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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9

2.1 钢结构对材料的要求9

2.2 钢材的破坏形式9

2.3 钢材的主要性能9

2.3.1 受拉、受压及受剪时的性能9

2.3.2 冷弯性能11

2.3.3 冲击韧性11

2.4 各种因素对钢材主要性能的影响11

2.4.1 化学成分11

2.4.2 冶金缺陷12

2.4.3 钢材硬化12

2.4.4 温度影响12

2.4.5 应力集中13

2.4.6 反复荷载作用14

2.5 复杂应力作用下钢材的屈服条件15

2.6 钢材的疲劳15

2.6.1 常幅疲劳15

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19

2.7.1 钢的种类19

2.7.2 钢材的选择20

2.7.3 钢材的规格21

3 钢结构的连接22

3.1 钢结构的连接方法22

3.1.1 焊缝连接22

3.1.2 铆钉连接22

3.1.3 螺栓连接22

3.2 焊接方法和焊缝连接形式23

3.2.1 钢结构常用焊接方法23

3.2.2 焊缝连接形式及焊缝形式24

3.2.3 焊缝缺陷及焊缝质量检验25

3.2.4 焊缝代号、螺栓及其孔眼图例26

3.3 角焊缝的构造与计算27

3.3.1 角焊缝的形式和强度27

3.3.2 角焊缝的构造要求28

3.3.3 直角角焊缝强度计算的基本公式29

3.3.4 各种受力状态下直角角焊缝连接的计算31

3.3.5 斜角角焊缝的计算40

3.4 对接焊缝的构造与计算41

3.4.1 对接焊缝的构造41

3.4.2 对接焊缝的计算42

3.5 焊接应力和焊接变形45

3.5.1 焊接应力的分类和产生的原因45

3.5.2 焊接应力对结构性能的影响46

3.5.3 焊接变形47

3.5.4 减少焊接应力和焊接变形的措施47

3.6 螺栓连接的构造48

3.6.1 螺栓的排列48

3.6.2 螺栓连接的构造要求50

3.7 普通螺栓连接的工作性能和计算50

3.7.1 普通螺栓的抗剪连接50

3.7.2 普通螺栓的抗拉连接54

3.7.3 普通螺栓受剪力和拉力的联合作用58

3.8 高强度螺栓连接的工作性能和计算60

3.8.1 高强度螺栓连接的工作性能60

3.8.2 高强度螺栓群的抗剪计算64

3.8.3 高强度螺栓群的抗拉计算65

3.9 混合连接68

习题69

4 钢构件的稳定71

4.1 受压构件的弯曲失稳71

4.1.1 理想轴心受压构件的弯曲屈曲71

4.1.2 初始缺陷对压杆稳定的影响75

4.1.3 实际轴心压杆的极限承载力和多柱子曲线81

4.1.4 压弯构件弯矩作用平面内的稳定83

4.1.5 杆端约束对压杆稳定的影响——计算长度86

4.2 构件的扭转应力87

4.2.1 概述87

4.2.2 等截面构件的自由扭转89

4.2.3 构件的约束扭转90

4.3 构件的弯扭屈曲95

4.3.1 受弯构件（梁）的侧向弯扭屈曲95

4.3.2 轴心压杆的扭转屈曲和弯扭屈曲97

4.3.3 双轴对称截面偏心压杆的弯扭屈曲102

4.4 矩形薄板的屈曲103

4.4.1 薄板屈曲的平衡方程103

4.4.2 荷载作用于中面的薄板临界荷载104

4.4.3 各种边缘荷载共同作用下的薄板稳定107

4.4.4 薄板的屈曲后强度109

习题113

5 轴心受力构件115

5.1 概述115

5.2 轴心受力构件的强度和刚度116

5.2.1 强度计算116

5.2.2 刚度计算118

5.2.3 轴心拉杆的设计119

5.3 轴心受压构件的稳定119

5.3.1 整体稳定的计算119

5.3.2 局部稳定124

5.4 轴心受压柱的设计126

5.4.1 实腹柱设计126

5.4.2 格构柱设计130

5.4.3 柱的横隔136

5.5 柱头和柱脚138

5.5.1 梁与柱的连接138

5.5.2 柱脚138

习题142

6 受弯构件144

6.1 受弯构件的形式和应用144

6.1.1 实腹式受弯构件——梁144

6.1.2 格构式受弯构件——桁架145

6.2 梁的强度和刚度146

6.2.1 梁的强度146

6.2.2 梁的刚度150

6.3 梁的整体稳定和支撑150

6.3.1 梁整体稳定的概念150

6.3.2 梁整体稳定的保证151

6.3.3 梁整体稳定的计算方法152

6.4 梁的局部稳定和腹板加劲肋设计154

6.4.1 受压翼缘的局部稳定155

