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第一篇 钢结构设计方法总论2

第1章 钢结构设计方法总论2

1.1 第1层次的设计方法：安全度的考虑2

1.1.1 可靠度问题2

1.1.2 荷载组合3

1.2 第二层次的分析方法：内力分析方法4

1.2.1 各种分析方法简介4

1.2.2 为什么要发展二阶分析方法5

1.3 第三层次的设计方法：截面和构件的设计6

1.3.1 四类截面的定义6

1.3.2 四类截面的定量指标7

1.3.3 不同类别截面的应用9

1.4 各个层次设计方法的配套9

1.5 机构控制设计法（能力设计法）10

1.6 关于目前广泛采用的E-P设计法的一个评论13

1.7 关于塑性设计方法和弯矩调幅法14

1.8 钢结构采用弯矩调幅法16

1.9 关于一阶弹性分析和二阶弹性分析17

1.10 如何看待屈曲分析得到的弹性临界荷载18

1.11 如何看待假想荷载法？20

1.12 钢结构设计中的两种刚度验算：长细比与挠度和侧移验算21

参考文献22

第2章 框架稳定设计方法的发展23

2.1 传统的计算长度系数法——框架柱稳定性设计的方法23

2.2 为什么计算长度系数法能够应用于框架柱的稳定设计24

2.3 框架有侧移失稳——一个简单的判定准则24

2.4 同层各柱的相互作用——修正计算长度系数法及其困难25

2.5 框架整体屈曲分析方法应用于设计——一种可能被误用的方法27

2.6 层与层的相互作用——三层或二层模型28

2.7 基于层整体弹塑性失稳的框架稳定系数29

2.8 按照整层失稳模式的稳定性设计建议30

2.9 对建议的说明和一个算例33

2.10 框架柱无侧移失稳与框架层整体有侧移失稳的相互作用34

参考文献35

第3章 结构和框架的分类及稳定性计算36

3.1 框架分类1：强支撑框架和弱支撑框架、纯框架36

3.2 框架分类2：有侧移框架和无侧移框架37

3.3 支撑架的分类37

3.4 结构分类：侧移不敏感结构和侧移敏感结构38

3.5 关于线性分析和二阶分析及其稳定性计算40

3.6 内力采用线性弹性分析时框架柱的计算长度系数44

3.7 强支撑框架的判定准则45

3.8 弱支撑框架柱的计算长度系数47

3.9 弹塑性非线性分析作为设计工具的规定49

3.10 双重抗侧力结构中框架柱稳定算例52

3.10.1 剪切型支撑架算例52

3.10.2 弯曲型支撑架算例54

参考文献58

第4章 钢结构抗震设计漫谈60

4.1 弹性结构对地震的反应及其设计采用的地震力60

4.1.1 结构设计采用的地震力60

4.1.2 弹性加速度反应谱——单一的设计要求60

4.1.3 三水准设防目标——三种地震作用61

4.1.4 为什么不按照弹性反应要求对结构进行设计63

4.2 结构的弹塑性地震反应及其设计目标63

4.2.1 结构的弹塑性地震反应分析63

4.2.2 对弹塑性结构设计的双重要求：延性和承载力及其两者之间的妥协64

4.3 国际上两种地震力理论64

4.3.1 小震弹性地震力理论及其背后隐藏的实质64

4.3.2 承载力抗震调整系数γRE的物理意义及其对延性钢结构的排斥65

4.3.3 延性地震力理论67

4.3.4 能力谱方法及其与延性地震力理论的联系71

4.3.5 地震力的社会政治因素72

4.3.6 欧美日的结构影响系数中究竟包含了哪些因素？72

4.4 对层间侧移的限值如何影响结构实际承受的地震力？73

4.5 耗能能力——客观地认识其作用74

4.5.1 地震输入一个结构的能量是一定的吗？74

4.5.2 在地震中具有决定性作用的是耗能能力还是延性？75

4.5.3 对欧美日一些强调延性却不一定强调耗能能力的抗震设计规定的理解76

