建築結構優化設計實務 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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範幸義 著

圖書標籤:

• 結構優化
• 建築結構
• 優化設計
• 實務
• 工程結構
• 建築工程
• 結構設計
• 有限元
• 計算力學
• 結構分析

店鋪： 北京愛讀者圖書專營店

齣版社： 北京理工大學齣版社

ISBN：9787568249249

商品編碼：29728086108

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2018-01-01

基本信息

書名：建築結構優化設計實務

定價：45.00元

作者：範幸義

齣版社：北京理工大學齣版社

齣版日期：2018-01-01

ISBN：9787568249249

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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在保證建設工程項目各項建設指標的前提下，如何有效的控製建設工程的成本，節約工程造價一直是建設單位所追求的目標。本書利用計算機輔助設計軟件，用實際建築工程項目的實例，介紹建築結構設計的優化理念。在優化理念下提齣建築結構優化設計的概念，優化方法及實際建築工程項目結構優化設計實作方法。用工程實例介紹建築結構方案優化設計﹑結構構件優化設計及整個工程項目結構優化綜閤方法。 本書可作為土木工程專業類相關專業的教材，也可以作為建築結構設計人員做結構優化設計的參考書。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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建築結構優化設計實務 內容概要 本書是一本麵嚮建築工程領域的專業技術指導手冊，係統性地探討瞭在滿足安全、耐久、經濟等基本要求的前提下，如何通過科學的設計方法和先進的技術手段，實現建築結構性能的最大化、資源消耗的最小化以及綜閤效益的提升。全書緊密結閤實際工程項目，以“實務”為導嚮，旨在為建築師、結構工程師、項目經理以及相關技術研究人員提供一套係統、實用的結構優化設計理論、方法與技術。 前言 隨著社會經濟的飛速發展和科技的不斷進步，建築行業正經曆著深刻的變革。對建築結構的設計要求也日益提高，不再僅僅滿足於基本的承載能力和安全性，更需要兼顧綠色環保、經濟效益、可持續發展以及美學價值。傳統的結構設計方法往往側重於滿足規範要求，而對於如何進一步挖掘結構潛力、降低材料消耗、提升整體性能的研究相對不足。《建築結構優化設計實務》正是基於這一背景，力圖 bridging the gap between theoretical advancements and practical applications. 本書的編寫，匯集瞭多年來在結構優化領域的理論研究成果與豐富的工程實踐經驗，旨在為廣大工程技術人員提供一本真正具有指導意義的參考書籍，助力他們在實際工作中更高效、更經濟、更科學地完成建築結構的優化設計。 第一部分：結構優化的理論基礎與方法論 第一章 結構優化的內涵與目標 1.1 什麼是結構優化？ 清晰界定結構優化的概念，強調其核心在於尋找在給定約束條件下，使目標函數達到最優的結構設計方案。 闡述結構優化並非單純追求“最少”，而是實現“最閤理”的平衡，涉及多重目標的權衡。 1.2 結構優化的核心目標 安全性與可靠性： 解釋結構優化如何通過更精細的分析和設計，在保證安全裕度的前提下，避免過度保守，提升結構的可靠性。 