新著 | 《结构地震动力响应Python编程》出版！

实干、实践、积累、思考、创新。

新著《结构地震动力响应Python编程》正式出版！本书由“一线结构工程师”执笔，聚焦结构抗震计算理论及其编程实现，由广州容柏生建筑结构设计事务所（普通合伙）（RBS）与华南理工大学建筑设计研究院有限公司（SCAD）方小丹建筑结构院联合推出。

版权 [Copyright]

书名：结构地震动力响应Python编程（Seismic Dynamic Response of Structures Python Programming）

作者 [Author(s)]: 崔济东 (Jidong Cui), 沈雪龙 ( Xuelong Shen ), 吴金诚( JinCheng Wu), 赵颖( Ying Zhao).

出版社 [Press]：中国建筑工业出版社 ( China Architecture & Building Press)

ISBN: 978-7-112-31172-9

Paperback: 335 pages

字数：513000

出版日期：2025/05

书籍介绍 [About]

结构地震响应分析是抗震设计的核心环节，也是结构工程师必备的关键技能。这一交叉学科融合了地震工程学、结构动力学与计算机科学等多领域知识，理论复杂、实践门槛高。本书作者均为“一线结构工程师”，长期从事结构抗震设计及软件研发工作，结合自身多年的抗震设计经验及程序开发经验，从“理论-编程-应用”结合的角度，对结构地震动力计算涉及的常用知识进行归纳整理与读者分享，以期为广大工程技术人员提供参考。

全书以专题形式展开，涵盖：单/多自由度体系动力时程分析（弹性/非线性）、地震反应谱原理，模态分析与振型分解法、减隔震结构动力时程分析、复振型理论及其在隔震结构上的应用等内容。每个专题内容均提供完整的理论讲解和公式推导，且配有Python编程代码及算例，理论和编程实践结合，显著提升学习效率与应用能力。

本书可作为一线结构工程师和相关技术人员理论学习与技术应用的参考书，也可作为相关专业本科生、研究生结构动力学和工程抗震设计等课程的学习参考书。

作者 [Authors]

崔济东

工学博士，毕业于华南理工大学，土木工程系结构工程专业,高级工程师，现就职于广州容柏生建筑结构设计事务所（RBS），主任工程师，兼任RBS结构振动控制研发中心主任，RBS高等结构分析部程序开发组主管，华南理工大学土木与交通学院硕士研究生校外导师，《建筑结构学报》评审专家。主要从事高层及复杂结构的抗震设计、结构振动控制设计及软件研发等工作，拥有丰富的结构设计经验及软件开发实战经验，对结构动力学、结构抗震理论、非线性有限元技术及计算编程技术具有浓厚兴趣。目前发表结构工程研究论文20篇，出版专著4部：《PERFORM-3D 原理与实例》，《有限单元法：编程与软件应用》，《结构地震反应分析：编程与软件应用》，《有限单元法 Python编程》，获广东省勘察设计行业协会科技奖特等奖2项，一等奖1项、二等奖2项。个人结构博客：www.jdcui.com；个人编程软件作品集：http://www.jdcui.com/?page_id=60

易伟文

教授级高工，国家一级注册结构工程师、注册土木工程师（岩土）。华南理工大学建筑设计研究院有限公司方小丹建筑结构院结构所长、华南理工大学建筑设计研究院有限公司方小丹岩土工程设计研究所所长、中国建筑学会建筑结构分会理事、广东省工程勘察设计行业协会结构专业委员会常务副秘书长、华南理工大学土木与交通学院的硕士研究生校外导师。涉猎面广，长期从事超高层、大跨度、深基坑、环境振动的研究和设计。负责项目有：利通广场、广发证券大厦、广州圆、广东金融城君超中心等。多次荣获国家及省部级勘察设计及科技奖，发表论文十余篇。

常磊博士

一级注册结构工程师，注册岩土工程师，高级工程师，工学博士，2011年毕业于合肥工大学，结构工程专业。2011年博士毕业入广州容柏生建筑结构设计事务所（RBS）工作至今，资深主任工程师，兼任RBS结构振动控制研发中心副主任，广东省工程勘察设计行业协会土木工程设计咨询与建筑减隔震专委会委员，ACI Structural and Material Journal审稿专家，Engineering Structure审稿专家。主要从事高层建筑结构、复杂结构的抗震设计及相关理论研究工作，广泛参与了各类公共建筑工程和民用建筑工程的设计，在超高层建筑、大型商业综合体、加固改造项目、连体建筑拥有丰富的设计经验。理论功底扎实，具有较强的科研力，已发表结构工程研究论文40余篇。