6.4.2 腹板的局部稳定156

6.4.3 加劲肋的构造和截面尺寸159

6.4.4 支承加劲肋的计算160

6.5 考虑腹板屈曲后强度的梁设计161

6.5.1 腹板屈曲后的抗剪承载力Vu161

6.5.2 腹板屈曲后的抗弯承载力Meu161

6.5.3 考虑腹板屈曲后强度的梁的计算式162

6.5.4 考虑腹板屈曲后强度的梁的加劲肋设计特点162

6.6 型钢梁的设计163

6.6.1 单向弯曲型钢梁163

6.6.2 双向弯曲型钢梁163

6.7 组合梁的设计166

6.7.1 试选截面166

6.7.2 截面验算168

6.7.3 组合梁截面沿长度的改变168

6.7.4 焊接组合梁翼缘焊缝的计算169

6.8 梁的拼接、连接和支座170

6.8.1 梁的拼接170

6.8.2 次梁与主梁的连接171

6.8.3 梁的支座172

6.9 其他类型的梁176

6.9.1 蜂窝梁176

6.9.2 异种钢组合梁177

6.9.3 预应力钢梁177

6.9.4 钢与混凝土组合梁178

习题179

7 拉弯和压弯构件180

7.1 概述180

7.2 拉弯和压弯构件的强度181

7.3 压弯构件的稳定182

7.3.1 弯矩作用平面内的稳定182

7.3.2 弯矩作用平面外的稳定184

7.3.3 双向弯曲实腹式压弯构件的整体稳定185

7.3.4 压弯构件的局部稳定186

7.4 压弯构件（框架柱）的设计187

7.4.1 框架柱的计算长度187

7.4.2 实腹式压弯构件的设计191

7.4.3 格构式压弯构件的设计194

7.5 框架中梁与柱的连接198

7.6 框架柱的柱脚199

7.6.1 整体式刚接柱脚200

7.6.2 分离式柱脚202

7.6.3 插入式柱脚203

习题203

下篇 建筑钢结构设计205

8 单层厂房结构205

8.1 厂房结构的形式和布置205

8.1.1 厂房结构的组成205

8.1.2 厂房结构的设计步骤206

8.1.3 柱网和温度伸缩缝的布置206

8.2 厂房结构的框架形式207

8.2.1 横向框架主要尺寸和计算简图207

8.2.2 横向框架的荷载和内力209

8.2.3 框架柱的类型210

8.2.4 纵向框架的柱间支撑210

8.3 屋盖结构212

8.3.1 屋盖结构的形式212

8.3.2 屋盖支撑216

8.3.3 简支屋架设计220

8.3.4 刚接屋架（框架横梁）设计特点238

8.4 框架柱设计特点241

8.4.1 柱的计算长度241

8.4.2 柱的截面验算242

8.4.3 肩梁的构造和计算243

8.4.4 托架与柱的连接244

8.5 轻型门式刚架结构245

8.5.1 结构形式和布置245

8.5.2 作用效应计算247

8.5.3 构件设计特点248

8.5.4 连接和节点设计特点252

8.6 吊车梁设计特点254

8.6.1 吊车梁系统结构的组成254

8.6.2 吊车梁的荷载255

8.6.3 吊车梁的内力计算255

8.6.4 吊车梁的截面验算256

8.6.5 吊车梁与柱的连接258

8.6.6 吊车梁设计例题259

8.7 墙架体系265

8.7.1 墙体类型265

8.7.2 墙架结构的布置266

9 大跨度房屋结构268

9.1 平面承重的大跨屋盖结构270

9.1.1 梁式大跨结构270

9.1.2 框架结构271

9.1.3 拱式结构273

9.2 空间网架屋盖结构275

9.2.1 空间结构的特性276

9.2.2 平板式空间网架的形式276

9.2.3 网架结构的设计特点281

9.3 悬挂式屋盖简介285

10 多、高层房屋结构288

10.1 概述288

10.1.1 多、高层钢结构的特点288

10.1.2 高层建筑钢结构的结构体系289

10.2 高层钢结构的计算特点291

10.2.1 结构荷载291

10.2.2 结构设计295

10.3 压型钢板组合楼（屋）盖结构297

10.3.1 组合楼板的设计要求297

10.3.2 组合梁的设计要求300

10.4 构件及连接的设计特点304

10.4.1 梁的设计304

10.4.2 柱的设计305

10.4.3 抗侧力结构的设计306

10.4.4 连接节点的设计309

习题312

附录1 钢材和连接的强度设计值313

附录2 受弯构件的容许挠度315

附录3 梁的整体稳定系数316

附录4 轴心受压构件的稳定系数319

附录5 柱的计算长度系数321

附录6 疲劳计算的构件和连接分类323

附录7 型钢表325

附录8 螺栓和锚栓规格337

参考文献338