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上篇 钢结构原理1

1　绪论1

1.1　钢结构的特点1

1.2　钢结构的设计方法2

1.2.1　概述2

1.2.2　概率极限状态设计方法3

1.2.3　设计表达式5

1.3　钢结构的应用和发展7

1.3.1　钢结构的应用7

1.3.2　钢结构的发展8

2　钢结构的材料10

2.1　钢结构对材料的要求10

2.2　钢材的破坏形式10

2.3　钢材的主要性能11

2.3.1 受拉、受压及受剪时的性能11

2.3.2　冷弯性能12

2.3.3 冲击韧性12

2.4　各种因素对钢材主要性能的影响13

2.4.1　化学成分13

2.4.2　冶金缺陷13

2.4.3　钢材硬化13

2.4.4　温度影响14

2.4.5　应力集中14

2.4.6　反复荷载作用15

2.5　复杂应力作用下钢材的屈服条件15

2.6　钢材的疲劳16

2.6.1 常幅疲劳16

2.6.2 变幅疲劳和吊车梁的欠载效应系数18

2.7　钢的种类和钢材规格20

2.7.1　钢的种类20

2.7.2　钢材的选择22

2.7.3　钢材的规格23

3　钢结构的连接25

3.1　钢结构的连接方法25

3.1.1　焊缝连接25

3.1.2　螺栓连接25

3.1.3　铆钉连接26

3.2　焊接方法和焊缝连接形式26

3.2.1　钢结构常用焊接方法26

3.2.2　焊缝连接形式及焊缝形式27

3.2.3　焊缝缺陷及焊缝质量检验28

3.2.4　焊缝符号、螺栓及其孔眼图例29

3.3　角焊缝的构造与计算30

3.3.1 角焊缝的形式和强度30

3.3.2 角焊缝的构造要求31

3.3.3 直角角焊缝强度计算的基本公式32

3.3.4　各种受力状态下直角角焊缝连接的计算34

3.3.5　斜角角焊缝的计算43

3.4　对接焊缝的构造与计算44

3.4.1　对接焊缝的构造44

3.4.2　对接焊缝的计算45

3.5　焊接应力和焊接变形48

3.5.1　焊接应力的分类和产生的原因48

3.5.2　焊接应力对结构性能的影响49

3.5.3　焊接变形50

3.5.4　减小焊接应力和焊接变形的措施50

3.6　螺栓连接的构造51

3.6.1　螺栓的排列51

3.6.2　螺栓连接的构造要求53

3.7　普通螺栓连接的工作性能和计算54

3.7.1　普通螺栓的抗剪连接54

3.7.2　普通螺栓的抗拉连接57

3.7.3　普通螺栓受剪力和拉力的联合作用61

3.8　高强度螺栓连接的工作性能和计算62

3.8.1 高强度螺栓连接的工作性能62

3.8.2 高强度螺栓群的抗剪计算67

3.8.3 高强度螺栓群的抗拉计算67

3.9　混合连接71

习题72

4　轴心受力构件74

4.1　概述74

4.2　轴心受力构件的强度和刚度75

4.2.1 强度计算75

4.2.2　刚度计算77

4.2.3　轴心拉杆的设计78

4.3　轴心受压构件的稳定78

4.3.1　整体稳定的计算78

4.3.2　局部稳定85

4.4　轴心受压柱的设计87

4.4.1 实腹柱设计87

4.4.2　格构柱设计92

4.4.3　柱的横隔96

4.5　柱头和柱脚100

4.5.1　梁与柱的连接100

4.5.2　柱脚101

习题104

5　受弯构件106

5.1　受弯构件的形式和应用106

5.1.1 实腹式受弯构件——梁106

5.1.2　格构式受弯构件——桁架107

5.2　梁的强度和刚度108

5.2.1　梁的强度108

5.2.2　梁的刚度111

5.3　梁的整体稳定和支撑112

5.3.1 梁整体稳定的概念112

5.3.2　梁整体稳定的保证113

5.3.3 梁整体稳定的计算方法114

5.4　梁的局部稳定和腹板加劲肋设计116

5.4.1 受压翼缘的局部稳定116

5.4.2　腹板的局部稳定117

5.4.3　加劲肋的构造和截面尺寸121

5.4.4 支承加劲肋的计算123

5.5　考虑腹板屈曲后强度的梁设计124

5.5.1　腹板屈曲后的抗剪承载力Vu124

5.5.2　腹板屈曲后的抗弯承载力Meu124

5.5.3 考虑腹板屈曲后强度的梁的计算式125

5.5.4　考虑腹板屈曲后强度的梁的加劲肋设计特点126

5.6　型钢梁的设计126

5.6.1　单向弯曲型钢梁126

5.6.2　双向弯曲型钢梁127

