建筑结构：分析方法及其设计应用

在力学领域中存在一批永恒的物理学原理，它们能够帮助设计人员掌握现有结构形式的性能及想出解决结构问题的新方法。过去3个世纪以来，这些原理有着迅速的发展，它们的成熟性和完整性已经到了令人惊讶的程度。当然，一些新的认识还在继续被发现，同时也希望今后不断有更新的发现； 而且这些已经被设计人员采用的分析工具仍是广泛适用且十分有效的。所以可以认为，结构领域面临真正的挑战不在于再去开发新的分析工具，而是怎样将那些已经认识到的原理用到设计中来，以及为建造更好的建筑物做出有创新意义的结构解答。

本书概述构成荷载作用下结构性能的物理学原理，其主要目的不但是传授结构分析的方法，更是为了探索这些结构分析方法在建筑结构设计中的作用。正因为这个作用，本书所讨论的题材既包括工程专业课程中的内容，也在一定程度上包括建筑学专业课程中的内容。传统的工程学科分支间难以逾越的界限（例如静力学、材料力学），在这里都蓄意加以淡化，因为此处所采用的是一种更为综合的分析方法。

本书分成3篇。第1篇是“结构分析和设计”这个主题在基本概念方面的概述，第2篇为读者引入较多的主要建筑结构构件，并讨论对它们的分析和设计。这部分中的每一章都分成几节，它们： （1）引入所考虑的构件，说明它在建筑物中的作用； （2）定性地（用一种“直观”的方法）讨论构件在荷载作用下的性能； （3）定量地考察构件在荷载作用下的性能； （4）讨论构件设计的方法（不单纯是分析）。第3篇为结构设计所独有的逻辑讨论，它是更广泛的建筑物设计过程中的一个组成部分。本书附录所讨论的是一般结构设计中更为深入的原理。

本书还希望成为学生和教师想要策划他们自己所学、所教课程的主要资源。例如对于那些只需要应用所述主题中严格定性方法的人，他们可能只需阅读第1篇中的第1章，第2篇中每一章的名为“引言”和“一般原理”的节别，以及第3篇的全部内容； 因而在这些章节里就要简要提供该领域在设计方面（而不是在分析方面）定性的总的看法。第3篇是为已经具有结构分析方面背景的学生写的，它概括了设计中有用的信息，对这些内容学生都可以独立地进行阅读。

在第1、2和3篇中，都对所分析主题的叙述有一定程度的重复，它使得学生或教师能够按照他们阅读或使用本书内容的顺序适时地将它们前后结合起来。例如，在第2章中第一次引入的剪力图和弯矩图，在叙述另一结构构件——桁架时再次引入，并把它们和对桁架的分析结合起来。在这里介绍了剪力图和弯矩图的不同表述法；如果需要，教师还可以对它们作多种变化。又如本书著者从一开始就一般性地叙述了剪力图和弯矩图，并将它们作为桁架分析的一部分，然后在讨论对梁的分析和设计以前，在第2章中又对剪力图和弯矩图作更为抽象的展开； 其他教师也可以选用各种手段处理所传授的主题材料。本书的撰写具有足够的灵活性，可用于不同的阅读和传授方法。在任何情况下，书中所列内容从头到尾均可作为直接阅读的材料。

当然，本书著者要感谢直接或间接地为本书提供观点和方法的人士。S

本书主要包括3篇：第1篇引导性概念，介绍了必须掌握的建筑结构概念和力学概念；第2篇结构构件的分析和设计，介绍了12种结构构件的基本性能和设计要点；第3篇结构设计原理，介绍了从结构体系考虑问题的基本原则和思路。

本书作者注重对基本概念的深刻剖析，以丰富而高超的教学经验为基础，将广博的结构知识纳入清晰的体系，并用简洁、易于理解的方式加以表达；更重要的是，本书不仅传授了结构分析和设计的方法，而且提供了提高综合考虑结构问题的能力知识。

本书可作为建筑结构专业的简明教学参考书或非结构专业的教学参考书，也可作为有一定结构背景的教师和工程技术人员的参考书。

本书主要包括3篇：第1篇引导性概念，介绍了必须掌握的建筑结构概念和力学概念；第2篇结构构件的分析和设计，介绍了12种结构构件的基本性能和设计要点；第3篇结构设计原理，介绍了从结构体系考虑问题的基本原则和思路。 　本书作者注重对基本概念的深刻剖析，以丰富而高超的教学经验为基础，将广博的结构知识纳入清晰的体系，并用简洁、易于理解的方式加以表达；更重要的是，本书不仅传授了结构分析和设计的方法，而且提供了提高综合考虑结构问题的能力知识。

