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目录1

第1章 结构钢性能及生产和制造过程的影响1

1.1 结构用型钢和钢板1

1.1.1 碳素钢4

1.1.2 高强度低合金钢4

1.1.3 热处理碳素钢和HSLA钢5

1.1.4 热处理结构合金钢6

1.1.5 桥梁用钢6

1.2 钢材质量规定8

1.3 结构钢的相对价格8

1.4 结构用薄钢板和带钢11

1.5 结构用钢管14

1.6 钢索在结构中的应用15

1.7 拉伸性能16

1.8 剪切特性18

1.9 硬度试验18

1.10 冷加工对拉伸性能的影响19

1.11 应变速率对拉伸性能的影响20

1.12 高温对拉伸性能的影响21

1.13 疲劳24

1.14 脆性断裂25

1.15 残余应力27

1.16 层状撕裂28

1.18 K区域裂缝29

1.17 重型截面中的焊接接头29

1.19 机械性能的变化30

1.20 加热和冷却时碳素钢的变化31

1.21 晶粒大小的影响32

1.22 退火和正火33

1.23 化学成分对钢材性质的影响34

1.24 炼钢方法36

1.25 铸造和热轧37

1.26 冲孔和剪切的影响39

1.27 焊接的影响40

1.28 热切割的影响40

2.1 工厂加工详图42

第2章 制作与安装42

2.2 切割、剪切和锯割44

2.3 冲孔和钻孔45

2.4 数控机器45

2.5 螺栓连接45

2.6 焊接46

2.7 起拱49

2.8 工厂预装配50

2.9 轧制截面52

2.10 组合截面53

2.11 清理和涂装55

2.12 制作公差56

2.13 安装设备57

2.14 房屋安装方法62

2.15 桥梁安装工序63

2.16 工地公差66

2.17 安全事宜66

第3章 一般结构原理68

3.1 结构原理的基础68

3.2 力69

3.3 力矩71

3.4 平衡方程72

3.5 摩擦力74

3.6 运动学76

3.7 动力学78

3.8 应力-应变图80

3.9 应力和应变的分量80

3.10 应力-应变关系83

3.11 主应力和最大剪应力85

3.12 莫尔圆（Mohr's Circle）86

3.13 结构构件和支座的类型87

3.14 轴心受力构件89

3.15 受扭构件90

3.16 梁的弯曲应力和应变92

3.16.1 弹性范围内的弯曲93

3.16.2 塑性范围内的弯曲96

3.17 梁的剪应力97

3.18 梁中剪力、弯矩、变形之间的关系99

3.19 梁的剪切变形109

3.20 组合受力构件110

3.21 非对称弯曲111

3.22 外力功113

3.23 虚功和应变能114

3.24 CASTIGLIANO'S定理119

3.25 互等定理120

3.26 荷载的类型121

3.27.2 刚架122

3.27.1 桁架122

3.27 常用结构体系122

3.27.3 连续梁124

3.28 静定和几何不变性124

3.29 静定结构的反力计算125

3.30 静定桁架的内力126

3.30.1 截面法126

3.30.2 结点法127

3.31 静定桁架的变形128

3.32 静定梁和框架的内力129

3.33 梁的变形130

3.33.1 共轭梁法130

3.33.2 图乘法132

3.33.3 单位荷载法133

3.34 超静定体系的分析方法134

3.35 力法135

3.36 位移法137

3.37 转角位移法138

3.38 弯矩分配法141

3.39 刚度矩阵法143

3.40 影响线149

3.41 柱的弹性屈曲152

3.42 梁的弹性侧向屈曲155

3.44 局部屈曲157

3.43 框架的弹性弯曲屈曲157

3.45 线性分析和非线性分析的比较159

3.46 二阶效应的基本概念160

3.47 估算二阶效应产生的放大系数160

3.48 二阶效应的几何刚度矩阵法162

3.49 材料非线性效应的基本概念163

3.50 塑性分析的经典方法165

3.50.1 平衡法166

3.50.2 机动法167

3.50.3 经典塑性分析的扩展169

3.51 非弹性分析的现代方法169

3.52 结构动力学的基本概念170

3.53 单自由度体系的振动171

3.54 动力荷载对材料的影响173

3.55 反复荷载173

第4章 特殊结构分析174

4.1 三铰拱174

4.2 两铰拱175

4.3 无铰拱178

4.4 拱肋的内力180

4.5 薄壁拱壳180

4.6 肋型拱壳183

4.7 肋环型拱壳192

4.8 施威德勒（Schwedler）网壳194

4.9 简单的悬索结构195

4.9.1 悬链线196

4.9.2 抛物线197

4.10 悬索结构体系200

4.11 平面梁格体系206

4.12 折板体系213

