本教材主要參考2017年新版的《鋼結構設計標準》(GB 500172017),對2014年5月出版的《鋼結構》教材進行梳理和豐富完善。教材內(nèi)容主要分為兩大部分,第一部分為鋼結構設計原理,編排6章; 第二部分為鋼結構設計,編排3章。本次修訂內(nèi)容概括如下:
(1) 更新了原教材中涉及的國家標準以及相關內(nèi)容。
(2) 在第1章概述部分對國內(nèi)外鋼結構建筑進行了更為全面翔實的介紹。
(3) 修改了原教材中的文字、計算和圖表中的錯誤,對原來論述中不夠準確和較難理解的部分進行了重新闡述。
(4) 本教材注重理論性與實踐性相結合,增加了理論推導的內(nèi)容,向讀者清楚地展示了公式的來龍去脈; 此外,根據(jù)規(guī)范以及工程實際對例題進行了重新修訂,體現(xiàn)導向性; 同時例題和習題數(shù)量有所增加,方便讀者進行自學,加深對知識的理解程度。
(5) 增加了第7~9章鋼結構設計部分的內(nèi)容。這3章內(nèi)容均選取自實際工程項目,并結合結構設計軟件,詳細介紹設計流程,讀者可通過學習快速掌握結構建模及分析的操作。
本書可用作大學本科土木工程專業(yè)《鋼結構》教材,也可供建筑行業(yè)結構設計人員參考。
第2版修改較多,內(nèi)容取舍、論述和前后銜接難免存在不足之處,敬請同行專家及讀者批評指正!
張艷霞
于北京建筑大學
2023年11月
1.簡介:張艷霞,北京建筑大學土木與交通工程學院結構教研室主任,教授;
2.學術水平和影響:近年來主要從事裝配式鋼結構、高性能鋼結構體系研發(fā)及應用工作,目前在研項目有十三五國家重點研發(fā)計劃項目課題鋼結構建筑高效裝配化連接技術與示范和國家自然科學基金面上項目基于高效裝配技術的自復位鋼結構體系研發(fā)與動力性能研究等,主持國家自然科學基金等國家及省部級項目十余項。校外擔任中國鋼結構協(xié)會理事、中國鋼結構協(xié)會房屋鋼結構分會常務理事、全國高層建筑抗震專業(yè)委員會委員、中國鋼結構協(xié)會鋼結構設計分會理事、中國勘察設計協(xié)會結構設計分會、穩(wěn)定與疲勞分會理事;
3.教育背景:1988-1992年在大連理工大學完成本科學習,1994-1997年在大連理工大學完成碩士階段學習,1998年至今在北京建筑大學土木與交通工程學院先后任講師、副教授、教授,并于2010-2015年在北京工業(yè)大學獲得博士學位;
4.業(yè)務成果:出版教材1部、專著1部,國家發(fā)明專利授權9項,發(fā)表高水平論文70余篇,獲得校級教學名師榮譽稱號,先后入選北京市中青年骨干教師和北京市優(yōu)秀人才,并于2013年獲得華夏建設科技三等獎;
第1章概述
1.1鋼結構的特點
1.2鋼結構的組成和類型
1.3鋼結構的應用范圍
1.4鋼結構的設計方法
1.4.1結構可靠度
1.4.2極限狀態(tài)設計原則
1.4.3分項系數(shù)設計方法
習題
第2章鋼結構的材料
2.1鋼材的力學性能
2.1.1單向拉伸時的性能
2.1.2冷彎性能
2.1.3沖擊韌性
2.2鋼材的兩種破壞形式
2.3影響鋼材性能的因素
2.3.1化學成分的影響
2.3.2成材過程的影響
2.3.3影響鋼材性能的其他因素
2.3.4鋼材的脆性斷裂
2.4鋼結構用材的要求
2.5鋼材的類別及選用
2.5.1建筑鋼材分類
2.5.2型鋼規(guī)格
2.5.3鋼材的選擇
習題
第3章軸心受力構件
3.1概述
3.1.1軸心受力構件的應用和截面形式
3.1.2設計要求
3.2軸心受拉構件
3.2.1軸心受拉構件的強度
3.2.2軸心受拉構件的剛度
3.2.3軸心受拉構件的截面設計
3.3軸心受壓構件
3.3.1軸心受壓構件的強度
3.3.2軸心受壓構件的剛度
3.4軸心受壓構件的整體穩(wěn)定
3.4.1失穩(wěn)的類型
3.4.2理想軸心受壓構件的整體穩(wěn)定計算
3.4.3初始缺陷對軸心受壓構件整體穩(wěn)定性的影響
3.4.4實際軸心受壓構件的整體穩(wěn)定承載力計算方法
3.4.5單軸對稱截面軸心受壓構件的彎扭失穩(wěn)
3.4.6軸心受壓構件的局部穩(wěn)定
3.4.7實腹式軸心受壓柱算例
3.5格構式軸心受壓構件
3.5.1格構式軸心受壓構件的組成
3.5.2格構式軸心受壓構件繞虛軸方向的整體穩(wěn)定
3.6柱頭和柱腳
3.6.1柱頭的構造和計算
3.6.2柱腳的構造和計算
習題
第4章受彎構件
4.1概述
4.1.1梁的應用和截面形式
4.1.2梁的設計要求
4.2受彎構件的強度
4.2.1受彎構件的抗彎強度
4.2.2受彎構件的抗剪強度
4.2.3受彎構件的局部抗壓強度
4.2.4受彎構件在復雜應力作用下的強度計算
4.3受彎構件的整體穩(wěn)定
4.3.1受彎構件整體失穩(wěn)的現(xiàn)象
4.3.2受彎構件整體穩(wěn)定性的保證
4.3.3受彎構件的臨界荷載
4.3.4受彎構件的整體穩(wěn)定系數(shù)