4.6 阻尼、后期刚度、滞回曲线的形状、二阶效应和多自由度等对结构抗震性能的影响78

4.6.1 阻尼的影响78

4.6.2 后期刚度的影响78

4.6.3 滞回曲线形状的影响79

4.6.4 二阶效应的影响79

4.6.5 多自由度的影响80

4.7 延性好的钢结构在什么时候实际上延性是不好的？80

4.7.1 放大支撑力的设计80

4.7.2 对“保险丝”构件提出过高的要求81

4.7.3 抵抗水平地震力的构件承担了竖向荷载81

4.7.4 框架柱轴压比、长细比和宽厚比过大82

4.8 中震（大震）下形成破坏机构，各种结构的稳定性如何保证？83

4.9 抗震设计的荷载组合及其验算公式83

4.9.1 合理的地震作用：我国的结构影响系数应该包含哪些因素？83

4.9.2 抗震可靠度问题：设计验算公式的推导84

4.9.3 动力弹塑性分析决定的地震力，其效应为什么能够与恒活荷载效应线性组合？85

4.10 当前对不同设防烈度采用不同的长细比、宽厚比限值是否合理86

参考文献87

第5章 与抗震设计有关的结构和构件的分类及结构影响系数89

5.1 引言89

5.2 构件和板件的分类90

5.2.1 板件的分类90

5.2.2 柱的分类92

5.2.3 梁的分类93

5.3 抗侧力构件的分类94

5.4 结构影响系数C98

5.4.1 结构影响系数和荷载组合98

5.4.2 结构影响系数建议值99

5.5 强柱弱支撑验算要求103

参考文献104

第6章 梁柱连接节点的分类及其设计计算105

6.1 梁柱半刚性连接对于框架线性和非线性性能的影响105

6.2 梁柱连接节点的分类107

6.2.1 梁柱连接基于刚度的分类107

6.2.2 梁柱连接基于强度和变形能力的分类109

6.2.3 梁柱连接的综合分类109

6.3 梁柱节点部位的设计110

6.3.1 梁柱节点部位横向加劲肋的设置和设计111

6.3.2 梁柱连接节点域的设计计算112

6.3.3 两种工艺孔113

6.4 各种节点设计方法114

6.4.1 改进的栓焊混合梁柱连接节点114

6.4.2 全焊接梁柱连接的设计规定117

6.4.3 自由翼缘节点118

6.4.4 外伸端板螺栓连接节点设计方法119

6.4.5 矩形钢管（混凝土）柱的横隔板贯通式梁柱连接节点125

参考文献127

第7章 钢柱脚锚栓的设计方法128

7.1 锚栓的类型128

7.2 国内外对锚栓研究的概况129

7.2.1 锚栓仅受拉力情况129

7.2.2 锚栓仅受剪力情况131

7.2.3 锚栓既受拉力又受剪力情况132

7.3 锚栓抗剪的计算方法132

7.4 锚栓抗拉和抗剪计算方法134

7.5 单个螺栓承载力总结135

7.6 锚栓内力的计算137

7.6.1 各种计算方法介绍137

7.6.2 两个例子140

7.6.3 对各种方法的评论142

7.6.4 柱脚底板厚度的确定142

7.7 基于极限状态的柱脚设计方法143

7.8 外包式柱脚设计144

7.8.1 外包式柱脚及其传力分析144

7.8.2 外包式柱脚中轴力的传递147

7.8.3 外包式柱脚的设计方法149

7.9 埋入式钢柱脚的传力分析与设计152

7.9.1 中柱的埋入式柱脚152

7.9.2 边柱和角柱：抵抗水平冲切153

7.9.3 基础竖向冲切不够的处理154

参考文献155

第二篇 钢—混凝土组合梁基本理论及其设计方法第8章 考虑组合面滑移影响的钢—混凝土组合梁弯曲理论158

8.1 考虑界面滑移下的挠度计算研究158

8.1.1 对于滑移影响的研究概述158

8.1.2 栓钉抗滑移刚度的确定159

8.2 考虑滑移影响的组合梁弯曲理论162

8.2.1 基本假设162

8.2.2 静力法的平衡微分方程及其边界条件163

8.2.3 能量法166

8.2.4 简支梁情况下的解168