4.13 正交异性板220

第5章 连接233

5.1 连接件和焊缝的使用限制233

5.2 螺栓和焊接的组合连接234

5.3 高强度螺栓、螺母和垫圈234

5.4 碳素钢或普通（机械）螺栓237

5.6 销钉238

5.5 焊接螺柱238

5.7 连接件直径242

5.8 紧固件孔洞242

5.9 紧固件的最少数量244

5.10 紧固件净距244

5.11 紧固件间距245

5.12 螺栓端矩246

5.13 填板248

5.14 螺栓的安装249

5.15 焊接材料251

5.16 焊接类型252

5.17 标准焊缝符号257

5.18 焊缝位置261

5.19 角焊缝尺寸的限制261

5.20 塞焊和槽焊尺寸的限制263

5.21 焊接步骤264

5.22 焊接质量267

5.23 施焊的净空和焊缝空间268

5.24 最小连接269

5.25 吊杆连接270

5.25.1 螺栓连接的搭接接头270

5.25.2 焊接搭接接头271

5.25.3 受拉螺栓273

5.25.4 对接焊缝接头276

5.26 受拉拼接277

5.27 受压拼接280

5.28 柱底板285

5.29 梁支座承压板291

5.30 受剪连接292

5.31 牛腿连接297

5.32 梁的铰接307

5.32.1 框架式连接308

5.32.2 托座式连接309

5.33 抗弯连接316

5.34 梁支承于支座顶部326

5.35 桁架连接327

5.36 支撑连接328

5.37 吊车梁连接338

第6章 建筑结构设计准则340

6.1 建筑结构设计规范340

6.2 特殊结构的安全评估341

6.3 设计规程341

6.4 建筑结构的荷载342

6.4.1 规范规定的荷载342

6.4.2 恒荷载342

6.4.3 楼面活荷载345

6.5.1 屋面活荷载348

6.5 屋面荷载348

6.4.4 集中荷载348

6.4.5 荷载布置方式348

6.5.2 雪荷载349

6.6 风荷载351

6.7 地震荷载357

6.8 冲击荷载363

6.9 吊车荷载364

6.10 约束作用364

6.11 荷载组合365

6.12 ASD与LRFD规程366

6.13 轴向受拉367

6.14.1 腹板受剪370

6.14 受剪370

6.14.2 螺栓受剪371

6.14.3 焊缝受剪375

6.15 拉-剪组合376

6.15.1 螺栓的拉剪应力376

6.15.2 梁腹板受拉剪组合作用377

6.15.3 剪拉联合破坏带377

6.16 受压378

6.16.1 局部屈曲378

6.16.2 轴心受压378

6.16.3 梁受集中荷载作用380

6.17.1 紧密型截面381

6.17 抗弯强度381

6.17.2 LRFD规程中的抗弯强度382

6.17.3 ASD规程中的弯曲应力383

6.18 承压385

6.19 压弯组合386

6.19.1 LRFD的压弯强度386

6.19.2 ASD的压弯强度387

6.20 拉弯组合388

6.21 风和地震作用下的应力388

6.22 疲劳荷载389

6.23 板件的屈曲400

6.24 受拉构件的设计参数401

6.25 轧制型钢梁和板梁的设计参数402

6.25.1 翼缘面积402

6.25.2 腹板面积403

6.25.3 加劲肋设置404

6.26 组合结构设计与施工准则405

6.26.1 采用剪力连接件的组合梁405

6.26.2 剪力连接件407

6.26.3 外包混凝土组合梁411

6.26.4 组合柱412

6.27 正常使用性能413

6.28 组合受压构件414

6.30 塑性设计416

6.29 组合受拉杆件416

6.31 空心截面417

6.31.1 荷载418

6.31.2 轴心受拉418

6.31.3 HSS的局部屈曲419

6.31.4 轴心受压420

6.31.5 弯曲420

6.31.6 横向剪力421

6.31.7 扭转422

6.32 索结构423

6.31.9 其他423

6.31.8 弯曲和轴力组合423

6.33 结构防火424

6.33.1 可燃材料与不可燃材料424

6.33.2 结构抗火426

6.33.3 防火建筑426

6.33.4 钢材的温度效应426

6.33.5 防火材料427

6.33.6 建筑外露结构钢430

6.33.7 有约束和无约束建筑432

6.33.8 暴露于火中的结构钢构件的温度434

6.33.9 合理的抗火设计436

7.1 受拉构件437

第7章 结构构件的设计437

7.2 双角钢吊杆的设计方法比较438

7.2.1 双角钢吊杆的LRFD法439

7.2.2 双角钢吊杆的ASD法439

7.3 宽翼缘桁架构件的LRFD设计实例440

7.4 受压构件441

7.5 轴心受压钢管的LRFD设计实例442