經濟性： 詳細分析材料消耗、施工成本、維護費用等經濟指標，說明優化設計如何降低全生命周期成本。 功能性與性能： 探討如何通過優化提升結構的抗震、抗風、隔音、保溫等特定功能，滿足多樣化的使用需求。 耐久性與可持續性： 強調優化設計在延長結構使用壽命、減少環境影響、促進資源循環利用方麵的重要作用。 美學與創新： 闡述優化設計如何突破傳統束縛，實現建築形式與結構體係的有機融閤，創造更具藝術價值和創新性的空間。 1.3 結構優化設計的意義與價值 從宏觀角度分析優化設計對提升建築行業整體技術水平、推動行業可持續發展的貢獻。 從微觀角度闡述優化設計對工程師個人職業發展、項目成功率提升的積極影響。 第二章 結構優化設計的通用方法與流程 2.1 結構分析與建模 傳統分析方法迴顧： 簡要介紹有限元分析（FEA）等基礎分析工具的應用。 智能化分析與仿真： 探討如何利用先進的數值模擬技術，如計算流體動力學（CFD）、多物理場耦閤分析等，更精準地評估結構在復雜工況下的性能。 模型精細化與幾何錶達： 強調建立既能反映結構關鍵力學行為，又能便於優化的模型的重要性，介紹參數化建模、拓撲優化建模等方法。 2.2 優化算法的選擇與應用 數學規劃法： 介紹綫性規劃、非綫性規劃、整數規劃等經典優化算法，並闡述其在結構設計中的應用場景。 啓發式算法： 詳細講解遺傳算法（GA）、模擬退火算法（SA）、粒子群算法（PSO）等全局優化算法，重點闡述其在解決復雜、非綫性和多模態優化問題中的優勢。 代理模型（Surrogate Models）： 介紹響應麵法（RSM）、徑嚮基函數（RBF）等代理模型的構建與應用，說明其如何加速迭代過程，降低計算成本。 多目標優化（Multi-objective Optimization）： 討論如何處理結構設計中存在的多個相互衝突的目標，介紹帕纍托最優（Pareto Optimality）、權重法、ε-約束法等求解多目標優化問題的方法。 2.3 優化設計的基本流程 明確設計目標與約束條件： 強調在項目啓動階段，與業主、建築師等相關方充分溝通，準確定義優化目標和所有限製條件，包括材料屬性、幾何尺寸、荷載工況、變形限製、穩定性要求、成本上限等。 建立數學模型： 將結構設計問題轉化為數學模型，定義設計變量、目標函數和約束函數。 選擇優化算法與求解： 根據問題的特點選擇閤適的優化算法，並利用相應的軟件工具進行求解。 結果評估與後處理： 對優化結果進行詳細分析，驗證其可行性和有效性，並根據實際情況進行必要的調整和完善。 方案比選與決策： 針對優化得到的一係列最優或近似最優方案，進行綜閤評估，最終選擇最適閤項目的方案。 詳細設計與施工圖繪製： 將優化後的結構概念轉化為詳細的設計圖紙和施工圖。 第二部分：結構優化設計的關鍵技術與應用實例 第三章 材料選擇與用量優化 3.1 新型建築材料的特性分析與應用 高性能混凝土（HPC）、超高性能混凝土（UHPC）： 介紹其高強度、高耐久性等特性，以及在減輕結構自重、減小截麵尺寸方麵的潛力。 高強鋼、復閤材料： 探討其在減輕結構自重、提高承載能力方麵的優勢。 綠色建材： 結閤可持續發展理念，介紹再生材料、環保型材料的應用，以及如何在滿足性能要求的同時，降低環境影響。 3.2 材料用量與截麵尺寸優化 參數化設計與自動生成： 介紹如何通過參數化建模，快速生成不同尺寸和形狀的結構構件。 基於性能的材料用量控製： 結閤結構分析結果，實現“哪裏需要多，哪裏需要少”的精細化材料分配。 局部優化與整體優化結閤： 闡述如何對構件截麵參數（如梁高、柱截麵尺寸、闆厚等）進行優化，同時兼顧結構的整體穩定性與變形控製。 實例分析： 高層建築混凝土結構截麵尺寸優化，實現減重與成本控製。 大跨度橋梁鋼結構杆件截麵優化，提升承載力並減少用鋼量。 幕牆結構構件的材料與尺寸優化，平衡強度、剛度和美觀。 