8.2.5 其他边界条件下的解170

8.3 挠度放大系数和截面抗弯刚度折减系数172

8.3.1 《钢结构设计规范》GB 50017—2003公式存在的问题172

8.3.2 考虑界面滑移影响的简支梁挠度放大系数172

8.3.3 考虑界面滑移影响的简支梁截面抗弯刚度（仅计算挠度用）173

8.3.4 与规范公式的对比174

8.3.5 非简支边界条件下的应用175

8.3.6 一个完全组合塑性设计简支梁的变形算例及其评论175

参考文献176

第9章 钢与混凝土简支组合梁的设计计算178

9.1 基本设计规定178

9.1.1 钢—混凝土组合梁的适用范围178

9.1.2 钢材设计指标f和混凝土设计指标fc178

9.1.3 混凝土楼板参与组合梁共同工作的有效宽度—简支梁179

9.1.4 混凝土楼板参与组合梁共同工作的有效宽度—连续梁180

9.1.5 参加组合梁工作的混凝土楼板的高度181

9.1.6 一个栓钉的承载力181

9.1.7 钢梁截面宽厚比的规定183

9.1.8 荷载组合184

9.2 简支组合梁的分类和设计计算内容184

9.2.1 自重组合梁和非自重组合梁184

9.2.2 完全抗剪组合梁和非完全抗剪组合梁185

9.2.3 简支组合梁设计选项及其计算内容185

9.3 正弯矩截面承载力计算：弹性设计186

9.3.1 截面性质186

9.3.2 考虑滑移影响以后的组合梁截面折算抗弯刚度187

9.3.3 荷载类别，内力记号188

9.3.4 非自重组合梁施工阶段的验算（弹性设计和塑性设计均适用）189

9.3.5 自重组合梁（施工阶段下部有支撑）的承载力和变形计算190

9.3.6 非自重组合梁承载力和变形计算190

9.3.7 栓钉数量计算191

9.3.8 混凝土楼板纵向抗剪计算192

9.4 简支组合梁的塑性设计194

9.4.1 完全组合梁正弯矩截面承载力计算：塑性设计194

9.4.2 非完全组合梁正弯矩截面承载力计算：塑性设计194

9.4.3 组合梁的抗剪承载力195

9.4.4 栓钉数量的计算195

9.4.5 使用阶段的挠度计算及应力验算195

9.4.6 混凝土楼板纵向抗剪计算196

参考文献196

第10章 钢与混凝土连续组合梁的设计计算197

10.1 钢—混凝土连续组合梁的内力分析方法197

10.1.1 由混凝土开裂和钢材塑性变形引起的两种内力重分布197

10.1.2 两种弹性分析计算模型：等截面模型和变截面模型198

10.1.3 塑性分析方法：边跨和中间跨199

10.1.4 塑性分析方法应用条件201

10.1.5 分析方法总结201

10.2 连续组合梁的弹性设计202

10.2.1 连续组合梁的约定202

10.2.2 连续非自重组合梁施工阶段的验算（弹性设计和塑性设计均适用）202

10.2.3 连续自重组合梁承载力和变形计算203

10.2.4 连续非自重组合梁承载力和变形计算204

10.2.5 自重组合和非自重组合连续梁的栓钉计算205

10.2.6 楼板纵向抗剪计算206

10.3 连续组合梁的塑性设计206

10.3.1 连续自重和非自重完全组合梁的强度计算206

10.3.2 非完全组合梁正弯矩截面承载力计算207

10.3.3 栓钉数量的计算207

10.3.4 正负弯矩区混凝土楼板纵向抗剪计算207

10.3.5 使用阶段的挠度计算和应力验算208

10.4 楼板抗裂计算和构造要求210

10.4.1 使用环境分类和裂缝宽度限值210

10.4.2 裂缝宽度计算211

10.4.3 最小配筋要求211

10.4.4 抗裂配筋要求212

10.5 框架主梁设计成组合梁要注意的事项212

10.5.1 框架主梁采用钢—混凝土组合梁的优点212

10.5.2 框架主梁采用钢—混凝土组合梁的技术措施212

