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編輯推薦

適讀人群 ：結構風工程相關專業研究生和專傢、工程師
十餘年來，以東京工藝大學田村幸雄教授為首的學術團隊組織37位世界的專傢學者開設瞭一係列的國際高等風工程學習課程，《高等結構風工程》是根據該係列課程的講義整理而成的教學參考書。該書內容包括風氣候，設計風速估計，剛體空氣動力學和應用，風緻建築響應，風，陣風係數方法，構件和外牆上的風荷載，碎片衝擊，風荷載規範和標準，計算工具和計算流體動力學技術，建築振動下的可居住性，建築阻尼，風緻振動的抑製。該書填補瞭該專業培訓的空白，是有誌於深入學習和研究結構風工程的學者、工程師和學生的一部重要參考文獻。

內容簡介

本書作為高級課程的教科書，介紹瞭結構風工程領域新技術水平的信息和新的研究成果。主題包括風氣候、設計風速估計、鈍體空氣動力學和應用、風緻建築響應、風、陣風係數方法、構件和外牆上的風荷載、碎片衝擊、風荷載規範和標準、計算工具和計算流體動力學技術、建築物振動下的可居住性、建築阻尼以及風緻振動的抑製。

作者簡介

田村幸雄（Y. Tamura），國際風工程專傢、國際風工程協會現任主席、我國“外專韆人計劃”專傢、國傢風災減災組織主席、日本風工程協會前主席、日本學術會議聯絡委員、日本建築學會抗風設計委員會主審人。田村幸雄教授畢業於日本早稻田大學，現為日本東京工藝大學教授，是日本多項重大科研項目負責人、日本COE（2003~2007年）計劃負責人、Global COE項目風工程專題的負責人（2008~2012年），並受聘為《國際風工程與空氣動力學》《結構工程進展》《風與結構》《高層與特殊建築的結構設計》等國際期刊編委，獲美國土木工程師協會ASCE Cermak奬章、日本風工程協會奬章、日本建築學會奬章。

Ahsan Kareem教授，美國工程院院士、國際風工程協會主席（2007~2015年）、美國Notre Dame大學土木環境工程和地質科學係教授、東京大學客座教授。Kareem教授是國際的空氣動力學、海浪動力學和隨機振動專傢。發錶高質量期刊論文 200多篇。曾在1984年獲得過由美國政府授予的錶彰青年研究人員的總統奬，還獲得瞭包括A. G. Davenport Medal(2007)、Robert H. Scanlan Medal(2005)、Jack E. Cermak Medal(2002)在內的國際風工程領域的高學術榮譽。擔任Journal of Engineering Mechanics、Journal of Structural Engineering、Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics、Structural Safety等十餘本刊物的首席編輯、副編輯和編委等職務。Ahsan Kareem教授在結構工程學、隨機動力學、風工程學等領域獲得瞭令人矚目的成就，並先後培養瞭大批中國博士、碩士留學生。
Enrica Bernardini美國，印第安納州，聖母，聖母大學，自然災害建模實驗室。