第四章 結構體係與構型優化 4.1 傳統結構體係的演進與創新 框架、剪力牆、筒體結構： 分析其基本受力特點，並探討在現代建築需求下的優化改造。 空間結構、膜結構、索結構： 介紹其獨特的受力機理和在實現大跨度、輕質化方麵的優勢，以及如何進行體係優化。 4.2 拓撲優化（Topology Optimization）的應用 基本原理： 深入淺齣地解釋拓撲優化如何在給定的設計空間內，去除材料，形成最優的力流路徑，從而獲得效率最高的結構構型。 在桁架、支撐結構中的應用： 演示如何通過拓撲優化設計齣輕巧、高效的桁架杆件布置和支撐結構形式。 在復雜麯麵造型結構中的應用： 探討如何利用拓撲優化生成符閤功能和美學要求的復雜結構形態。 實例分析： 某公共建築大廳天花結構拓撲優化，實現輕質、高強的藝術造型。 橋梁主梁截麵拓撲優化，找到最優的承載路徑，減少材料。 汽車、航空等領域結構拓撲優化經驗在建築領域的藉鑒。 4.3 構型（Shape Optimization）與參數優化（Parametric Optimization） 構型優化： 介紹如何調整結構構件的邊界形狀，例如麯梁、變截麵梁等，以改善應力分布。 參數優化： 介紹如何通過調整結構體係中關鍵的幾何參數（如柱網布置、層高、斜杆角度等）來優化整體性能。 實例分析： 某體育場看颱結構構型優化，改善視綫並優化結構受力。 高層建築風荷載下主體結構參數優化，調整剪力牆和外框的配比。 第五章 荷載、變形與穩定性優化 5.1 復雜荷載工況的分析與模擬 風振、地震動的數值模擬： 介紹如何利用計算流體動力學（CFD）和動力時程分析，更準確地評估結構在極端風荷載和地震作用下的響應。 人群荷載、設備振動等動態荷載的考慮： 強調在設計中如何對非穩態荷載進行精確模擬和評估。 5.2 變形控製與剛度優化 撓度、沉降的限製： 詳細闡述如何通過優化結構材料、截麵尺寸和體係布置，有效控製結構的變形。 剛度設計原則： 結閤彈性力學理論，講解如何通過提高結構的整體剛度來滿足使用功能和舒適性要求。 實例分析： 大跨度樓闆變形控製優化，避免齣現過大的撓度影響使用。 高層建築側嚮剛度優化，減少風緻位移和加速度，提高舒適性。 5.3 結構穩定性設計與優化 屈麯失穩分析： 介紹杆件、闆件、整體結構的屈麯分析方法。 穩定性裕度優化： 探討如何通過閤理的結構布置、連接設計和構件加固，提高結構的穩定性安全係數。 薄殼、筒體結構的穩定性優化： 重點分析這類結構在承受軸壓、彎麯荷載時的穩定性問題，並介紹優化方法。 實例分析： 長細比較大的柱子的穩定性優化，選擇閤適的截麵形式和支撐。 薄壁筒體的穩定性設計，抵抗外壓和失穩。 第六章 節點設計與連接優化 6.1 節點的力學行為與優化原則 節點傳力機製分析： 強調節點是結構中應力集中的關鍵部位，其受力行為直接影響整體結構的安全性與經濟性。 剛接、鉸接、半剛接的選用原則： 結閤結構體係和設計需求，選擇閤適的節點類型。 優化節點設計的意義： 減少節點處的應力集中，提高連接強度和剛度，降低材料用量，簡化施工。 6.2 常見結構節點優化設計 梁柱節點： 鋼結構焊縫、螺栓連接的優化；混凝土框架梁柱節點配筋優化。 支撐節點： 鋼桁架、斜撐的連接節點設計。 樓闆與梁、牆的連接： 預製闆、現澆闆與主體結構的連接方式優化。 大跨度結構節點的特殊處理： 如斜拉橋、懸索橋主纜錨固節點，空間結構的球節點等。 6.3 節點優化技術與工具 精細化有限元建模： 對節點區域進行局部細化建模，精確分析應力分布。 高強度螺栓、焊接技術的應用： 探索新型連接技術如何提高連接效率和承載能力。 仿真分析與試驗驗證： 通過數值模擬和實體試驗，驗證節點設計的可靠性。 實例分析： 某鋼結構廠房節點連接優化，減少焊接量，提高施工效率。 某超高層建築梁柱節點優化，滿足抗震要求並減少鋼材消耗。 第七章 施工技術與建造可行性優化 7.1 優化設計與施工工藝的匹配 設計階段的施工性評估： 強調在設計初期就應考慮施工的難易程度、工藝要求和安全措施。 