5.7　组合梁的设计130

5.7.1　试选截面130

5.7.2　截面验算132

5.7.3　组合梁截面沿长度的改变132

5.7.4　焊接组合梁翼缘焊缝的计算133

5.8　梁的拼接、连接和支座134

5.8.1　梁的拼接134

5.8.2　次梁与主梁的连接135

5.8.3　梁的支座136

5.9　其他类型的梁140

5.9.1　蜂窝梁140

5.9.2　异种钢组合梁141

5.9.3　预应力钢梁141

5.9.4　钢与混凝土组合梁142

习题143

6　拉弯和压弯构件144

6.1　概述144

6.2　拉弯和压弯构件的强度144

6.3　压弯构件的稳定146

6.3.1 弯矩作用平面内的稳定146

6.3.2　弯矩作用平面外的稳定149

6.3.3　双向弯曲实腹式压弯构件的整体稳定150

6.3.4　压弯构件的局部稳定151

6.4　压弯构件（框架柱）的设计152

6.4.1　框架柱的计算长度152

6.4.2 实腹式压弯构件的设计156

6.4.3　格构式压弯构件的设计160

6.5　框架中梁与柱的连接164

6.6　框架柱的柱脚164

6.6.1　整体式刚接柱脚165

6.6.2　分离式柱脚168

6.6.3　插入式柱脚168

习题169

下篇 建筑钢结构设计170

7　单层厂房结构170

7.1　厂房结构的形式和布置170

7.1.1　厂房结构的组成170

7.1.2　厂房结构的设计步骤171

7.1.3　柱网和温度伸缩缝的布置171

7.2　厂房结构的框架形式172

7.2.1　横向框架主要尺寸和计算简图172

7.2.2　横向框架的荷载和内力174

7.2.3　框架柱的类型175

7.2.4　纵向框架的柱间支撑176

7.3　屋盖结构177

7.3.1　屋盖结构的形式177

7.3.2　屋盖支撑181

7.3.3　简支屋架设计185

7.3.4　刚接屋架（框架横梁）设计特点211

7.4　框架柱设计特点212

7.4.1　柱的计算长度212

7.4.2　柱的截面验算213

7.4.3　肩梁的构造和计算214

7.4.4　托架与柱的连接215

7.5　轻型门式刚架结构216

7.5.1　结构形式和布置216

7.5.2　荷载计算及荷载组合218

7.5.3　刚架的内力和侧移计算220

7.5.4　刚架柱和梁的设计222

7.5.5　节点设计227

7.5.6　柱脚228

7.5.7　檩条设计229

7.5.8　墙架构件设计229

7.5.9　支撑构件设计230

7.5.10　屋面板和墙板设计230

7.6　吊车梁设计特点240

7.6.1 吊车梁系统结构的组成241

7.6.2 吊车梁的荷载241

7.6.3　吊车梁的内力计算242

7.6.4 吊车梁的截面验算242

7.6.5 吊车梁与柱的连接245

7.6.6 吊车梁设计例题245

7.7　墙架体系252

7.7.1　墙体类型252

7.7.2　墙架结构的布置252

习题（课程设计题）254

8　大跨度房屋结构256

8.1　平面承重的大跨屋盖结构258

8.1.1 梁式大跨结构258

8.1.2　框架结构259

8.1.3　拱式结构261

8.2　空间网架屋盖结构264

8.2.1 空间结构的特性264

8.2.2 平板式空间网架的形式265

8.2.3 网架结构的设计特点269

8.3　网壳结构277

8.4　悬索结构279

8.5　膜结构281

9　多、高层房屋结构283

9.1　概述283

9.1.1 多、高层钢结构的特点283

9.1.2 高层建筑钢结构的结构体系284

9.2　高层钢结构的计算特点286

9.2.1　结构荷载286

9.2.2　结构设计289

9.3　压型钢板组合楼（屋）盖结构292

9.3.1　组合楼板的设计要求292

9.3.2　组合梁的设计要求295

9.4　构件及连接的设计特点299

9.4.1 梁的设计299

9.4.2　柱的设计299

9.4.3　抗侧力结构的设计300

9.4.4　连接节点的设计303

习题306

附录307

附录1　钢材和连接的强度设计值307

附录2　结构或构件的变形容许值309

附录3　梁的整体稳定系数311

附录4　轴心受压构件的稳定系数314

附录5　柱的计算长度系数317

附录6　疲劳计算的构件和连接分类319

附录7　型钢表321

附录8　螺栓和锚栓规格336

参考文献337