鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理

前言

　　“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。其前承數(shù)學(xué)和力學(xué)等多門基礎(chǔ)課程，后繼“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計”專業(yè)課程。這種角色和地位既凸顯了“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”的重要性，又明確地規(guī)定了其教學(xué)格局。本書撰寫者均是多年從事“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”專業(yè)課教學(xué)的一線教師，對本課程的教學(xué)感觸良多。作者殷切希望本教材能在以下幾個方面體現(xiàn)出特色?！　　颁摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計原理”涉及密集的力學(xué)基礎(chǔ)知識，其中相當(dāng)一部分內(nèi)容是前承力學(xué)課程所未提供的，如構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)屈曲、彎扭屈曲等。編者本著既提供足夠份量力學(xué)內(nèi)容，又力求避免教材力學(xué)化的初衷，在導(dǎo)論中精心取選了構(gòu)件的約束扭轉(zhuǎn)、軸力的Wagner效應(yīng)、彎扭變形狀態(tài)上的內(nèi)力分量計算、構(gòu)件彈性屈曲分析等內(nèi)容，并進行簡潔而系統(tǒng)的論述?！　”緯貏e關(guān)注了構(gòu)件承載力基本研究方法的理性梳理，如在第1章分別設(shè)置了結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的破壞模式和構(gòu)件承載力的表達準則，這對于正確理解構(gòu)件承載力計算公式和培養(yǎng)學(xué)生正確處理問題的能力或許是至關(guān)重要的。第1章因為承載了比通常的一般性說明更多的內(nèi)容，因此命名為導(dǎo)論，而不稱其為緒論。除此之外，在篇幅允許的情況下，盡可能多地能介紹一些更一般性的理論和處理方法，例如框架柱的計算長度系數(shù)的一般確定方法及其注意事項等?！　?dǎo)論的設(shè)置的另一個目的，就是將教材中涉及的共性知識點，適當(dāng)?shù)剡M行集中處理，如構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)屈曲、彎扭屈曲、構(gòu)件承載力表達準則等，以有效地避免重復(fù)敘述?！　”緯且詷?gòu)件和連接的計算和構(gòu)造設(shè)計為編寫宗旨的，因此特別強調(diào)了計算細節(jié)和構(gòu)造細節(jié)的論述，盡量杜絕粗線框式的描述。所有的例題都逐步給出了詳盡的說明，除了便于閱讀之外，還冀希培養(yǎng)嚴謹?shù)木礃I(yè)精神。　　課后習(xí)題是鞏固掌握課堂教學(xué)內(nèi)容的重要手段，本書遴選了大量思考題和習(xí)題附于各章之后，并給出了部分習(xí)題的參考答案。　　參與本書編寫工作的有郭成喜（第1章、第6章和附錄）、陳向榮（第2章）、李峰（第3章）、何遠賓（第4章）和周天華（第5章）。　　本書的編寫工作得到了科學(xué)出版社的鼎力支持，謹致獻意?！　∠抻谧髡咚?，加之成稿倉促，書中不妥之處在所難免，萬望讀者不吝賜教。