4.3.5梁的整體穩(wěn)定算例
4.4受彎構件的局部穩(wěn)定
4.4.1翼緣板的容許寬厚比
4.4.2腹板加勁肋的配置
4.4.3梁的局部穩(wěn)定算例
4.5焊接梁翼緣焊縫的計算
4.6受彎構件的截面設計
4.6.1型鋼梁的截面設計
4.6.2組合梁的截面設計
習題
第5章拉彎和壓彎構件
5.1概述
5.1.1拉彎和壓彎構件應用及截面形式
5.1.2設計要求
5.2拉彎和壓彎構件的強度計算
5.3實腹式壓彎構件的整體穩(wěn)定
5.3.1彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定
5.3.2彎矩作用平面外的穩(wěn)定
5.3.3例題
5.4實腹式壓彎構件的局部穩(wěn)定
5.4.1壓彎構件腹板內(nèi)的受力狀態(tài)
5.4.2壓彎構件的局部穩(wěn)定
5.4.3算例
5.5壓彎構件與框架柱的計算長度
5.5.1等截面框架柱在平面內(nèi)的計算長度
5.5.2單層廠房框架柱下端剛性固定時平面內(nèi)的計算長度
5.5.3框架柱在平面外的計算長度
5.6剛接柱腳設計
習題
第6章鋼結構的連接
6.1概述
6.2焊縫連接
6.2.1焊縫連接形式
6.2.2焊縫種類
6.2.3常用的焊接方法
6.2.4焊縫的缺陷和級別
6.2.5焊縫的標注與符號
6.3對接焊縫
6.3.1全熔透對接焊縫的構造要求
6.3.2全熔透對接焊縫的計算
6.3.3部分熔透對接焊縫的計算
6.4角焊縫
6.4.1角焊縫的形式和受力情況
6.4.2角焊縫的構造要求
6.4.3角焊縫的計算
6.4.4塞焊和槽焊的構造與計算
6.4.5常用連接方式的角焊縫計算
6.5焊接應力和焊接變形
6.5.1焊接應力的分類和產(chǎn)生原因
6.5.2焊接殘余變形
6.5.3焊接殘余應力和殘余變形的影響
6.5.4減少焊接殘余應力和殘余變形的措施
6.6螺栓連接的構造
6.6.1螺栓孔的孔徑與孔型
6.6.2螺栓的排列和構造要求
6.7普通螺栓連接的計算
6.7.1普通螺栓抗剪連接的計算
6.7.2普通螺栓抗拉連接的計算
6.7.3普通螺栓承受剪力和拉力的聯(lián)合作用計算
6.7.4普通螺栓群連接的計算
6.8高強度螺栓連接的構造與計算
6.8.1高強度螺栓連接的性能
6.8.2高強度螺栓連接的計算
6.8.3高強度螺栓群連接的計算
習題
第7章多高層鋼結構設計
7.1多高層鋼結構材料選擇
7.1.1鋼材
7.1.2焊接材料
7.1.3螺栓緊固件材料
7.2多高層鋼結構設計基本規(guī)定
7.2.1一般規(guī)定
7.2.2結構體系和選型
7.2.3建筑形體及結構布置的規(guī)則性
7.2.4水平位移限值和舒適度要求
7.3荷載與地震作用
7.3.1豎向荷載與風荷載
7.3.2地震作用
7.4結構計算分析
7.4.1一般規(guī)定
7.4.2彈性分析
7.4.3彈塑性分析
7.5構件設計與驗算
7.5.1構件尺寸初估
7.5.2梁、柱構件驗算
7.5.3強柱弱梁驗算
7.5.4節(jié)點域驗算
7.5.5支撐構件驗算
7.6節(jié)點設計
7.6.1節(jié)點分類與構造
7.6.2梁柱節(jié)點設計
7.6.3梁梁節(jié)點設計
7.6.4支撐節(jié)點設計
第8章鋼框架結構設計算例
8.1項目概況
8.2結構布置
8.3預估截面尺寸及模型建模
8.3.1鋼梁與鋼柱截面尺寸預估
8.3.2模型建模
8.4結構參數(shù)定義
8.4.1結構總信息
8.4.2風荷載信息
8.4.3地震信息
8.4.4設計信息
8.4.5荷載組合
8.5結構模型分析
8.5.1結構模型基本參數(shù)
8.5.2結構指標匯總
8.6構件與節(jié)點設計
8.6.1強柱弱梁驗算
8.6.2節(jié)點域驗算
8.6.3梁柱連接節(jié)點設計
8.6.4主次梁節(jié)點連接設計
8.7施工圖繪制
第9章鋼框架-偏心支撐結構設計算例
9.1項目概況
9.2結構選型與結構布置
9.3結構基本信息
9.3.1鋼梁與鋼柱截面尺寸初估
9.3.2模型建模
9.3.3主要結構參數(shù)
9.4結構模型分析
9.4.1結構模型基本參數(shù)
9.4.2結構指標匯總
9.5構件與節(jié)點設計
9.5.1強柱弱梁驗算
9.5.2節(jié)點域驗算
9.5.3梁柱連接節(jié)點設計
9.5.4偏心支撐與框架連接節(jié)點設計
9.6施工圖繪制
參考文獻
附錄A常用型鋼規(guī)格表
附錄B螺栓和錨栓規(guī)格
附錄C鋼材、焊縫和螺栓連接強度設計值
附錄D工字形截面簡支梁等效彎矩系數(shù)和軋制工字鋼梁的穩(wěn)定系數(shù)
附錄E軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)
附錄F各種截面回轉半徑的近似值
附錄G框架柱計算長度系數(shù)