目錄

譯者序
原書前言
本書作者
第1章強風及其特性1
1.1簡介1
1.2強風和流體力學1
1.2.1強風氣候1
1.2.2強風流體動力學2
1.3風速的統計描述4
1.3.1平均風速5
1.3.2風速波動9
1.4地形影響16
參考文獻18
第2章設計風速的估計19
2.1簡介19
2.1.1術語19
2.1.2基本可靠性要求20
2.2數據基礎21
2.2.1國傢氣象局提供的基本信息21
2.2.2質量控製和修正22
2.2.3母體分布23
2.2.4極值總體抽樣24
2.3基本統計27
2.3.1組閤規則27
2.3.2廣義極值分布27
2.3.3廣義帕雷托分布29
2.3.4概率分布的描述參數的識彆29
2.3.5被識彆參數的統計穩定性33
2.4設計風速的最佳估計34
2.4.1基本方法34
2.4.2應用舉例35
2.5方嚮性37
2.5.1簡介37
2.5.2每次風暴的最大風速38
2.5.3風暴持續時間和額外風暴小時數的相對強度39
2.5.4額外風暴小時中的方嚮變化40
參考文獻41
第3章鈍體空氣動力學43
3.1簡介43
3.2阻力和升力43
3.2.1阻力43
3.2.2流動分離45
3.3鈍體上的壓力47
3.3.1流過流綫形體的平穩流47
3.3.2流過流綫形體的平穩均勻流47
3.3.3湍流，三維鈍體48
3.4雷諾數對鈍體力和壓力分布的影響50
3.5湍流對鈍體力的影響53
3.5.1湍流對阻力的影響54
3.5.2湍流對升力的影響55
3.6圓角半徑的影響56
3.7順風和橫風激勵以及渦鏇脫落57
3.8澳大利亞和新西蘭風荷載標準AS/NZS 1170.2怎樣處理鈍體空氣動力學59
3.9小結60
參考文獻61
第4章大跨橋梁空氣動力學62
4.1簡介62
4.1.1第一個轉摺點：平均風荷載62
4.1.2第二個轉摺點：陣風荷載63
4.1.3第三個轉摺點：動態風荷載63
4.2氣動力公式65
4.2.1靜力分量65
4.2.2準平穩空氣動力學65
4.2.3非平穩空氣動力係數67
4.2.4瞬態力68
4.3氣動不穩定性69
4.3.1氣動不穩定性的概念69
4.3.2翼麵顫振的二維條帶理論69
4.3.3顫振理論的應用70
4.3.4非平穩升力的實驗71
4.3.5三維顫振分析72
4.3.6馳振74
4.3.7扭轉顫振76
4.4抖振分析76
4.4.1隨機振動分析76
4.4.2在單自由度係統的應用78
4.4.3在阻力激勵下的水平綫狀結構79
4.4.4在升力激勵下的水平綫狀結構80
4.5渦激振動81
4.5.1渦鏇脫落的概念81
4.5.2數學公式81
4.5.3橋麵闆的渦激振動82
參考文獻84
第5章結構的風緻振動：主要針對高層建築的空氣動力學86
5.1簡介86
5.2建築和結構的順風嚮激勵和響應87
5.2.1鈍體上的脈動阻力88
5.2.2陣風響應係數89
5.2.3氣動阻尼91
5.3建築和結構的橫風激勵和響應93
5.3.1入射湍流導緻的激勵93
5.3.2尾流激勵94
5.3.3橫風運動導緻的激勵96
5.4其他脈動力和響應現象99
5.4.1扭轉振動99
5.4.2渦鏇脫落引起的順風和橢圓振動99
5.5高層建築的風緻乾擾激勵100
5.5.1高層建築在乾擾激勵下的順風和橫風響應101
5.5.2高層建築乾擾激勵下的扭轉響應102
5.5.3設計要素102
5.6減少建築和結構的風緻響應的空氣動力措施104
5.6.1建築形狀的空氣動力修正對高層建築風緻響應的影響104
5.6.2開洞和底部排氣的優點105
5.6.3建築物頂部、錐度、扭麯、逆流和其他組閤建築形狀的影響105
5.6.4設計要素105
5.7小結106
緻謝107
參考文獻107
第6章評估結構在風激勵下順風嚮響應的陣風係數法110
6.1時域內點狀結構的風作用110
6.2頻域內點狀結構的風作用111
6.3氣動導納112
6.4單自由度(SDF)係統的動力響應綜述112
6.5位移譜116
6.6位移譜積分117
6.7峰值響應的估算118
6.8順風嚮加速度估算120
6.9小結121
緻謝121
參考文獻121
第7章建築組件和覆蓋層上的風荷載122
7.1簡介122
7.2建築物上的風荷載124
7.2.1建築物的空間變化和幾何形狀對壓力的影響125
7.2.2風荷載的時間變化127
7.2.3內部壓力和壓力均衡128
7.2.4設計風荷載的確定130
7.3組件和覆蓋層係統對風荷載的響應130
7.3.1從屬麵積和荷載分配131
7.3.2低循環疲勞131
7.3.3靜疲勞和玻璃132
7.4建築物組件和覆蓋層的測試方法133
7.5小結134
參考文獻135
第8章水平風緻飛射物及其碰撞試驗137
8.1簡介137
8.2之前已齣版的研究137
8.3飛射物碰撞和碰撞測試標準138
8.4飛射物類型和運動方程139
8.4.1一般的飛射物類型139
8.4.2運動方程139
8.4.3無量綱形式141
8.4.4早期軌跡解141
8.4.5數值解142
8.5實驗和數值研究142
8.5.1塊狀飛射物的軌跡143
8.5.2杆狀飛射物的軌跡145
8.5.3片狀飛射物的軌跡146
8.6應用147
8.7討論149
緻謝149
參考文獻149
第9章風荷載規範和標準的理解：規定背後的基本原理151
9.1簡介151
9.2風速152
9.2.1地貌153
9.2.2風速和湍流模型157
9.2.3地形影響165
9.2.4風氣候165
9.3風壓係數167
9.3.1麵積平均壓力168
9.3.2規範化過程中的摺減係數171
9.3.3低層建築中的附加風荷載172
9.3.4低層建築中屋頂形狀和幾何的影響174
9.4內部壓力175
9.5數據庫輔助設計（DAD）177
9.6風荷載的計算估計177
9.6.1計算機輔助風工程178
9.7結論和小結180
緻謝180
參考文獻181
第10章風效應的數值模擬185
10.1簡介185
10.2基於波疊加（譜）的方案186
10.2.1譜方法186
10.3基於數字濾波（時間序列方法）的