預製構件與裝配式建築： 介紹如何通過優化設計，充分發揮預製構件和裝配式建築的優勢，提高施工效率和質量。 流水綫作業與標準化設計： 闡述如何通過標準化設計，簡化施工步驟，降低成本。 7.2 施工順序與支模、起重方案的優化 施工模擬與仿真： 利用BIM技術進行施工過程模擬，優化施工順序，避免碰撞。 模闆體係的選擇與優化： 選擇適閤結構特點的模闆體係，簡化安裝與拆卸。 起重設備的選型與吊裝方案優化： 確保構件吊裝過程的安全與高效。 7.3 質量控製與安全保障的優化 關鍵部位的質量控製要點： 突齣優化設計對質量控製的指導作用。 施工過程中的安全風險評估與對策： 結閤優化設計方案，製定針對性的安全施工措施。 實例分析： 某復雜結構外形施工順序優化，避免對已完結構造成影響。 大體積混凝土施工的溫度控製與裂縫預防優化。 大跨度鋼結構網架的整體提升施工技術優化。 第八章 綠色建築與可持續發展中的結構優化 8.1 建築全生命周期評估（LCA）中的結構優化 環境影響評估： 介紹如何通過優化設計，減少結構生命周期內的碳排放、能源消耗和廢棄物産生。 資源效率優化： 強調在設計中最大限度地利用現有資源，減少不必要的浪費。 8.2 節能減排的結構設計策略 輕質化結構設計： 降低結構自重，減少基礎荷載，節約材料。 被動式設計理念的融閤： 結構設計如何支持建築的自然通風、采光等被動式節能措施。 可再生能源利用與結構結閤： 如屋頂太陽能光伏闆的承重與安裝結構優化。 8.3 結構的可拆卸性與可迴收性設計 模塊化與標準化設計： 促進結構的易於拆卸和重復利用。 連接方式的優化： 傾嚮於使用螺栓連接而非焊接，便於拆卸。 材料的迴收利用： 考慮結構材料的未來迴收價值。 實例分析： 某綠色建築示範項目結構優化，從材料、構件、體係全方位體現可持續性。 可拆卸式臨時建築結構的設計與優化。 舊建築改造中的結構優化，最大程度利用原有結構，減少新建。 第九章 結構優化設計的軟件工具與發展趨勢 9.1 常用結構優化設計軟件介紹 通用有限元分析軟件： ANSYS, ABAQUS, MIDAS GEN, ETABS, SAP2000 等（及其在優化模塊的應用）。 專業優化設計軟件： OptiStruct, Tosca, nTopology 等（及其在拓撲優化、形狀優化中的應用）。 參數化建模與腳本開發工具： Grasshopper, Dynamo, Python 等（及其與優化算法的結閤）。 BIM軟件與優化流程的集成： Revit, ArchiCAD 等在參數化建模和數據交換中的作用。 9.2 人工智能（AI）與機器學習（ML）在結構優化中的應用 AI驅動的材料發現與性能預測。 ML模型輔助的快速結構響應預測與評估。 AI算法在復雜構型生成與優化中的潛力。 智能設計平颱的構建與發展。 9.3 未來發展趨勢展望 集成化、智能化設計平颱： 強調設計、分析、優化、建造全流程的無縫集成。 麵嚮性能的法規與標準： 優化設計如何推動建築法規的更新。 數字化孿生（Digital Twin）在結構全生命周期管理中的應用。 人機協作的創新設計模式。 結論 《建築結構優化設計實務》係統地闡述瞭在現代建築工程實踐中，如何通過科學的理論指導、先進的技術手段和創新的設計思維，實現建築結構性能的最大化和資源消耗的最小化。本書從理論基礎到具體技術，從材料選擇到施工建造，從綠色可持續到未來發展，進行瞭全麵而深入的探討。書中提供的多種優化方法、算法應用以及豐富的實例分析，旨在為廣大工程技術人員提供一套行之有效的工具箱和方法論，幫助他們在復雜多變的項目需求下，做齣最經濟、最閤理、最安全、最環保的設計決策。我們堅信，通過對結構優化設計理念的深入理解和實踐應用，必將有力地推動中國建築行業嚮著更高質量、更可持續的方嚮邁進。 附錄 （可包含常用術語解釋、參考文獻、軟件列錶等）

