钢结构 原理与设计 精编本PDF电子书下载

1　绪论 1

1.1　钢结构的特点和应用 1

1.1.1　钢结构的特点 1

1.1.2　钢结构的应用 2

1.2　钢结构的发展 5

1.2.1　推广应用高效钢材 5

1.2.2　改进设计方法 7

1.2.3　采用新型结构 7

1.2.4　应用优化原理 9

1.2.5 构件的定型化、系列化、产品化 9

1.3　钢结构课程的主要内容、特点和学习方法 9

1.3.1　钢结构课程的主要内容 9

1.3.2　钢结构课程的特点 9

1.3.3 钢结构课程的学习方法 10

思考题 11

习题 11

2　钢结构的材料 12

2.1　钢结构对钢材性能的要求 12

2.2　钢材的性能 13

2.2.1 钢材的力学性能和工艺性能 13

2.2.2　钢材的可焊性能 16

2.2.3　钢材的耐火、耐候性能 17

2.3　钢材的破坏形式——塑性破坏和脆性破坏 18

2.4　影响钢材性能和脆性破坏的因素 18

2.4.1 化学成分的影响 18

2.4.2 冶炼、浇铸、轧制和热处理的影响 19

2.4.3　钢材的硬化 21

2.4.4　温度的影响 21

2.4.5 复杂应力作用的影响 22

2.4.6 应力集中的影响 23

2.4.7 残余应力的影响 24

2.4.8 重复荷载作用的影响（疲劳） 24

2.5　钢和钢材的种类及选用 24

2.5.1　钢结构用钢的种类 24

2.5.2　钢结构用钢的牌号 25

2.5.3　钢材的选用 31

2.5.4　钢材的品种和规格 33

思考题 36

3　钢结构的设计方法 37

3.1　概述 37

3.1.1　钢结构设计的目的 37

3.1.2 结构的功能要求 37

3.1.3　结构的可靠性和可靠度 37

3.2　概率极限状态设计法 38

3.2.1　结构的极限状态 38

3.2.2 失效概率Pf和可靠指标β 39

3.3　概率极限状态设计法的设计表达式 41

3.3.1　分项系数γG、γQ、γR的取值 41

3.3.2　分项系数概率极限状态设计表达式 42

3.3.3　钢材的强度设计值 45

3.4　钢材的疲劳和疲劳计算 46

3.4.1 影响疲劳强度的主要因素 46

3.4.2 疲劳曲线（△σ-n曲线） 48

3.4.3　疲劳计算 50

思考题 52

4　钢结构的连接 53

4.1　钢结构的连接方法及其应用 53

4.1.1　焊接 53

4.1.2　栓接 54

4.1.3　铆接 55

4.2　焊接方法、焊缝形式和质量等级 55

4.2.1　焊接方法 55

4.2.2　焊接接头及焊缝的形式 57

4.2.3　焊缝符号及标注方法 59

4.2.4　焊缝质量等级 60

4.3 （全焊透）对接焊缝和对接与角接组合焊缝的构造和计算 61

4.3.1 （全焊透）对接焊缝和对接与角接组合焊缝的构造 61

4.3.2 （全焊透）对接焊缝和对接与角接组合焊缝的计算 63

4.4　（直角）角焊缝的构造和计算 66

4.4.1 角焊缝的构造 66

4.4.2 角焊缝的计算 68

4.5　部分焊透的对接焊缝和对接与角接组合焊缝的构造和计算 79

4.5.1 部分焊透的对接焊缝和对接与角接组合焊缝的应用 79

4.5.2　部分焊透的对接焊缝和对接与角接组合焊缝的截面形式 80

4.5.3　部分焊透的对接焊缝和对接与角接组合焊缝的计算 80

4.5.4　部分焊透的对接焊缝构造要求的最小厚度 81

4.6　斜角角焊缝的构造和计算 82

4.7　焊接残余应力和残余变形 83

4.7.1 焊接残余应力和残余变形的成因 83

4.7.2　焊接残余应力的种类 84

4.7.3　焊接残余变形 85

4.7.4 焊接残余应力和残余变形的影响 85

4.7.5 减少焊接残余应力和残余变形的方法 86

4.8　普通螺栓和高强度螺栓连接的构造及紧固 87

4.8.1　螺栓的形式和规格 87

4.8.2 螺栓及孔的图例 88

4.8.3　螺栓的排列 88

4.8.4　螺栓的紧固方法和预拉力的控制 90

4.9　普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接的计算 91

4.9.1　受剪螺栓连接 92

4.9.2　受拉螺栓连接 99

4.9.3　拉剪螺栓连接 103

4.10　高强度螺栓摩擦型连接的计算 105

4.10.1 摩擦型连接受剪高强度螺栓的受力性能和计算 105

