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出版者:

作者:Hurst, Ken

出品人:

页数:168

译者:

出版时间:1999-6

价格:$ 102.77

装帧:

isbn号码:9780340598290

丛书系列:

图书标签:

• 工程设计
• 设计原则
• 工程学
• 机械工程
• 产品设计
• 系统工程
• 创新
• 问题解决
• 设计方法论
• 工程思维

《建筑材料与结构设计》：现代工程实践的基石 第一章：材料科学基础与工程应用 1.1 结构材料的分类与基本性质 本章深入探讨现代土木工程与结构设计中常用的核心材料。我们将从宏观到微观层面解析钢材、混凝土、木材、砌体材料以及先进复合材料的物理、力学及化学性质。重点分析材料的强度、刚度、韧性、耐久性与可加工性，并引入材料的本构关系，如应力-应变曲线的非线性特性。 1.2 钢材的冶金学与性能优化 详细阐述碳素钢、低合金钢和高强度钢的微观组织结构，特别是热处理对晶粒尺寸和相变的影响。探讨屈服点、抗拉强度、冷脆性与焊接性能之间的权衡。本节将介绍新型高韧性钢材在抗震结构中的应用，包括如何通过控制化学成分和轧制工艺来提升其延展性。 1.3 混凝土的细观结构与性能调控 混凝土作为使用最广泛的结构材料，其性能受水灰比、骨料级配、外加剂和养护条件的影响至关重要。本章细致剖析水泥水化过程的化学反应，探讨钙矾石（C-S-H凝胶）的形成机制及其对早期强度和长期耐久性的决定性作用。着重介绍高性能混凝土（HPC）和超高性能混凝土（UHPC）的配合比设计、搅拌技术以及流变学控制，以实现极高的强度和抗渗透性。 1.4 复合材料与绿色建材 系统介绍纤维增强复合材料（FRP）在结构加固与新建工程中的应用，对比玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维的力学特性和环境适应性。同时，对可持续发展导向的绿色建材进行深入探讨，包括再生骨料混凝土、地聚合物水泥（Geopolymer）及其在减少碳足迹方面的潜力与工程挑战。 --- 第二章：经典结构理论与分析方法 2.1 结构力学的基本假设与静力平衡 回顾结构分析的理论基础，包括线弹性假设、材料的均匀性和各向同性假设。详细推导静定结构和一次静不定结构的内力分析方法，重点讲解虚功原理、虚应变原理在求解复杂结构内力中的应用。 2.2 杆系结构的位移法与挠度计算 深入讲解矩阵位移法（刚度法）在计算机化分析中的核心地位。通过建立结构的单元刚度矩阵和整体刚度矩阵，系统演示如何求解多层框架结构和桁架结构的位移、内力和反力。对于超静定结构，将详细讨论刚度系数的确定与修正方法。 2.3 构件的强度、刚度与稳定性设计 本章侧重于构件层面的设计准则。在强度设计方面，探讨正截面受力和斜截面受力（剪力、扭转）的极限状态分析。在稳定性方面，详细分析细长压杆的欧拉屈曲理论、临界荷载的计算，以及在实际框架结构中，考虑初始缺陷、P-Δ效应（二阶效应）对整体稳定性的影响。 2.4 动力响应分析基础 介绍结构的振动特性，包括自由振动、阻尼比的确定和模态分析。对于地震工程，阐述单自由度体系的自由响应和受迫响应，并引出反应谱分析的基本概念，为后续的抗震设计打下理论基础。 --- 第三章：结构设计方法论与规范应用 3.1 极限状态设计理论（LSD） 全面阐述基于可靠度的极限状态设计理念。区分承载能力极限状态和正常使用极限状态。详细解释荷载分项系数、材料分项系数以及组合效应的原则，确保设计具有足够的安全性储备。 3.2 钢结构设计：连接与节点详述 聚焦于钢结构的连接设计，包括螺栓连接（摩擦型和承压型）和焊接连接的强度与构造要求。详细分析焊缝的类型、检验方法及其在复杂节点区域的应力集中问题。讨论连接的塑性设计潜力与疲劳性能的评估。 3.3 钢筋混凝土结构设计 遵循最新的设计规范，系统讲解钢筋混凝土梁、板、柱的受弯、受压和受剪承载力计算。重点剖析配筋构造对延性、抗裂性和耐久性的影响。对于剪力墙和框架节点，将探讨“强柱弱梁”的基本抗震原则及其在配筋构造上的具体体现。 3.4 结构构件的施工性与经济性考量 设计不仅仅是满足安全标准，还必须考虑施工的可行性和成本效益。本章讨论如何通过优化截面尺寸、选择合适的模板体系以及预制化构件来提升施工效率。分析不同结构体系（如框架、筒体、巨型结构）在特定工程条件下的经济性对比。 --- 第四章：先进结构系统与抗震工程 4.1 高层建筑的抗侧力体系 深入剖析抵抗水平荷载的结构形式，包括框架-抗剪墙体系、框架-伸臂桁架体系、巨型框架以及核心筒结构。探讨如何通过合理的体系选择和刚度分配，控制结构的侧向刚度和位移，满足使用功能要求。 4.2 基础工程与地基相互作用 结构安全始于地基。本章介绍浅基础和深基础（桩基础）的设计原理。重点阐述地基土的特性（地基承载力、沉降控制）以及土体与结构之间的相互作用（SSI）对结构动力响应的影响。讨论筏板基础和箱型基础在复杂地质条件下的应用。 4.3 结构抗震设计原理与构造措施 详细解读基于性能的抗震设计（Performance-Based Seismic Design, PBSD）理念。讲解如何通过塑性铰的设置，实现结构在强震下“可控的损伤”以耗散地震能量。内容涵盖了抗震细部构造，如梁柱节点的构造约束、构造拉筋的配置要求，以及减隔震技术（如铅芯橡胶支座、摩擦摆支座）的原理与适用性分析。 4.4 结构健康监测（SHM）与既有结构评估 介绍传感器技术（如应变片、加速度计）在实时监测大型结构健康状态中的应用。探讨如何利用监测数据对既有结构的承载力进行再评估，并依据评估结果制定科学的加固修复方案，以延长结构使用寿命。 --- 第五章：工程实例分析与案例研习 5.1 复杂空间结构的设计挑战 通过分析大型体育场馆、会展中心等空间结构（如网壳、索膜结构）的受力特性，探讨如何运用有限元方法（FEM）进行精确建模和分析，以应对复杂几何形状带来的应力奇异性和施工精度问题。 5.2 既有桥梁结构的评估与拓宽改造 选取典型的钢筋混凝土梁桥或斜拉桥案例，演示如何结合历史荷载记录、材料试验结果和结构诊断技术，评估其在服役几十年后的剩余寿命和承载潜力。重点分析在不增加基础承载力前提下，进行桥面拓宽或荷载等级提升的结构对策。 5.3 极端荷载作用下的结构响应 分析火灾、爆炸、极端风荷载（如超强台风）对现代工程结构的影响机制。讨论在高温下钢材和混凝土的力学性能退化，以及相应的防火构造设计措施（如耐火极限、保护层厚度）和爆炸冲击波作用下的结构响应模拟。 5.4 数字化施工与BIM集成 探讨建筑信息模型（BIM）技术在结构工程全生命周期中的应用，从初步设计、详图深化到施工模拟和质量控制。分析如何利用BIM平台优化结构模型的精确度，减少施工过程中的碰撞和返工。