前言/序言

在建築和結構工程領域，風的影響是一個非常重要的問題。據說世界上因為自然災害産生的經濟損失有70%~80%是因為極端風和相關的水害而導緻的。隨著人口嚮都市中心轉移以及因為潛在的氣候變化而推測災害的強度和頻率的增長，未來災害的風險持續升級。城市化已經導緻地區和全球環境質量的惡化，對公共健康造成深遠的影響。不僅是極端強風事件或者其他短期自然危害，而且嚴重的環境問題應該被看作人類社會長期持續的危險，會導緻嚴重的災害。這就使得人們呼喚一個強調減少能源消費和改善環境質量的可持續發展的社會。
東京工藝大學風工程團隊（TPU-WEG）的首要目標是建立一個可持續發展的都市環境，遇到風相關的事件時可恢復，與區域的局部氣候相和諧。它緻力於發展一個集成的教育和研究項目，能夠覆蓋廣泛的問題，以應對亞洲和更大區域的都市麵臨的前沿的風相關的挑戰。
為瞭創造有效而舒適的環境，滿足人們對城市標誌性象徵的基本需求，建築變得越來越高、越來越細，橋梁和屋蓋結構變得越來越長、越來越輕，使得它們對風越來越脆弱。風工程的重要性顯著提高，但是很少有大學開設這方麵的課程。
從2006年7月開始，TPU-WEG組建瞭風工程的國際高等學校（IAS），目的是填補相關的專業培訓的空白。
37位世界著名的教授和研究者受邀在以往的9期IAS講課：Chris Baker、Shuyang Cao、Qingyan Chen、Chiiming Cheng、Tadeusz Chmielewski、Richard de Dear、David Etheridge、Richard Flay、Yaojun Ge、Jamie Hernandez、John Holmes、Ahsan Kareem、Michael Kasperski、Shinsuke Kato、Youngduk Kim、Greg Kopp、Prem Krishna、Takashi Kurabuchi、Kenny Kwok、Sangjoon Lee、Chris Letchford、Xiaofeng Li、Rheo Lim、Masaru Matsumoto、Robert Meroney、Akashi Mochida、William Nazaroff、Siva Parameswaran、Michael Reyes、Matthew Santamouris、Partha Sarkar、Michael Schatzmann、Giovanni Solari、Ted Stathopoulos、Charles Weschler、Youlin Xu和Lingmi Zhang。他們和TPU-WEG的3位講師Masaaki Ohba、Ryuichiro Yoshie還有我閤作，使IAS有成果而且成功。
IAS的課程包括風氣候、風緻災害、結構空氣動力學、風荷載和多種風環境問題。課程提供必要的基本知識和前沿信息。IAS也提供瞭一個信息交流和共享的平颱，通過世界領先的研究者和本領域年輕人的討論，使得由於強風、都市空氣汙染和環境負荷增長引起的風災風險的嚴重問題能夠在未來被年輕的領導者所解決。代錶TPU-WEG和東京工藝大學全球卓越中心（COE）項目成員，我感謝所有的講師和參與者作齣的巨大貢獻和成績。
本書重新安排和齣版瞭以往的IAS所做的14次結構風工程講義。而基於IAS在環境風工程領域的講義，一本名為《高等環境風工程》（Advanced Environmental Wind Engineering）的教材也計劃齣版。
我相信這兩本書將對相關科學研究或者設計領域的學生、工程師和研究者有用，將使他們能夠對可持續都市環境的發展和建設作齣貢獻，從而實現對風災害可恢復的城市。
最後，我要感謝所有各章的作者，由於他們的閤作而創造瞭本書，為實現結構和環境風工程的共同目標提供瞭有價值的貢獻。
Y.Tamura日本，神奈川

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