4.10.2　摩擦型连接受拉高强度螺栓的受力性能和计算 108

4.10.3　摩擦型连接拉剪高强度螺栓的受力性能和计算 109

思考题 111

习题 112

5　受弯构件 115

5.1　受弯构件的类型和应用 115

5.1.1 受弯构件（梁）的种类 115

5.1.2 梁的截面形式和应用 115

5.2　梁的强度 116

5.2.1　抗弯强度 116

5.2.2　抗剪强度 119

5.2.3　局部承压强度 119

5.2.4　折算应力 120

5.3　梁的刚度 121

5.4　梁的整体稳定 122

5.4.1 梁整体稳定的概念 122

5.4.2 梁丧失整体稳定的临界弯矩 123

5.4.3 梁整体稳定的计算公式 125

5.4.4 梁的整体稳定性系数ψb 125

5.4.5 均匀弯曲的受弯构件整体稳定系数ψb的近似计算（适用于λy≤120 ？235/fy） 128

5.4.6　保证梁整体稳定性的措施和不需计算整体稳定的梁 129

5.5　型钢梁设计 132

5.5.1 单向弯曲型钢梁 132

5.5.2 双向弯曲型钢梁 135

5.6　焊接组合梁设计 138

5.6.1　截面选择 138

5.6.2　截面验算 140

5.6.3 梁截面沿长度的改变 140

5.6.4　翼缘焊缝的计算 141

5.7　梁的局部稳定和腹板加劲肋设计 147

5.7.1　矩形薄板的屈曲 147

5.7.2 梁受压翼缘的宽厚比限值 148

5.7.3　梁腹板的屈曲 149

5.7.4 梁腹板加劲肋的配置规定 152

5.7.5　腹板局部稳定的计算 153

5.7.6　加劲肋的截面选择和构造要求 158

5.7.7　支承加劲肋的计算 159

5.8　考虑腹板屈曲后强度时梁的设计 164

5.8.1 梁腹板屈曲后的工作性能 164

5.8.2 考虑腹板屈曲后强度时梁的计算 165

5.8.3 考虑腹板屈曲后强度时梁的加劲肋设计 169

5.9　梁的拼接 174

5.10　主次梁的连接 175

5.10.1　铰接连接 175

5.10.2　刚性连接 175

5.11 吊车梁 176

5.11.1 吊车梁的特点和构造 176

5.11.2 吊车梁的计算 178

思考题 191

习题 191

6　轴心受力构件和拉弯、压弯构件 193

6.1　轴心受力构件和拉弯、压弯构件的类型 193

6.1.1 轴心受力构件和拉弯、压弯构件的种类 193

6.1.2　轴心受力构件和拉弯、压弯构件的截面形式 193

6.2　轴心受力构件的强度和刚度 195

6.2.1 轴心受力构件的强度 195

6.2.2　轴心受拉构件和轴心受压构件的刚度 196

6.3　轴心受压构件的整体稳定 197

6.3.1 确定轴心受压构件整体稳定承载力的方法 197

6.3.2　轴心受压构件稳定性的计算 207

6.4　实腹式轴心受压构件的局部稳定 212

6.4.1 翼缘自由外伸宽厚比的限值 212

6.4.2　腹板高厚比的限值 213

6.4.3 圆管径厚比的限值 214

6.5　实腹式轴心受压构件的截面设计 215

6.5.1　设计原则 215

6.5.2　设计方法 215

6.5.3　构造规定 216

6.6　格构式轴心受压构件的设计 220

6.6.1 格构式轴心受压构件的组成形式 220

6.6.2　格构式轴心受压构件的整体稳定承载力 220

6.6.3　分肢的稳定性 222

6.6.4　缀件（缀条、缀板）的计算 222

6.6.5　连接节点和构造规定 225

6.6.6　格构式轴心受压构件的设计方法 225

6.7　拉弯、压弯构件的强度和刚度 229

6.7.1　拉弯、压弯构件的强度 229

6.7.2　拉弯、压弯构件的刚度 231

6.8　实腹式压弯构件的整体稳定 232

6.8.1 实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定 233

6.8.2 实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的稳定 237

6.9　实腹式压弯构件的局部稳定 238

6.9.1 受压翼缘宽厚比的限值 238

6.9.2　腹板宽厚比的限值 239

6.9.3 圆管径厚比的限值 242

6.10　压弯构件的计算长度 242

6.10.1 单根压弯构件的计算长度 242

6.10.2　框架柱的计算长度 242