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这本书如同一场盛大的设计庆典，虽然我还没有来得及细细品味其中的每一道菜肴，但仅仅是翻阅目录和摘要，就足以让我对它充满期待。首先，它在“材料选择与性能分析”这一章节的编排上，似乎就预示着一场深入的理论与实践的碰撞。我能想象到，作者会如何以一种清晰而富有逻辑的方式，引导读者理解不同材料的特性，以及这些特性如何在实际工程设计中发挥至关重要的作用。想象一下，当面对一个复杂的设计挑战时，能够迅速联想到哪些材料能够承受特定的载荷、抵抗腐蚀、或者拥有绝佳的导热性，这种能力无疑是工程师的核心竞争力。更何况，作者似乎还深入探讨了如何进行材料的性能测试和评估，这对于确保设计方案的可靠性和安全性至关重要。我迫不及待地想知道，书中是否会提及一些前沿的材料科学进展，比如纳米材料在工程领域的应用，或者可持续材料的开发趋势。这种对材料的全面而深入的探讨，让我相信这本书不仅仅是一本理论参考，更像是一本指导工程师在实际工作中做出明智决策的实用手册。我相信，通过阅读这本书，我能够大大提升自己在材料应用和选择方面的认知和技能，从而在未来的设计项目中更加游刃有余。

