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现代建筑设计与结构工程前沿探索 图书简介 本书深入探讨了当代建筑设计领域中日益复杂和相互交织的结构工程挑战与创新实践。我们聚焦于在可持续发展、高能效需求以及复杂场地限制下，建筑师和工程师如何通过跨学科协作，实现结构美学与功能性、安全性的完美统一。 第一部分：结构体系的革新与应用 本部分全面梳理了进入21世纪以来，建筑结构领域涌现出的关键技术突破及其在实际工程中的应用案例。 1. 超高性能混凝土（UHPC）与预应力技术的新视野 详细分析了UHPC材料的微观特性、力学性能，以及其在超薄构件、复杂曲面结构中的优势。书中不仅探讨了UHPC在抗疲劳、抗渗性方面的优异表现，还结合了先进的后张预应力技术，展示了如何利用更小的截面实现更大的跨度与更优的结构自重控制。我们将探讨UHPC在预制装配式建筑中的模块化设计策略及其施工效率的提升。 2. 木结构体系的复兴与高层化 重点剖析了胶合木（Glulam）、交错层压木材（CLT）等新型工程木材的发展历程及其在超高层建筑中的应用潜力。书中详述了木材作为碳汇材料的环境效益，并着重介绍了针对木结构体系的防火、防潮和抗侧向力设计方法。通过对世界范围内标志性木结构项目的案例分析，读者将深入了解如何解决超大跨度木结构节点的构造难题以及如何确保其长期耐久性。 3. 空间桁架与张拉整体结构的几何优化 本章聚焦于复杂空间结构的受力机理和几何控制。我们详细阐述了Tensegrity（张拉整体结构）中“拉伸”与“压缩”元件的平衡原理，并介绍了参数化设计工具如何帮助工程师在海量可能性中快速筛选出最优的几何形态。此外，对于传统网壳和球形网架结构，我们探讨了如何通过拓扑优化方法，减少材料用量，同时提升结构的整体稳定性和抗震性能。 第二部分：高性能结构分析与计算模型 本部分旨在为读者提供一套先进的结构分析工具和思维框架，以应对非线性、动荷载和极端环境下的设计需求。 1. 非线性有限元分析（FEA）的深度应用 深入讲解了在钢结构和钢筋混凝土结构中，如何准确模拟材料的塑性、几何大变形以及连接点的复杂行为。书中特别强调了在BIM流程中嵌入高保真FEA模型的必要性，以及如何利用先进的本构模型（如损伤模型、粘塑性模型）来预测结构在长期使用和极端荷载作用下的真实响应。 2. 动力响应与主动/被动减隔震技术 针对地震和强风等动荷载，本书系统介绍了结构动力学的基础理论，并详细对比了主流的减隔震技术。重点分析了粘滞阻尼器、屈服型阻尼器以及基础隔震技术的选型原则、安装精度要求及性能验证方法。我们提供了大量的时程分析实例，展示了不同减隔震方案对上部结构舒适度和安全性的影响差异。 3. 结构健康监测（SHM）与预测性维护 探讨了如何将传感器技术、物联网（IoT）与结构分析模型相结合，实现对在役建筑的实时性能评估。内容涵盖了应变、加速度、温度等数据的采集、处理流程，以及基于模型修正的结构状态评估方法。本书将指导读者如何利用这些数据流，从被动维护转向预测性维护，从而延长结构使用寿命并优化运营成本。 第三部分：复杂环境下的设计策略与集成 本部分将视角从单一结构构件扩展到整个建筑系统与环境的互动。 1. 适应气候变化与极端天气设计 针对全球气候变暖带来的极端降雨、超强台风和热浪挑战，本书提出了相应的结构韧性设计原则。这包括如何量化风致振动的风险，如何设计高效的雨水管理系统以减轻屋顶和地下结构的荷载压力，以及如何确保建筑在长时间停电或基础设施失效情况下的基本功能维持。 2. 结构与高性能幕墙的耦合设计 现代高性能幕墙系统不仅是围护结构，也日益成为结构系统的一部分（如外框支撑）。本书探讨了如何精确计算幕墙与主体结构之间的热胀冷缩、风压差异和施工误差所产生的相互作用力。我们将指导读者如何避免因刚度不匹配导致的幕墙损坏或结构应力集中问题。 3. 数字化建造与机器人技术的接口 展望未来建造方式，本书分析了参数化设计输出如何无缝对接于自动化制造和现场安装。内容涵盖了大型预制构件的运输优化、机器人焊接与安装中的质量控制标准，以及区块链技术在确保供应链透明度和构件溯源方面的潜力。 目标读者： 本书面向结构工程师、建筑设计师、结构工程专业研究生，以及致力于提升工程实践水平的结构技术人员。它不仅是理论学习的有力工具，也是复杂工程问题求解的实用参考手册。通过阅读本书，读者将能够掌握前沿的结构设计理念，熟练运用先进的分析技术，以应对未来建筑领域更具挑战性的设计任务。
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