6.11　实腹式压弯构件的截面设计 248

6.11.1　设计原则 248

6.11.2　设计方法 248

6.11.3　构造规定 249

6.12　格构式压弯构件的设计 255

6.12.1　格构式压弯构件的组成形式 255

6.12.2　格构式压弯构件的稳定 255

6.12.3　格构式压弯构件的缀件计算 257

6.12.4　格构式压弯构件的连接节点和构造规定 257

6.12.5 格构件压弯构件的截面设计 257

6.13　梁与柱的连接 259

6.13.1　铰接连接 259

6.13.2 刚接连接 261

6.14　柱脚 262

6.14.1　铰接柱脚 262

6.14.2　刚接柱脚 266

思考题 270

习题 270

7　屋盖结构 273

7.1　屋盖结构的组成和形式 273

7.2　屋面材料 274

7.2.1　有檩体系屋面材料 274

7.2.2　无檩体系屋面材料 276

7.3　檩条、拉条和撑杆 277

7.4　屋盖支撑 279

7.4.1　屋盖支撑的作用 279

7.4.2　屋盖支撑的布置 280

7.4.3 支撑的形式、计算和连接构造 282

7.5　屋架 283

7.5.1 屋架的形式和选型原则 284

7.5.2　各型屋架的特性和适用范围 284

7.5.3　屋架的主要尺寸 286

7.5.4　屋架的荷载和荷载组合 287

7.5.5　屋架杆件的内力计算 287

7.5.6　屋（桁）架杆件的计算长度 288

7.5.7　屋架杆件的截面形式 291

7.5.8　节点板厚度 292

7.5.9　屋架杆件的截面选择 293

7.5.10　屋架的节点设计 294

7.5.11　屋架施工图 301

7.6　普通钢屋架设计实例 302

思考题 316

8　平板网架 318

8.1　平板网架的特点和形式 318

8.1.1 平板网架的特点和适用范围 318

8.1.2 常用平板网架的形式 319

8.2　平板网架设计 322

8.2.1 网架的选型 322

8.2.2 网架的屋面材料 322

8.2.3 网格尺寸和网架高度 323

8.2.4 网架的支承 323

8.2.5 网架的荷载和荷载组合 324

8.2.6 网架的计算方法 325

8.2.7 网架杆件截面选择 326

8.2.8 网架节点设计 326

8.2.9 网架支座 330

8.3　平板网架设计实例 332

思考题 335

习题 335

9　（轻钢）门式刚架 336

9.1　概述 336

9.1.1 轻（型）钢结构系统 336

9.1.2 （轻钢）门式刚架的特点和适用范围 337

9.2　（轻钢）门式刚架设计 337

9.2.1 结构形式和布置 337

9.2.2 支撑的布置 338

9.2.3　墙架的布置 339

9.2.4　荷载计算 339

9.2.5 内力计算 340

9.2.6　控制截面 340

9.2.7 内力组合 341

9.2.8　荷载效应组合 341

9.2.9　截面选择 341

9.2.10　截面计算 342

9.2.11　横向加劲肋的设置和计算 347

9.2.12 变截面门式刚架侧移计算 348

9.2.13　节点设计 350

9.2.14　柱脚 352

9.3　门式刚架设计实例 353

思考题 361

习题 362

附录 363

附表1　轴心受压构件的稳定系数 363

附表2　柱的计算长度系数 365

附表3　疲劳计算的构件和连接分类 366

附表4 H型钢规格及截面特性（按GB/T 11263—2005） 369

附表5 HN型钢与工字钢型号及截面特性参数对比（按GB/T 11263—2005） 372

附表6 剖分T型钢规格及截面特性（按GB/T 11263—2005） 373

附表7 工字钢截面特性（按GB/T 706—2008） 375

附表8　槽钢截面特性（按GB/T 706—2008） 377

附表9 等边角钢截面特性（按GB/T 706—2008） 378

附表10　不等边角钢截面特性（按GB/T 706—2008） 382

附表11　焊接钢管截面特性（节选自GB/T 21835—2008） 385

附表12　无缝钢管截面特性（节选自GB/T 17395—2008） 387

附表13　各种截面回转半径的近似值 391

附表14　锚栓规格 392

附表15　螺栓的有效截面面积 392

参考文献 393