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这本书的“系统集成与协同设计”部分，无疑是它最吸引我的亮点之一。我一直深信，一个成功的工程项目，绝非是各个组件的简单堆砌，而是各个子系统之间精密配合，形成一个高效协同的整体。作者似乎正是抓住了这一点，并将其作为全书的重点之一进行阐述。我猜测，书中会详细介绍如何从整体架构入手，规划各个子系统的功能和接口，以及如何有效地管理不同学科之间的技术沟通与协调。在当今科技飞速发展的时代，工程项目往往涉及多个领域，例如机械、电子、软件、控制等，如何将这些看似独立的领域有机地整合在一起，是每一个复杂工程项目成功的关键。我尤其好奇，书中是否会提供一些案例分析，展示一些著名的协同设计项目是如何克服挑战，最终取得成功的。例如，航空航天领域、汽车制造、甚至是大型基础设施建设，都离不开精密的系统集成。我也期待，书中能够探讨一些先进的协同设计工具和方法论，比如敏捷开发在硬件设计中的应用，或者模型驱动工程（MDE）的理念。我相信，掌握这些知识，将能够帮助我更好地理解和参与到复杂工程项目的开发过程中，提升团队协作效率，并最终交付更高质量的设计成果。

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这本书的“伦理考量与社会责任”部分，让我看到了工程设计背后更深远的意义。我深知，每一次工程决策都可能对社会和环境产生深远的影响，而一个真正优秀的工程师，不仅要掌握技术，更要肩负起相应的责任。我期待书中能够清晰地阐述工程伦理的基本原则，以及在实际设计过程中可能遇到的伦理困境。想象一下，当面临一个可能对环境造成影响的设计时，工程师该如何权衡利弊，做出符合社会整体利益的选择；或者在处理用户数据时，如何确保隐私安全，履行保护个人信息的义务。我猜测，书中可能会引用一些经典的伦理案例，帮助读者理解在复杂情境下如何做出道德上的判断。同时，我也希望书中能够强调可持续设计的重要性，以及工程师在推动社会可持续发展中所扮演的角色。在当今社会，公众对工程项目的关注度日益提高，工程师的社会责任感也变得尤为重要。我相信，通过学习书中关于伦理考量和社会责任的内容，我能够成为一名更加成熟、有担当的工程师，不仅能创造出卓越的技术，更能为社会带来积极而持久的价值。

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翻看这本书的目录，我被“优化方法与迭代改进”这一章节所吸引，这似乎预示着一场关于追求极致的旅程。在工程设计中，往往不存在“一次到位”的完美方案，而是需要通过不断地评估、调整和优化来逼近最优解。我期待这本书能够深入探讨各种有效的优化技术，无论是数学上的优化算法，还是基于经验的设计调整。想象一下，在设计一个高性能的结构时，如何通过微调参数来达到最佳的强度重量比；或者在开发一个用户体验极佳的软件时，如何通过 A/B 测试和用户反馈来不断迭代改进界面和功能。我相信，书中可能会介绍一些经典的优化方法，例如参数优化、拓扑优化，甚至是一些启发式算法的应用。同时，我也期待书中能够强调迭代在设计过程中的重要性，以及如何建立一个有效的反馈循环，确保每一次迭代都能带来显著的进步。在快速变化的工程领域，这种持续改进的能力至关重要。我相信，通过学习书中关于优化和迭代的原则，我能够培养一种精益求精的设计思维，从而在每一个项目中都能不断突破自我，实现更卓越的设计成果。

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我被这本书的“风险评估与缓解策略”章节深深吸引。在任何工程设计过程中，潜在的风险都是一个不可忽视的存在。这本书似乎以一种非常务实的方式，将风险管理融入到设计理念之中。我想象着，作者会详细介绍各种可能的风险类型，从技术风险、财务风险，到环境风险和安全风险，并提供一套系统化的方法来识别、评估和量化这些风险。更重要的是，书中很可能还会深入探讨如何针对这些风险制定有效的缓解措施，以及如何在设计过程中将这些措施融入到每一个决策中。我猜想，本书可能会介绍诸如故障模式与影响分析（FMEA）、风险矩阵（Risk Matrix）等经典的风险管理工具，并指导读者如何灵活运用它们。此外，我还期待书中能有一些关于如何处理意外情况的讨论，以及在设计过程中如何保持灵活性以应对突发事件。在如今竞争激烈且充满不确定性的工程领域，具备出色的风险管理能力，不仅能够保护项目免受损失，更能在关键时刻转化为竞争优势。我希望能从中学习到如何更早地发现潜在问题，并主动采取措施，从而确保我的设计方案能够经受住时间和市场的考验。

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