本书可作为建筑结构专业的简明教学参考书或非结构专业的教学参考书，也可作为有一定结构背景的教师和工程技术人员的参考书。

第1篇引导性概念

第1章结构：总览3

1-1概述3

1-2结构的一般类型4

1-2-1基本分类4

1-2-2主要结构构件9

1-2-3基本结构单元及其集合12

1-3分析和设计结构时的基本问题14

1-3-1基本的结构现象14

1-3-2结构的稳定性15

1-3-3构件的受拉、受压、受弯、受剪、受扭和承压：概述18

1-4索状结构：拱、缆索及其相关型式19

1-4-1基本特征19

1-4-2结构性能22

1-5其他分类25

习题27

第2章力学原理28

2-1引言28

2-2力和力矩28

2-2-1分析的目标和过程28

2-2-2力30

2-2-3纯量和矢量30

2-2-4力的平行四边形31

2-2-5力的分解和合成33

2-2-6静力等效系统35

2-2-7力矩36

2-3平衡39

2-3-1质点的平衡39

2-3-2刚体的平衡40

2-3-3作用力和反作用力42

2-3-4完整的静力分析58

2-4内力和内力矩60

2-4-1轴力（拉伸和压缩）60

2-4-2剪力和弯矩61

2-4-3剪力和弯矩的分布62

2-4-4结构中荷载、剪力和弯矩之间的关系79

2-5关于应力的概述81

2-5-1拉应力和压应力81

2-5-2受拉构件的强度82

2-5-3容许应力83

2-6材料的力学性能84

2-6-1引言84

2-6-2材料的一般应力-应变特性84

2-6-3弹性85

2-6-4强度88

2-6-5材料的其他性能89

2-7受拉和受压构件的变形90

习题92

第3章结构分析和设计概述96

3-1分析和设计准则96

3-2结构上的荷载97

3-2-1引言97

3-2-2静力荷载98

3-2-3风荷载102

3-2-4地震力105

3-2-5荷载组合110

3-3一般结构分析过程111

3-3-1基本步骤111

3-3-2模拟结构112

3-3-3模拟外荷载116

习题131

第2篇结构构件的分析和设计

第4章桁架135

4-1引言135

4-2一般原理136

4-2-1三角形136

4-2-2杆件中的力：定性分析137

4-3桁架分析140

4-3-1稳定性140

4-3-2构件受力：概述142

4-3-3节点平衡144

4-3-4截面平衡153

4-3-5桁架中的剪力和弯矩158

4-3-6超静定桁架160

4-3-7特殊受拉构件的使用：缆索161

4-3-8空间桁架162

4-3-9节点刚度164

4-3-10计算机辅助分析方法164

4-4桁架设计166

4-4-1目标166

4-4-2结构外形166

4-4-3桁架高度175

4-4-4杆件的设计问题176

4-4-5平面桁架与三维桁架的比较181

习题181

第5章索结构：缆索和拱183

5-1引言183

5-2索形的一般原理183

5-3缆索结构的分析和设计186

5-3-1引言186

5-3-2悬索结构：集中荷载188

5-3-3悬索结构：均布荷载193

5-3-4一般的索方程式197

5-3-5缆索的长度198

5-3-6风效应198

5-4缆索结构的设计200

5-4-1简单悬索200

5-4-2双层缆索系统204

5-4-3斜拉结构205

5-5拱的分析和设计208

5-5-1砌体拱208

5-5-2抛物线形的刚性拱：均布荷载210

5-5-3索形拱：集中荷载211

5-5-4拱结构的设计212

5-5-5三铰拱215

5-5-6两铰拱、固定端拱和三铰拱的比较226

习题228

第6章受弯构件：简支梁229

6-1引言229

6-2一般原理230

6-2-1建筑物中的梁230

6-2-2基本的应力分布232

6-3梁的分析237

6-3-1弯曲应力237

6-3-2梁的侧向压屈250

6-3-3剪应力252

6-3-4支承应力257

6-3-5扭转258

6-3-6剪力中心260

6-3-7挠度261

6-3-8主应力264

6-3-9有限元分析266

6-4梁的设计267

6-4-1一般设计原理267

6-4-2木梁的设计274

6-4-3钢梁的设计278

6-4-4钢筋混凝土梁：一般性原理283

6-4-5钢筋混凝土梁：设计和分析原理285

6-4-6钢筋混凝土梁：U.S.详细设计过程287

6-4-7先张和后张预应力294

习题298

第7章受压构件：柱300

7-1引言300

7-2一般原理300

7-3受压构件分析303

7-3-1短柱303

7-3-2长柱305

7-4受压构件的设计315

7-4-1一般设计原理315

7-4-2柱的尺寸321

7-4-3木柱设计321

7-4-4钢柱设计322

7-4-5钢筋混凝土柱设计324

习题325

第8章连续结构：梁326

8-1引言326

8-2一般原理327

8-2-1刚度328

8-2-2力的分布328

8-3超静定梁的分析329

8-3-1近似和精确分析方法之间的比较329

8-3-2近似分析方法329

8-3-3构件刚度变化的影响330

8-3-4支座沉降的影响335

8-3-5部分加载条件的影响336