評分☆☆☆☆☆

最讓我感到驚喜的是，這本書在案例選擇上展現瞭極高的前瞻性和地域適應性。它所引用的結構案例，並非都是教科書上韆篇一律的經典結構，而是涵蓋瞭諸如大跨度空間結構、復雜高層剪力牆體係在特殊荷載組閤下的應對策略，甚至還觸及瞭新型復閤材料在優化設計中的應用潛力。更難能可貴的是，這些案例的分析不僅僅停留在“計算結果”層麵，更深入到瞭設計背景和目標設定的層麵。例如，某個案例中是如何平衡業主對建築美學錶現的極緻追求與結構安全裕度的最低要求之間的矛盾，這個過程的權衡取捨，遠比最終的受力分析來得更有價值。它讓我意識到，真正的結構優化，本質上是一場多維度目標下的動態平衡藝術，這本書恰恰很好地捕捉到瞭這種藝術的精髓，並將其係統化地呈現在讀者麵前，極具啓發性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格，可以說是專業又不失人文關懷。它沒有使用那種過度學術化、生僻晦澀的術語去故作高深，而是采用瞭非常清晰、直接的敘事方式。即便是在講解一些涉及高等數學或有限元分析的概念時，作者也善於使用貼近實際工程場景的比喻來進行闡釋。比如，在討論結構剛度分配時，作者巧妙地引入瞭水流阻力的概念，瞬間就讓原本抽象的力學概念變得直觀易懂。這種“翻譯”能力，使得這本書的適用範圍大大拓寬，不僅僅對資深工程師有啓發，對於高年級學生或是剛入行的年輕設計人員來說，也能快速搭建起對復雜結構性能的直觀認識。閱讀過程中，你會發現作者在力求精確的同時，始終保持著一種引導讀者思考的節奏，而不是簡單地拋灑知識點，讓人讀起來非常流暢和愉悅。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計著實讓人眼前一亮，封麵那種深沉的藍與簡潔的幾何綫條組閤，透露齣一種嚴謹而又不失現代感的專業氣息。那種觸感，略帶磨砂的質地，握在手裏感覺非常紮實，讓人忍不住相信裏麵的內容也同樣是經過精心打磨的。內頁紙張的選取也頗為考究，米白色的紙張有效減輕瞭長時間閱讀帶來的視覺疲勞，即便是對著電腦屏幕進行對比參考時，這種低反光的特性也讓人感到舒適。尤其是那些結構示意圖和復雜節點大樣圖的印刷質量，綫條清晰、層次分明，即便是小字體的注釋也能一目瞭然，這對於我們這種需要頻繁在理論與實踐之間來迴切換的工程師來說，簡直是福音。相比市麵上那些封麵花哨內容卻乏善可陳的“應景之作”，這本書從外到內散發齣的那種“內功深厚”的氣質，確實讓人對即將展開的閱讀之旅充滿瞭期待，仿佛拿到瞭一件精密儀器的說明書，而不是一本簡單的行業參考資料。這種對細節的堅持，往往預示著作者對核心內容的把控也達到瞭極高的水準。

評分☆☆☆☆☆

我一直覺得，一本優秀的專業書籍，其價值不僅在於傳授知識，更在於構建一套清晰的思考框架。翻開這本書的目錄時，那種邏輯的嚴密性立刻抓住瞭我的注意力。它沒有像許多教材那樣堆砌晦澀的理論公式，而是將“優化設計”這個宏大的主題，通過一係列循序漸進的案例和方法論，進行瞭解構和重組。尤其讓我印象深刻的是關於“迭代優化”流程的描述，作者似乎把一個原本復雜、充滿試錯的工程決策過程，梳理成瞭一套可操作的SOP（標準操作程序）。這套程序中，對於各種約束條件——比如材料性能的邊界、經濟成本的敏感度分析，以及抗震規範的紅綫——是如何被係統地納入考量的，講述得極為透徹。它不僅僅告訴你“應該怎麼做”，更深入地探討瞭“為什麼選擇這種優化路徑”，這種對設計哲學層麵的剖析，極大地拓寬瞭我的設計視野，讓我開始跳齣單純滿足“規範要求”的思維定式，轉嚮追求更高層次的結構效率與經濟性平衡。

評分☆☆☆☆☆

從實操層麵來看，這本書最大的亮點或許在於它對“軟件應用”與“工程判斷”之間關係的探討。現如今，參數化建模和拓撲優化軟件已成為主流，但如何將軟件給齣的“理想化”結果，轉化為能被施工方理解、被甲方接受的落地方案，一直是行業中的痛點。這本書在這方麵給齣瞭非常接地氣的指導。我注意到其中有一個章節專門討論瞭如何處理優化後的細小、不規則構件的施工圖錶達問題，這簡直是直擊痛點。作者並沒有盲目推崇新工具，而是強調瞭在計算結果之上，必須疊加工程師的經驗判斷力，比如對施工難易度的修正、對長期維護成本的預估等“非量化因素”的權重考量。這種亦步亦趨的實戰經驗分享，比純理論推導更具指導價值，讓人感覺像是得到瞭一個經驗豐富的導師在手把手地傳授行業“潛規則”和“藝術”。