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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

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 压弯构件变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临界状态 107

4.4.4 薄板的屈曲后强度 109

5 轴心受力构件 116

5.1 概述 116

5.2 轴心受力构件的强度和刚度 117

5.2.1 强度计算 117

5.2.2 刚度计算 119

5.2.3 轴心拉杆的设计 120

5.3 轴心受压构件的稳定 120

5.3.1 整体稳定的计算 120

5.3.2 局部稳定 125

5.4 轴心受压柱的设计 127

5.4.1 实腹柱设计 127

5.4.2 格构柱设计 131

5.4.3 柱的横隔 137

5.5 柱头和柱脚 139

5.5.1 梁与柱的连接 139

5.5.2 柱脚 139

6 受弯构件 145

6.1 受弯构件的形式和应用 145

6.1.1 实腹式受弯构件--梁 145

6.1.2 格构式受弯构件--桁架 146

6.2 梁的强度和刚度 147

6.2.1 梁的强度 147

6.2.2 梁的刚度 151

6.3 梁的整体稳定和支撑 151

6.3.1 梁整体稳定的概念 151

6.3.2 梁整体稳定的保证 152

6.3.3 梁整体稳定的计算方法 153

6.4 梁的局部稳定和腹板加劲肋设计 155

6.4.1 受压翼缘的局部稳定 156

6.4.2 腹板的局部稳定 157

6.4.3 腹板加劲肋的配置 160

6.4.4 σc=0的梁和简支吊车梁腹板加劲肋间距的计算 160

6.4.5 加劲肋的构造和截面尺寸 163

6.4.6 支承加劲肋的计算 163

6.5 考虑腹板屈曲后强度的梁设计特点 164

6.5.1 腹板屈曲后的抗剪承载力Vu 164

6.5.2 腹板屈曲后的抗弯承载力Meu 165

6.5.3 考虑腹板屈曲后强度的梁的计算式 165

6.5.4 考虑腹板屈曲后强度的梁的加劲肋设计特点 165

6.6 型钢梁的设计 166

6.6.1 单向弯曲型钢梁 166

6.6.2 双向弯曲型钢梁 166

6.7 组合梁的设计 170

6.7.1 试选截面 170

6.7.2 截面验算 171

6.7.3 组合梁截面沿长度的改变 171

6.7.4 焊接组合梁翼缘焊缝的计算 172

6.8 梁的拼接、连接和支座 173

6.8.1 梁的拼接 173

6.8.2 次梁与主梁的连接 174

6.8.3 梁的支座 175

6.9 其他类型的梁 179

6.9.1 蜂窝梁 179

6.9.2 异种钢组合梁 179

6.9.3 预应力钢梁 180

6.9.4 钢与混凝土组合梁 180

7 拉弯和压弯构件 183

7.1 概述 183

7.2 拉弯和压弯构件的强度 184

7.3 压弯构件的稳定 185

7.3.1 弯矩作用平面内的稳定 185

7.3.2 弯矩作用平面外的稳定 187

7.3.3 双向弯曲实腹式压弯构件的整体稳定 188

7.3.4 压弯构件的局部稳定 189

7.4 压弯构件(框架柱)的设计 190

7.4.1 框架柱的计算长度 190

7.4.2 实腹式压弯构件的设计 193

7.4.3 格构式压弯构件的设计 197

7.5 框架中梁与柱的连接 201

7.6 框架柱的柱脚 201

7.6.1 整体式刚接柱脚 203

7.6.2 分离式柱脚 205

7.6.3 插入式柱脚 205

下篇 建筑钢结构设计 207

8 单层厂房结构 207

8.1 厂房结构的形式和布置 207

8.1.1 厂房结构的组成 207

8.1.2 厂房结构的设计步骤 208

8.1.3 柱网和温度伸缩缝的布置 208

8.2 厂房结构的框架形式 209

8.2.1 横向框架主要尺寸和计算简图 209

8.2.2 横向框架的荷载和内力 211

8.2.3 框架柱的类型 212

8.2.4 纵向框架的柱间支撑 212

8.3 屋盖结构 214

8.3.1 屋盖结构的形式 214

8.3.2 屋盖支撑 218

8.3.3 简支屋架设计 222

8.3.4 刚接屋架(框架横梁)设计特点 248

8.4 框架柱设计特点 249

8.4.1 柱的计算长度 249

8.4.2 柱的截面验算 251

8.4.3 肩梁的构造和计算 251

8.4.4 托架与柱的连接 253

8.5 轻型门式刚架结构 253

8.5.1 结构形式和布置 254

8.5.2 作用效应计算 255

8.5.3 构件设计特点 257

8.5.4 连接和节点设计特点 260

8.6 吊车梁设计特点 262

8.6.1 吊车梁系统结构的组成 262

8.6.2 吊车梁的荷载 263

8.6.3 吊车梁的内力计算 264

8.6.4 吊车梁的截面验算 264

8.6.5 吊车梁与柱的连接 267

8.6.6 吊车梁设计例题 267

8.7 墙架体系 273

8.7.1 墙体类型 273

8.7.2 墙架结构的布置 274

9 大跨度房屋结构 277

9.1 平面承重的大跨屋盖结构 279

9.1.1 梁式大跨结构 279

9.1.2 框架结构 280

9.1.3 拱式结构 282

9.2 空间网架屋盖结构 285

9.2.1 空间结构的特性 285

9.2.2 平板式空间网架的形式 285

9.2.3 网架结构的设计特点 290

9.3 悬挂式屋盖简介 294

10 多、高层房屋结构 297

10.1 概述 297

10.1.1 多、高层钢结构的特点 297

10.1.2 高层建筑钢结构的结构体系 298

10.2 高层钢结构的计算特点 300

10.2.1 结构荷载 300

10.2.2 结构设计 304

10.3 压型钢板组合楼(屋)盖结构 306

10.3.1 组合楼板的设计要求 306

10.3.2 组合梁的设计要求 308

10.4 构件及连接的设计特点 313

10.4.1 梁的设计 313

10.4.2 柱的设计 314

10.4.3 抗侧力结构的设计 314

10.4.4 连接节点的设计 318

附录1 钢材和连接的强度设计值 322

附录2 受弯构件的容许挠度 324

附录3 梁的整体稳定系数 325

附录4 轴心受压构件的稳定系数 328

附录5 柱的计算长度系数 330

附录6 疲劳计算的构件和连接分类 332

附录7 型钢表 334

附录8 螺栓和锚栓规格 346

参考文献 347