內(nèi)容概要

本書按照土木工程專業(yè)現(xiàn)行本科“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”教學(xué)大綱和最新修訂的國家標準編寫。主要內(nèi)容包括：導(dǎo)論、鋼結(jié)構(gòu)的材料、鋼結(jié)構(gòu)的連接、軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件和拉彎、壓彎構(gòu)件。每章末均附有思考題和習(xí)題，并且給出了大部分習(xí)題的參考答案。    本書可作為高等院校土木工程專業(yè)本科生教學(xué)用書，做適當(dāng)取舍后亦可作為大專院校相關(guān)專業(yè)專科生的教學(xué)用書，還可供從事鋼結(jié)構(gòu)工程的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言?第1章 導(dǎo)論??  1.1 概述??  1.2 作用（荷載)效應(yīng)分析??    1.2.1 概率極限狀態(tài)設(shè)計法??    1.2.2 作用（荷載)效應(yīng)分析方法??    1.2.3 構(gòu)件的約束扭轉(zhuǎn)??  1.3 構(gòu)件二階分析??    1.3.1 軸力的Wagner效應(yīng)??    1.3.2 彎扭變形狀態(tài)上的內(nèi)力分量計算??    1.3.3 構(gòu)件彈性屈曲分析??  1.4 結(jié)構(gòu)（構(gòu)件)的破壞模式??    1.4.1 強度破壞??    1.4.2 整體失穩(wěn)??    1.4.3 局部失穩(wěn)??    1.4.4 疲勞破壞??  1.5 構(gòu)件承載力的表達準則??    1.5.1 邊緣屈服準則??    1.5.2 全截面屈服準則??    1.5.3 部分截面屈服準則??  1.6 構(gòu)件的屈曲后性能??  1.7 小結(jié)??第2章 鋼結(jié)構(gòu)的材料??  2.1 鋼材的主要性能??    2.1.1 屈服點和屈服強度??    2.1.2 抗拉強度??    2.1.3 伸長率??    2.1.4 沖擊韌性??    2.1.5 冷彎性能??    2.1.6 可焊性??  2.2 影響鋼材性能的因素??    2.2.1 化學(xué)成分??    2.2.2 成材過程??    2.2.3 冷加工硬化??    2.2.4 溫度??    2.2.5 環(huán)境??    2.2.6 應(yīng)力狀態(tài)??    2.2.7 反復(fù)荷載作用??    2.2.8 應(yīng)變速率??  2.3 鋼結(jié)構(gòu)對鋼材的要求??    2.3.1 塑性破壞和脆性破壞??    2.3.2 鋼結(jié)構(gòu)對鋼材的要求??  2.4 結(jié)構(gòu)鋼材類別及其選擇??    2.4.1 結(jié)構(gòu)鋼材的種類??    2.4.2 結(jié)構(gòu)鋼材的選用??    2.4.3 結(jié)構(gòu)鋼材的規(guī)格??  2.5 小結(jié)??  思考題??  習(xí)題??第3章 鋼結(jié)構(gòu)的連接??  3.1 鋼結(jié)構(gòu)連接的方法??    3.1.1 焊接連接??    3.1.2 鉚釘連接??    3.1.3 螺栓連接??  3.2 焊接連接特性??    3.2.1 焊縫的連接形式??    3.2.2 焊縫代號及標注方法??  3.3 對接焊縫的構(gòu)造與計算??    3.3.1 對接焊縫的構(gòu)造要求??    3.3.2 對接焊縫的計算??  3.4 角接焊縫的構(gòu)造與計算??    3.4.1 角焊縫的構(gòu)造??    3.4.2 角焊縫計算的基本公式??    3.4.3 角焊縫的連接計算??  3.5 焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形??    3.5.1 焊接殘余應(yīng)力的分類和產(chǎn)生的原因??    3.5.2 焊接殘余應(yīng)力的測量??    3.5.3 焊接殘余應(yīng)力的影響??    3.5.4 焊接殘余變形的產(chǎn)生和防止??  3.6 螺栓的排列和構(gòu)造要求??    3.6.1 螺栓在構(gòu)件上的排列要求??    3.6.2 螺栓的表示方法??    3.6.3 螺栓連接的應(yīng)用??  3.7 普通螺栓連接的構(gòu)造和計算??    3.7.1 抗剪螺栓連接??    3.7.2 抗拉螺栓連接??    3.7.3 螺栓群抗剪連接的計算??    3.7.4 螺栓群抗拉連接的計算??    3.7.5 剪力和拉力共同作用的螺栓群連接計算??  3.8 高強度螺栓連接的性能和計算??    3.8.1 高強度螺栓連接的性能??    3.8.2 高強度螺栓摩擦型連接計算??    3.8.3 高強度螺栓承壓型連接計算??  3.9 小結(jié)??  思考題??  習(xí)題??第4章 軸心受力構(gòu)件??  4.1 截面形式及構(gòu)造要求??  4.2 軸心受力構(gòu)件的強度??  4.3 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性??    4.3.1 軸心受壓構(gòu)件的彎曲屈曲??    4.3.2 缺陷對軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的影響??    4.3.3 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)??    4.3.4 軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算??  4.4 軸心受力構(gòu)件的剛度??  4.5 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件??    4.5.1 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞實軸的整體穩(wěn)定??    4.5.2 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的整體穩(wěn)定??    4.5.3 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的綴件設(shè)計??  4.6 板件的局部屈曲??    4.6.1 板件失穩(wěn)的臨界應(yīng)力??    4.6.2 板件寬（高)厚比??  4.7 軸心受力構(gòu)件的設(shè)計??    4.7.1 實腹式軸心受力構(gòu)件??    4.7.2 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件??  4.8 冷彎薄壁型鋼構(gòu)件設(shè)計??    4.8.1 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的特點??    4.8.2 冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的有效寬度設(shè)計法??    4.8.3 冷彎薄壁型鋼軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計??  4.9 小結(jié)??  思考題??  習(xí)題??第5章 受彎構(gòu)件??  5.1 截面形式及構(gòu)造要求??    5.1.1 梁的截面形式和應(yīng)用??    5.1.2 梁的構(gòu)造要求??  5.2 強度及撓度控制??    5.2.1 梁的強度??    5.2.2 梁的剛度??  5.3 梁的整體穩(wěn)定性計算??    5.3.1 梁的臨界彎矩??    5.3.2 梁整體穩(wěn)定性校核方法??  5.4 梁的局部穩(wěn)定性計算??    5.4.1 各種荷載條件下的腹板屈曲??    5.4.2 多種荷載共同作用下的腹板屈曲??    5.4.3 梁受壓翼緣的局部穩(wěn)定??    5.4.4 梁腹板加勁肋設(shè)計??  5.5 薄腹板梁設(shè)計特點??    5.5.1 梁腹板的屈曲后強度計算??    5.5.2 考慮腹板屈曲后強度的加勁肋設(shè)計特點??  5.6 梁截面的設(shè)計??    5.6.1 梁的截面選擇??    5.6.2 梁截面驗算概要??    5.6.3 焊接組合梁截面沿長度的改變??    5.6.4 焊接梁翼緣與腹板連接焊縫的計算??    5.6.5 梁設(shè)計實例??  5.7 小結(jié)??  思考題??  習(xí)題??第6章 拉彎和壓彎構(gòu)件??  6.1 類型和截面選擇??  6.2 強度計算和剛度要求??  6.3 壓彎構(gòu)件平面內(nèi)的穩(wěn)定性計算??    6.3.1 壓彎構(gòu)件平面內(nèi)穩(wěn)定承載力??    6.3.2 等效彎矩系數(shù)??    6.3.3 實腹式壓彎構(gòu)件平面內(nèi)穩(wěn)定承載力計算??  6.4 壓彎構(gòu)件平面外的穩(wěn)定性計算??  6.5 格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的計算??    6.5.1 彎矩繞實軸作用??    6.5.2 彎矩繞虛軸作用??    6.5.3 綴材計算??  6.6 壓彎構(gòu)件的板件穩(wěn)定??    6.6.1 翼緣板的穩(wěn)定??    6.6.2 腹板的穩(wěn)定??  6.7 壓彎構(gòu)件計算長度??    6.7.1 一般概念??    6.7.2 框架柱計算長度系數(shù)??    6.7.3 變截面柱計算長度系數(shù)??  6.8 小結(jié)??  思考題??  習(xí)題??附錄??  1 鋼材的化學(xué)成分和機械性能??  2 強度設(shè)計值??  3 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)??  4 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)??  5 框架柱計算長度系數(shù)??  6 疲勞計算的結(jié)構(gòu)和連接分類??  7 型鋼規(guī)格表??  8 螺栓和錨栓規(guī)格??  9 各種截面回轉(zhuǎn)半徑的近似值??部分習(xí)題參考答案??主要參考文獻??