参考文献216

第11章 楼板和人行天桥自振频率和舒适度的控制217

11.1 引言217

11.2 楼盖振动加速度限制218

11.3 楼盖振动模型219

11.4 人行走引起的轻型框架结构楼盖的振动220

11.5 人行走引起的钢—混凝土组合楼盖结构振动223

11.6 人们有节奏运动引起的楼盖结构振动228

11.7 楼盖振动的计算机分析231

参考文献232

第12章 连续组合梁算例233

12.1 非自重组合三跨连续梁弹性设计233

一、设计资料233

二、设计计算234

三、按照变截面连续梁模型得到的弯矩分布248

四、点评252

12.2 非自重组合连续梁塑性设计252

一、设计资料252

二、设计计算252

三、点评269

第三篇 钢结构配套新技术与新方法272

第13章 自承式钢模板系统性能试验和设计方法研究272

13.1 钢筋桁架自承式模板楼板及其优点272

13.2 试验研究介绍273

13.2.1 试件和试验装置273

13.2.2 试验装置和加载方案274

13.3 试验结果及分析275

13.3.1 施工阶段的试验275

13.3.2 材料性质试验277

13.3.3 正常使用阶段的试验277

13.4 试验结论、设计建议279

13.4.1 施工阶段279

13.4.2 使用阶段工作性能和极限承载力279

13.5 钢筋桁架自承式模板楼板的设计和构造要求280

13.5.1 钢筋桁架楼板的长度280

13.5.2 焊点的承载力280

13.5.3 钢筋桁架混凝土楼板设计280

参考文献284

第14章 嵌套连接冷弯斜卷边Z形连续檩条的抗弯性能试验研究285

14.1 引言285

14.2 试验概况及试验装置286

14.2.1 搭接段的极限承载能力试验287

14.2.2 搭接段刚度试验288

14.3 试验结果及分析289

14.3.1 材性试验289

14.3.2 极限承载能力试验289

14.3.3 搭接段刚度试验292

14.4 结论与设计建议293

参考文献294

第15章 大跨度组合桁架楼盖结构体系295

15.1 “三得”楼盖结构体系简介295

15.2 设计计算方法297

15.2.1 桁架各杆件截面的验算297

15.2.2 连接的计算299

15.2.3 挠度的计算301

15.2.4 楼面结构的自振频率计算303

15.2.5 楼板的强度和挠度计算303

第16章 两跨连续吊车梁设计应用条件、方法和程序306

16.1 引言306

16.2 连续吊车梁的应用条件306

16.3 有限元法两跨连续吊车梁内力分析307

16.4 两跨连续吊车梁的弹性稳定分析308

16.4.1 方法简述308

16.4.2 直接采用有限元方法进行临界弯矩计算的方法308

16.4.3 程序的实施和实现311

16.4.4 吊车梁的水平隅撑312

16.5 验算内容介绍312

16.6 两跨连续吊车梁经济性分析313

16.7 采用连续吊车梁时门式刚架设计要点313

16.8 基础沉降对吊车梁和框架柱影响的定量分析314

16.8.1 对吊车梁的影响分析及其设计要求314

16.8.2 对柱的影响分析及其设计要求315

16.9 节点和加劲肋设计（仅作参考）315

第17章 钢框架内嵌带竖缝钢筋混凝土剪力墙的设计317

17.1 引言317

17.2 竖缝剪力墙肢的设计分析318

17.3 竖缝剪力墙承受竖向荷载的问题323

17.4 竖缝剪力墙和钢梁的连接件的设计要求323

17.5 梁腹板受挤压屈曲计算324

17.6 竖缝墙内预埋钢板设计要求326

17.7 内力计算模型：壁式框架模型和等效剪切板模型326

17.8 构造要求329

17.9 弹塑性分析采用的墙板骨架曲线（V-u曲线）330

参考文献331