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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Vu164

6.5.2 腹板屈曲后的抗弯承载力Meu165

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