章節(jié)摘錄

　　除此之外，一些需要多次拆卸的結(jié)構(gòu)也是鋼結(jié)構(gòu)的重要應(yīng)用領(lǐng)域；地價昂貴的地段，由于鋼結(jié)構(gòu)占地面積小亦可能成為首選；在地基承載力差的場地，高度不大的多層建筑亦可能選擇鋼結(jié)構(gòu)；甚至急迫的工期要求也可能促使采用鋼結(jié)構(gòu)方案；隨著建筑物的智能化發(fā)展，要求敷設(shè)更多的電器具管線，鋼結(jié)構(gòu)由于容易滿足這些要求而具有明顯的優(yōu)勢。　　一般鋼材易被腐蝕，這是鋼結(jié)構(gòu)的弱點。不過，在無侵蝕性化學(xué)介質(zhì)的環(huán)境中服役，鋼構(gòu)件通過嚴格的除銹和周期性噴涂油漆，問題并不嚴重。隨著多品種的耐候鋼材的出現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性能會越來越好。雖然在高溫條件下，鋼材的力學(xué)性能會發(fā)生嚴重退化（參見2.2節(jié)），但鋼材具有相當(dāng)?shù)哪蜔嵝阅?，在不超過100℃的輻射熱環(huán)境中服役，一般無需做特別的防護。在可能遭受火災(zāi)的環(huán)境下服役的鋼結(jié)構(gòu)，或者一些與燃燒介質(zhì)直接接觸的構(gòu)筑物（如冶煉爐），必須做防火設(shè)計。防火措施通常有兩種，其一是采用耐火材料（如石膏板、蛭石板等）將鋼構(gòu)件與火源隔離，其二是在鋼構(gòu)件表面噴涂防火涂料。除了這些傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)防火措施外，一些具有耐火性能的鋼材也陸續(xù)面市。

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