窗的量化评估。引入了基于性能的工程（Performance-Based Engineering, PBE）框架，探讨如何通过明确的性能目标（如居住可用性、生命安全）来指导构件的选型和连接设计。重点分析了非线性分析在预测结构损伤演化中的关键作用，并讨论了先进的损伤指标体系，如基于能量耗散和位移需求的评估方法。 第二章：面向不确定性的结构优化 随着结构复杂性的增加和材料性能的波动性，结构设计必须纳入对不确定性的考量。本章深入探讨了可靠性理论和随机有限元方法在结构分析中的应用。我们不仅讨论了荷载和材料参数的概率分布建模，更侧重于如何利用贝叶斯更新方法，在结构服役过程中不断校准和优化其状态评估。此外，本章还引入了拓扑优化和生成式设计在结构效率提升方面的最新进展，展示了算法如何帮助工程师发现传统经验难以触及的最优结构形态，同时满足多目标约束（如重量、刚度与成本）。 --- 第二部分：前沿结构体系的探索与实践 本部分将目光投向了超越传统钢筋混凝土和普通钢结构的新型结构形式，探讨它们在跨越尺度、适应环境方面的潜力。 第三章：超高层与大跨度结构的新型支撑系统 探讨了在高层和超高层建筑中，如何有效控制侧向刚度和动力响应。重点介绍了巨型框架、伸臂桁架以及带消能支撑的结构系统。对新型阻尼器技术（如粘滞阻尼器、屈服型阻尼器和调谐质量阻尼器TMD）的机理、选型和布置策略进行了详尽的对比分析。对于大跨度空间结构，本章着重分析了索穹顶结构和张拉整体（Tensegrity）结构在轻量化和空间利用上的优势，以及在施工阶段精确张拉控制的技术难点与解决方案。 第四章：木结构工程的复兴与高承载力发展 木材作为一种可再生、低碳足迹的材料，正经历从传统轻型结构到高层应用的回归。本章深入研究了正交胶合木（CLT）、胶合木（Glulam）和指接木等工程木产品的力学性能、防火与防潮处理技术。重点分析了混合结构（如木-混凝土组合结构）的连接设计，特别是针对高剪切和高抗拔需求的节点优化。本章还探讨了大规模木结构在实现近零碳排放目标中的战略地位。 --- 第三部分：功能性与智能材料的集成 本部分是本书最具前瞻性的章节之一，它关注材料科学的突破如何直接转化为建筑性能的飞跃。 第五章：自感知与自修复材料 探讨了集成传感网络（SHM）在监测结构健康状况方面的最新进展。分析了基于光纤布拉格光栅（FBG）、压电材料和导电聚合物的应变、裂缝和腐蚀监测技术。更进一步，本章详述了自修复混凝土和自修复聚合物复合材料的化学机理。解析了微胶囊破裂释放修复剂或细菌诱导方解石沉积的过程，并评估了这些技术在延长结构使用寿命和降低维护成本方面的实际效益。 第六章：高性能复合材料与超材料 本章介绍了超越传统金属和混凝土的先进材料。深入剖析了高强度纤维增强聚合物（FRP）在结构加固和新型构件中的应用，包括碳纤维、玄武岩纤维的力学特性与长期耐久性。此外，本章还前瞻性地介绍了超材料（Metamaterials）在声学和振动控制中的应用潜力，以及它们如何为实现前所未有的结构阻尼或波导控制提供可能。 --- 第四部分：可持续性与循环经济在结构中的体现 本部分强调了结构工程在应对气候变化和资源枯竭中的核心责任。 第七章：低碳足迹结构设计与生命周期评估（LCA） 本书将LCA工具作为结构设计决策的核心驱动力。详细介绍了“从摇篮到大门”（A1-A3）以及包含使用阶段和报废阶段的完整LCA分析流程。重点对比了不同结构体系（如传统钢、钢筋混凝土、工程木材）在整个生命周期内的碳排放强度。提出了“近零能耗结构”的设计原则，强调优化材料密度与结构效率，以最小化隐含碳。 第八章：建筑废弃物转化为结构资源 聚焦于循环经济在土木工程中的实践。详细分析了如何将拆除建筑产生的骨料进行高效回收和再利用，特别是关于再生骨料对新混凝土性能影响的量化研究。探讨了钢材、铝材的高效回收流程，以及如何设计“可拆卸结构”（Design for Disassembly, DfD），以确保构件在结构退役后能以高价值状态进入下一生命周期。 --- 第五部分：数字化转型与建造技术 结构工程的未来离不开数字化工具和先进建造方法的支撑。 第九章：建筑信息模型（BIM）与结构分析的深度融合 本章超越了BIM在几何建模层面的应用，重点探讨了BIM与有限元分析（FEA）软件之间的数据无缝交换、版本控制和协作流程。分析了如何利用LOD 400/500模型进行精确的施工模拟（4D）和成本分析（5D），并探讨了基于BIM模型的动态结构监测接口的构建。 第十章：增材制造（3D打印）在结构构件中的应用潜力 详细考察了混凝土、金属和聚合物3D打印技术在土木工程中的当前应用和未来挑战。重点讨论了打印路径对材料内部缺陷（如孔隙率）的影响，以及如何通过优化打印参数来控制分层界面的粘结强度和各向异性力学性能。探讨了大型现场打印技术在构筑复杂几何形状节点方面的成本效益和性能验证方法。 --- 第六部分：极端环境下的结构应对 本部分关注结构系统在极端自然灾害和人为威胁下的表现。 第十一章：海洋工程与极端气候下的耐久性 探讨了在海洋盐雾、高湿度和温度剧烈变化的复合环境下，结构材料（特别是混凝土和钢材）的长期腐蚀机理。分析了阴极保护、涂层技术以及新型耐蚀钢材在海上风电基础和桥梁工程中的应用。侧重于如何通过材料选择和优化设计来抵抗氯离子渗透和冻融循环的联合破坏。 第十二章：抗冲击与防爆结构设计 从动力学角度分析了爆炸荷载、高速冲击荷载（如飞行器撞击）对结构的作用机理。介绍了冲击波传播、材料的动态应力-应变关系（如Johnson-Cook模型）。讨论了如何通过使用超高性能混凝土（UHPC）、反应式装甲以及结构吸能衬层等技术，在保证主要承重结构完整性的同时，有效耗散冲击能量，保障人员安全。 --- 本书的结论部分将对上述所有技术和理念进行整合，展望结构工程师在智慧城市、可持续发展和应对未来全球性挑战中的关键角色。本书旨在激发读者对现有规范的反思，鼓励他们拥抱跨学科的知识，并致力于设计出更安全、更智能、对环境更友好的建筑结构。

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