8-4超静定梁的设计338

8-4-1引言338

8-4-2设计弯矩339

8-4-3设计连续梁的形状340

8-4-4铰结点的应用342

8-4-5控制弯矩的分布344

8-4-6钢筋混凝土连续梁346

习题347

第9章连续结构：刚架348

9-1引言348

9-2一般原理348

9-3刚架的计算351

9-3-1计算方法351

9-3-2梁和柱相对刚度的重要性358

9-3-3侧倾361

9-3-4支座沉降362

9-3-5部分加载条件的影响363

9-3-6多层刚架363

9-3-7空腹桁架365

9-4刚架的设计367

9-4-1引言367

9-4-2刚架类型的选择368

9-4-3设计弯矩370

9-4-4刚架的形状372

9-4-5构件和连接件的设计374

9-4-6一般性考虑374

习题375

第10章网格结构和平板结构376

10-1引言376

10-2网格结构377

10-3平板结构379

10-3-1单向平板结构379

10-3-2双向平板结构382

10-4双向体系设计：平板、网格和空间构架的一般目标389

10-5钢筋混凝土板的设计391

10-6空间构架结构399

10-7折板结构402

习题406

第11章膜结构和索网结构407

11-1引言407

11-2充气结构408

11-2-1背景408

11-2-2气承式结构411

11-2-3充气结构415

11-2-4其他考虑416

11-3索膜结构的分析和设计417

11-3-1曲率417

11-3-2支承条件418

11-3-3找形419

11-3-4材料420

习题421

第12章壳体结构422

12-1引言422

12-2球壳结构424

12-2-1引言424

12-2-2壳面的薄膜作用426

12-2-3球壳中的内力类型426

12-2-4球壳内的经向力428

12-2-5球壳内的环向力429

12-2-6内力的分布431

12-2-7集中力432

12-2-8支承条件：受拉环梁和受压环梁432

12-2-9其他考虑435

12-3圆柱形壳体436

12-4双曲抛物面壳体438

习题440

第3篇结构设计原理

第13章结构网格和模式：一般性规划和设计443

13-1引言443

13-2普通网格443

13-3结构层次的一般性特征447

13-3-1单向体系447

13-3-2双向体系449

13-3-3与屋顶形状的关系452

13-3-4结构类型与跨度的关系453

13-3-5荷载类型与结构类型的关系457

13-3-6集中的结构与分布的结构458

13-3-7强制性约束：防火安全要求458

13-4设计问题459

13-4-1结构与功能空间的关系459

13-4-2空间构成的特征463

13-4-3单向体系与双向体系：网格几何形状和尺寸的影响465

13-4-4局部几何条件的影响467

13-4-5改变支承位置470

13-4-6不均匀的网格471

13-4-7大空间的处理472

13-4-8特殊情况的处理473

13-4-9结构网格的交汇478

第14章结构体系：抵抗侧向荷载的设计481

14-1侧向力对结构设计的影响481

14-1-1基本设计问题：低矮结构和中等高度结构481

14-1-2高层结构489

14-2抗震设计的考虑493

14-2-1基本原理493

14-2-2总体设计和平面考虑495

14-2-3抗震结构的主要特征499

14-2-4材料501

14-2-5刚度因素501

14-2-6非结构单元503

14-2-7新方法：基础隔离体系和其他技术504

习题504

第15章结构体系：构造方法506

15-1引言506

15-2木结构507

15-3钢筋混凝土结构512

15-4钢结构518

15-5基础和挡土墙521

习题524

第16章结构连接525

16-1引言525

16-2连接接头的基本几何形状525

16-3连接件的基本类型527

16-3-1螺栓和铆钉529

16-3-2焊接接头532

习题533

附录534

A单位转换534

B非汇交力系534

C形心535

D惯性矩536

E梁中的弯曲应力540

F梁中的剪切应力542

G弯矩-曲率关系543

H挠度545

I力矩-面积定理：倾角和挠度546

J超静定结构的其他分析方法549

K受压构件的临界压屈荷载551

L基于计算机的分析方法：力法和矩阵位移法553

M有限元法559

N特性561

O典型材料性质563

名词术语中英文对照565 2100433B

《现代大型建筑结构简化分析方法与应用》论述现代大型建筑结构简化分析方法及其在不同结构分析中的应用。《现代大型建筑结构简化分析方法与应用》共10章，主要内容包括：介绍连续-离散化分析方法（连续-有限元方法、连续-加权残数方法和连续-有限差分方法）及其应用；论述三种超级单元方法（解析超级单元、实体超级单元和等效超级单元）及解析超级单元在大型复杂结构分析、动力分析、共同作用分析和筒体结构协同分析中的应用；阐述子结构分析大型复杂建筑结构的新进展；运用解析和数值相结合的方法分析几种不同的大型建筑结构；论述分区耦合、联合分析大型建筑结构的方法；最后，为了避免结构重分析，论述大型建筑结构刚度局部变更后的简化分析方法及其应用。