美国钢结构设计手册 上PDF电子书下载

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