7.6 轴心受压的宽翼缘截面的设计方法比较443

7.6.1 轴心受压的宽翼缘W型截面的LRFD法443

7.6.2 轴心受压的宽翼缘W型截面的ASD法443

7.7 轴心受压的双角钢构件的LRFD设计实例444

7.8 钢梁445

7.9 楼面简支梁的设计方法比较446

7.9.1 楼面简支梁的LRFD法447

7.9.2 楼面简支梁的ASD法448

7.10 上翼缘无支撑的楼面梁LRFD设计实例449

7.11 悬挑楼面梁的LRFD设计实例451

7.12 钢-混凝土组合梁452

7.13 均布荷载作用下的组合梁的LRFD设计实例455

7.14 集中荷载和端弯矩作用下的组合梁的LRFD设计实例462

7.15 轴力和双向弯矩组合作用下的构件设计467

7.16 多层刚框架宽翼缘截面柱的LRFD设计实例468

7.17 柱脚底板设计472

7.18 柱脚底板的LRFD设计实例473

8.1 混凝土填充压型金属板475

第8章 楼盖和屋盖系统475

8.2 预制混凝土板481

8.3 现浇混凝土楼板482

8.4 压型金属屋面板483

8.5 轻型预制混凝土屋面板485

8.6 木纤维板487

8.7 石膏-混凝土板487

8.8 热轧型材488

8.9 空腹托梁490

8.10 轻型楼盖钢结构490

8.11 桁架491

8.13 交错桁架492

8.12 短柱梁492

8.14 空腹梁494

8.15 容许应力设计法与荷载抗力分项系数设计法495

8.16 恒载挠度496

8.17 防火496

8.18 振动496

8.19 板梁498

8.20 空间构架498

8.21 拱形屋顶499

8.22 穹顶500

8.23 索结构501

9.1 风荷载的定义504

第9章 抗侧力设计504

9.2 风载的确定507

9.2.1 UBC中风荷载的规定507

9.2.2 风荷载的其他规定511

9.3 典型规范中的地震荷载512

9.4 地震设计中的等效静力荷载512

9.5 地震荷载分配的动力方法516

9.6 用于抗震设计的钢结构体系519

9.7 钢框架抗震设计的规定524

9.7.1 抗弯框架的规定524

9.7.2 中心支撑框架的规定530

9.7.3 偏心支撑框架532

9.8 侧向荷载作用下框架的内力534

9.8.1 内力分析方法534

9.8.2 框架结构的非线性分析537

9.9 侧向荷载作用下的杆件和节点设计538

第10章 冷成型钢结构设计541

10.1 设计规范和材料541

10.2 制造方法及其影响542

10.3 标准荷载544

10.4 设计方法545

10.4.1 ASD设计要求545

10.4.2 LRFD设计要求546

10.5 截面特性的计算547

10.6 有效宽度的概念548

10.7 最大宽厚比550

10.8 被加劲板件的有效宽度551

10.8.1 均匀受压被加劲构件551

10.8.2 有应力梯度的加劲板件552

10.9 未加劲板件的有效宽度552

10.9.1 均匀受压的未加劲板件552

10.9.2 未加劲板件和有应力梯度的边缘加劲件552

10.10 有边缘加劲均匀受压板件的有效宽度554

10.11 受拉构件555

10.12.2 基于侧向屈曲的标准强度556

10.12.1 基于边缘屈服的标准强度556

10.12 受弯构件556

10.12.3 一个翼缘连接在楼面板或屋面板上的梁（C型或Z型截面）559

10.12.4 一个翼缘连接到立缝式屋面系统的梁（C型或Z型截面）559

10.12.5 标准抗剪强度559

10.12.6 弯剪组合560

10.12.7 腹板皱屈561

10.12.8 弯曲和腹板皱屈的组合强度563

10.13 中心受压的构件564

10.13.1 弹性弯曲屈曲565

10.13.2 扭转或弯扭屈曲的对称截面565

10.14 轴向拉力和弯曲组合566

10.13.3 不对称截面566

10.13.4 一个翼缘通过连接件与楼板、屋面板连接的梁（C型或Z型截面）566

10.15 轴向压力和弯曲组合567

10.16 圆管构件569

10.16.1 弯曲569

10.16.2 轴向受压570

10.17 焊接连接570

10.17.1 对接连接中的坡口焊缝570

10.17.2 角焊缝571

10.17.3 电弧点焊571

10.18 螺栓连接574

10.17.4 电阻焊574

10.18.1 板的抗剪强度（间距和边距）575

10.18.2 连接部分的抗拉强度575

10.18.3 承压强度575

10.18.4 螺栓的抗剪和抗拉576

10.19 螺丝连接579

10.19.1 抗剪579

10.19.2 抗拉强度580

10.20 连接的其他临界状态581

10.21 墙柱组合单元581

10.22 有效截面计算算例582

10.23 弯曲强度计算算例585