赵颖

硕士，毕业于华南理工大学，土木工程系，高级工程师，一级注册结构工程师，华南理工大学土木与交通学院“毕业设计导师”，现就职于华南理工大学建筑设计研究院有限公司，主要从事超高层、复杂建筑结构设计与研究。广泛参与了各类公共建筑工程和民用建筑工程的设计，在超高层建筑、大型商业综合体、拥有丰富的设计经验，主要负责项目包括粤海金融中心、广州金融城君超中心、华南理工大学国际校区图书馆、广州实验中学等，广东省科技进步奖二等奖1项，广东省勘察设计行业协会科技奖一等奖2项，广东省勘察设计行业协会科技奖二等奖2项。

序言 [Foreword]

序

结构地震动力响应计算理论是一个多学科交叉的领域，其中涉及大量的地震工程学、结构动力学、计算机科学及数学等方面的知识，理论的复杂性和计算的繁琐常常让人望而却步，是一门理论与实践并重的学科。

本书作者均是一线结构工程师，也是国内较早从事结构动力弹塑性分析方法工程实用研究的团队主要成员，在结构抗震设计、地震动力响应计算及计算机编程方面均积累了较为丰富的实战经验。作者深知理论与实践相结合的重要性，书中不仅深入探讨了结构地震动力响应的计算原理，更通过具体的编程案例，展示了这些理论在实际应用中的具体实现。

书中的编程案例均经过精心设计，覆盖了从单自由度系统到多自由度系统，从实振型分析到复振型分析，从线性响应到非线性响应，从抗震计算到减隔震计算等常见的工程动力学问题。每一个案例都配有详细的代码注释和运行结果，使得读者不仅能够理解代码的逻辑，还能感受到实际计算的过程。这种实用性的体现，无疑会极大地提升读者的学习兴趣和应用能力。

本书的作者崔济东博士有多年的编程及复杂结构设计、分析经验，经常在他的博客分享他点滴的体会，已经出版了《PERFORM-3D的原理和实例》、《有限单元法：编程与软件应用》、《结构地震反应分析：编程与软件应用》、《有限单元法 Python编程》等多本关于结构计算理论与编程的书籍，是非常活跃的青年结构工程师。

另一作者易伟文教授级高工是来自华南理工大学建筑设计研究院的少壮派，无论在超高层、大跨度还是在震振双控领域均有一定的造诣和丰富理论实践经验。同时，对编程有浓厚兴趣，善于用编程解决实际的工程问题。

在智能软件日益普及的今天，工具在带来便利性的同时，也容易让工程师过度依赖软件的智能化操作，而忽视背后的计算原理和理论基础。这本著作特别强调了工程师对计算原理的理解和掌握的重要性。

我们鼓励工程师在使用智能软件的同时，深入学习其背后的原理，以确保在面对复杂问题时，能够做出更加合理和准确的判断。希望本书能给广大的技术人员带来启发和帮助。

广东省工程勘察设计行业协会会长

首届广东省工程勘察设计大师

国务院政府特殊津贴专家

广东省超高层建筑工程抗震设防审查专家委员会副主任委员

全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会委员

2024年08月

前言 [Preface]

前言

结构地震反应分析是结构抗震设计的重要组成部分，也是结构工程师不可或缺的技能。作者长期从事结构抗震设计及软件研发工作，深感掌握结构地震动力计算相关理论的重要性。然而结构地震动力计算又是一门交叉学科，涉及地震工程学、结构动力学、计算机等领域，掌握起来非常困难。为此，作者结合自身多年的抗震设计经验及程序开发经验，从理论和编程结合的角度，对结构地震动力计算涉及的常用知识进行归纳整理并编辑成册，与读者分享，以期为广大工程技术人员提供参考。

本书共16章及附录：

第1章为基础部分，主要对结构动力学基础及结构地震反应分析相关的知识进行梳理，使读者对地震反应分析有一个全面的认识，便于后续具体章节内容的学习。

第2章至第16章对结构地震反应分析中的常用方法按专题逐个讲解，每个专题讲解的内容包括基本理论、编程实现及软件应用。各章节之间以循序渐进的方式对结构地震反应分析进行较为系统的讲解:

（1）第2章作为本书主体部分的开篇，从最简单的单自由度体系入手，介绍单自由度体系的动力时程分析方法，涵盖了杜哈梅积分及常用的逐步积分方法，具体包括分段解析法、中心差分法、Newmark-β法、Wilson-θ法。

（2）基于第2章的分析方法，在第3章中介绍地震波反应谱的基本原理、编程方法及软件（SPECTR）应用案例。

（3）结构的固有振型及频率是多自由度体系的固有特性，也是学习多自由度体系动力响应分析逃避不了的话题。第4章从多自由度体系的自由振动问题入手讨论，引出结构固有振型和固有频率的基本概念，并讲解多自由度体系模态分析的编程方法与软件应用。

