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建筑结构设计原理与实践 内容提要： 本书深入探讨现代建筑结构设计的基本理论、分析方法与工程实践。内容涵盖结构力学基础、材料性能、荷载的确定与组合、结构分析的数值方法，以及钢筋混凝土结构、钢结构、木结构和砌体结构的设计规范与构造要求。全书以工程实例为导向，旨在培养读者独立完成复杂结构设计方案的能力，并掌握结构优化与抗震设计的核心技术。 第一章：结构工程导论与基本概念 本章首先界定结构工程在土木工程中的核心地位，阐述结构设计的历史演进与现代工程伦理。重点介绍结构体系的分类（如框架结构、剪力墙结构、筒体结构等）及其适用条件。详细阐述结构分析的基本假设，如欧拉-伯努利梁理论、平面保持假设等。引入结构系统中的基本概念：稳定性、刚度、强度与延性。讨论结构设计的基本目标——安全、适用、经济与耐久。 第二章：结构力学基础回顾与扩展 本章作为后续分析的基础，对经典结构力学知识进行系统回顾与深化。复习静力平衡、约束反力计算及内力分析（剪力、弯矩、扭矩、轴力）。引入虚功原理、位移法（挠度计算）和力法（超静定结构分析）。重点探讨结构动力学基础，包括单自由度系统的自由振动与强迫振动响应，为抗震设计奠定理论基石。引入矩阵结构分析的基本概念，为有限元方法的理解做铺垫。 第三章：建筑结构荷载的确定与组合 荷载是结构设计的驱动力。本章详细介绍作用于建筑结构的主要荷载类型，包括恒荷载（自重、结构构件自重）、活荷载（使用、人群、设备）、环境荷载（风荷载、雪荷载、温度作用）和特殊荷载（地震作用、地面沉降）。 针对中国现行的《建筑结构荷载规范》，详细解析各类荷载的分项系数和组合规则。特别关注风荷载和雪荷载的计算方法，如何根据建筑高度、地理位置和局部地形确定计算参数。地震作用的确定将初步介绍等效静力荷载法和反应谱法的基础原理。 第四章：结构材料性能与设计指标 结构材料的选择和性能是决定结构安全与经济性的关键。本章深入探讨结构工程中常用的几种材料： 钢材： 介绍不同牌号钢材的力学性能（屈服强度、抗拉强度、韧性、焊接性能）。讨论钢材的疲劳与腐蚀问题。 混凝土： 详述普通混凝土、高性能混凝土（HPC）和超高性能混凝土（UHPC）的强度等级、龄期效应、徐变与收缩特性。探讨工作性能（和易性）对结构施工质量的影响。 钢筋： 介绍HRB、HPB等不同等级钢筋的特性，重点关注钢筋的机械性能指标及其对混凝土抗裂和延性的贡献。 对于每种材料，都将详细说明其设计强度值的取法及安全性考虑。 第五章：钢筋混凝土结构设计（极限状态法） 本章完全遵循基于概率论的极限状态设计理论。 强度极限状态设计： 详细分析受弯构件（梁、板）的正截面和斜截面承载力计算。介绍配筋构造要求，特别是抗剪配筋与最小配筋率的确定。阐述受压柱的稳定性分析与配筋设计，包括长、短柱的判定与构件的有效惯性矩计算。 正常使用极限状态设计： 重点处理裂缝控制与挠度验算。讲解裂缝宽度计算模型，并探讨如何通过合理配筋和构造措施控制裂缝的出现与发展。 结构节点设计： 深入分析梁柱节点域的受力情况，掌握节点的构造配筋原则，确保节点整体强度和延性。 第六章：钢结构设计与连接技术 钢结构以其高强度、轻质、快速施工的优势，在超高层和大跨度结构中应用广泛。 构件设计： 梁、柱截面的选择（工字钢、箱型截面、H型钢），截面承载力的校核，侧向扭转屈曲（LTB）验算。 连接设计： 详细介绍焊缝连接（T形焊缝、角焊缝、全熔透焊缝）和螺栓连接（摩擦型、承压型）的设计原理与构造要求。掌握连接板和加劲肋的设计方法，确保连接的强度与延性不低于母材。 疲劳与稳定性： 讨论钢结构在反复荷载作用下的疲劳验算，以及拉杆、受压杆件的整体稳定设计。 第七章：结构分析的数值方法——有限元基础 随着计算能力的提升，有限元方法（FEM）成为现代结构分析的主流工具。本章侧重于工程应用层面的理解，而非复杂的数学推导。 介绍离散化、单元选择（梁单元、板单元、实体单元）的基本概念。讲解结构刚度矩阵的形成原理，以及如何通过整体刚度方程 $[K]{u} = {R}$ 求解节点位移。重点讨论如何正确建立模型、施加荷载与约束，以及结果的后处理（应力云图、位移放大图）。通过实例展示商业软件（如SAP2000, ABAQUS或MSC.Nastran的结构模块）在复杂结构分析中的应用流程。 第八章：抗震结构设计原理与实践 抗震设计是结构设计中最具挑战性的部分。本章系统介绍抗震设计的基本理念——“强身健骨，确保安全”。 抗震概念： 塑性铰、变形控制、耗能减震等概念的引入。 抗震分析方法： 详细讲解与应用反应谱分析法，如何根据场地的特征周期和反应谱曲线确定结构的控制剪力。简要介绍时间历史分析（Time History Analysis）的适用场景。 抗震构造措施： 重点阐述梁、柱、节点等关键部位的抗震“细部构造”，如加密区配筋、箍筋间距要求、纵筋锚固长度等，确保构件在超高应变下不发生脆性破坏。 第九章：砌体结构与木结构设计 本书还涵盖了传统与地方性结构体系的设计要求： 砌体结构： 介绍砖石的强度等级与砂浆的强度。墙体的受压、抗剪承载力计算。重点讨论圈梁、构造柱和拉杆在提高砌体结构抗震性能中的作用。 木结构： 阐述木材的各向异性特性。介绍抗剪钉连接和螺栓连接的设计。分析轻型木结构中剪力墙的抗风抗震性能。 第十章：结构设计优化与施工性 本章探讨如何将理论设计转化为经济且可建造的工程实体。讨论结构设计中的优化目标（如减少材料用量、缩短工期、降低总造价），并介绍拓扑优化、截面优化等初步概念。最后，强调设计图纸的清晰度、构造详图的准确性，以及设计信息与施工现场的有效传递在确保结构最终性能中的不可替代的作用。 附录：常用结构设计规范引用与表格 提供相关规范章节摘要、材料强度表、荷载取值示例等实用参考资料。
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