（4）第5章、第6章及第7章，同属弹性多自由度体系地震动力分析方法专题。第2章的单自由度体系动力时程分析与第4章的多自由度体系模态分析，构成了第5章多自由度体系振型分解法的基础，而第3章的反应谱分析和第4章的多自由度体系模态分析则构成了第6章多自由度体系振型分解反应谱法的基础。第7章多自由度体系动力时程分析可认为是第2章单自由度体系动力时程分析的扩展，通过类比单自由度体系的弹性动力时程分析，讲解多自由度体系弹性动力时程分析的实现方法。

（5）第8章和第9章属于非线性动力时程分析专题。第8章介绍单自由度体系的非线性动力时程分析，对常用的逐步积分方法（中心差分法、Newmark-β法、Wilson-θ法）、非线性迭代方案（Newton-Raphson法和修正的Newton-Raphson法）及非线性本构模型开发进行讲解，并给出了具体的编程代码及软件应用案例。第9章介绍多自由度体系的非线性动力时程分析，可视为第8章的扩展，通过类比单自由度体系的非线性动力时程分析，讲解多自由度体系非线性动力时程分析的实现方法。

（6）第10章、第11章在上述常规结构地震动力反应分析的基础上，进一步介绍消能减震结构、隔震结构的动力时程分析。

（7）第12章介绍几种经典阻尼矩阵的构造及不同阻尼模型的动力时程分析案例。由于阻尼属于结构动力分析的一个专题，不但影响结构的动力响应，对分析方法也有影响，且在前面多个章节均有所涉及。

（8）第13~第15章，为复振型理论专题，其中第13章介绍了一般黏性阻尼系统的复振型理论，是阅读第14~第16章的基础，第14和第15章讲述了多自由度复振型分解法及其在反应谱法上的扩展，第16章对目前我国规范中的基础隔震结构复振型分解法进行讲解。

（9）附录给出了部分理论公式的推导过程，并汇总了部分公用Python程序模块的代码，包括振型分析模块、地震波数据处理模块，单轴材料本构模块、数据后处理模块等，即精简程序代码，也方便读者应用。

本书特点

本书每个章节对应一个专题内容，均给出详细的理论讲解和公式推导，且配有完整的Python编程代码及算例，理论和编程实践结合。对于地震动力响应计算这类理论与实践并重的学科，这样的方式可以极大地提高学习效率及愉悦感。如果将整个地震动力响应计算理论比作一棵知识树，各章节对应的专题内容则是不断生长的茎干，各章中的公式推导、Python 编程和应用案例，则构成了茎干上的树叶与花朵，真心希望读者通过本书的学习，能够收获到丰硕的知识果实。

编写分工

崔济东和易伟文负责确定各章内容，制定全书编写大纲；崔济东负责全书的统稿和定稿工作；崔济东和赵颖负责编写第1章~第12章的主要内容，常磊和易伟文参与了第1章的编写及第8、第9章代码的校对工作。易伟文和常磊负责编写第13章~第16章，崔济东参与第14章及第15章的编写工作。

致谢

本书编写得到了广州容柏生建筑结构设计事务所（RBS）及华南理工大学建筑设计研究院有限公司——方小丹建筑结构院两个团队的大力支持，书中很多点子也来源于团队工作经历，特别感谢广州容柏生建筑结构设计事务所（RBS）总经理李盛勇、华南理工大学建筑设计研究院有限公司副院长（副总经理）、副总工程师江毅对本书编写的支持与肯定。

广东省工程勘察设计行业协会会长、广东省工程勘察设计大师陈星教授对本书的出版提出了许多宝贵的建议，并为书本写序，在此特别感谢。

本书成稿后，中国建筑工业出版社刘瑞霞编辑团队为本书正式出版做了细致的校审工作，在此一并表示感谢。

适用读者

本书读者对象广泛，本书除可作为一线结构工程师和相关技术人员理论学习与技术应用的参考书，也可作为相关专业本科生、研究生结构动力学和工程抗震设计等课程的学习参考书。

批评指正

为方便读者阅读本书，在作者的网站（www.jdcui.com）上专门为本书开设了页面（http://www.jdcui.com/?page_id=24473）。欢迎读者在阅读本书的过程中到网站交流。本书的勘误和相关更新也会及时上传到该网站上。希望通过该网站，促进学习与交流。

由于时间有限，作者水平有限，书中错误和疏漏之处在所难免，欢迎读者批评指正。

著者

2025年4月

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