第一章  绪  论    1
1.1  钢结构的发展概况    1
1.2  钢结构的特点及应用    4
1.3  钢结构设计方法    7
1.4  钢结构设计的基本要求    12
1.5  钢结构的发展趋势    12
第二章  钢结构材料及其性能    15
2.1  结构钢材的主要性能    15
2.2  影响钢材力学性能的因素    21
2.3  钢材的破坏形式    24
2.4  应力集中对钢材性能的影响    25
2.5  钢材的疲劳破坏及疲劳计算    27
2.6  钢材的种类和规格    32
2.7  钢材的选用原则    36
第三章  钢结构的连接    38
3.1  连接概述    38
3.2  对接焊缝连接设计    45
3.3  角焊缝连接的形式和构造    49
3.4  角焊缝连接的计算    53
3.5  焊接残余应力和焊接残余变形    64
3.6  螺栓连接设计    69
第四章  轴心受力构件    95
4.1  概  述    95
4.2  轴心受力构件的强度和刚度    96
4.3  轴心受压构件的稳定    98
4.4  实腹式轴心受压构件的截面设计    116
4.5  格构式轴心受压构件    121
4.6  柱头和柱脚设计    136
第五章  受弯构件——梁    145
5.1  梁的形式和应用    145
5.2  梁的强度和刚度    146
5.3  梁的整体稳定    151
5.4  梁的局部稳定和加劲肋设计    159
5.5  考虑腹板屈曲后强度的组合梁承载力计算    171
5.6  钢梁的设计    177
第六章  拉弯和压弯构件    196
6.1  概  述    196
6.2  拉弯和压弯构件的强度和刚度计算    198
6.3  实腹式压弯构件的整体稳定    201
6.4  实腹式压弯构件的局部稳定    210
6.5  格构式压弯构件    212
参考文献    219
附  录    220
附录1  钢材和连接强度设计值    220
附录2  疲劳计算的构件和连接的分类    223
附录3  结构或构件的变形容许值    226
附录4  轴心受压构件的稳定系数    227
附录5  各种截面回转半径的近似值    231
附录6  型钢表    232
附录7  螺栓规格    241
大跨度悬索桥——日本明石海峡悬索桥,跨度 1991 m,1998 年建成。在我国,西堠门悬索桥,跨度 1650 m,2009 年建成;杨润悬索桥,跨度 1490 m,2005 建成;江阴悬索桥,跨度 1385 m,1999 年建成;香港青马悬索桥,跨度 1377 m,1997 年建成。
大跨度钢结构拱桥——上海卢浦大桥跨度 750 m,为全焊接钢结构拱桥,用钢 3.5 万吨,2003 年通车;重庆朝天门大桥主跨 552 m,为钢桥桁架拱桥形式,全桥永久用钢 4.6 万吨。
大跨度房屋建筑——美国 1979 年建成的底特律体育馆,屋盖为网壳结构,跨度 266 m,为世界最大跨度钢结构建筑;1996 年建成的亚特兰大体育馆,屋盖为索、杆、膜张拉结构,跨度 235 m。日本 20 世纪 90 年代建成的名古屋穹顶,屋盖为网壳结构,跨度 229.6 m。英国2000年建成外形似飞碟状的展览馆(千年穹顶),属斜拉索钢结构,跨度 320 m。北京国家体育场“鸟巢”,平面为椭圆形 343 m×292 m,它不同于现代大跨度常用的网架、网壳、拱架等结构形式,也未采用斜拉、预应力等提高跨度的有关措施,自身支撑,为世界大跨度建筑的首例。与体育场罩棚比较,其结构最大悬挑长度 79 m,尚属少有。“鸟巢”用最小、最简易的原始鸟窝来表现最大、最复杂的现代化建筑,可谓一大奇迹。
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前 言
本书是按照高等学校土木工程专业指导委员会编制的《高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲》中的《钢结构基本原理课程教学大纲》的要求,根据现行《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)编写的。本书可作为高等学校土木工程、道路桥梁与渡河工程、城市地下空间工程、铁道工程等土木类本科生的教学用书,也可作为钢结构相关设计、施工及研究人员的参考书。
钢结构设计原理主要讲述钢结构的材料性能、连接以及基本构件的受力性能和设计计算方法,是土木类专业重要的专业基础课。全书共分6章,主要内容有:概述、钢结构材料、钢结构的连接、轴心受力构件、受弯构件、拉弯和压弯构件。本书除给出相应例题外,还在各章后列出了反映相应重点概念和计算方法的思考题和习题。
本书由西南交通大学康锐、李燕强任主编,由南阳理工学院肖新科、宫赛任副主编。此外,西南交通大学黄艳霞、张明、李倩、严传坤等老师参编了部分章节,并承担了校核工作;研究生张克礼、赖小盼、刘旭东、庞博、郑柯汗、陈文强、杨一维对书中的例题及习题进行了复核。
在编写本书的过程中考参了国内同行的教材,在此谨向这些作者表示感谢。鉴于作者水平有限,加之时间仓促,书中难免有不妥之处,敬请读者批评指正。
编 者
2016年6月
我带着满怀的期待,翻开了这本《钢结构设计原理》。我希望能够从中窥探到现代建筑的骨架是如何被巧妙地搭建起来的,了解钢材这种材料在建筑领域中的独特魅力,以及工程师们是如何运用智慧和科学来确保这些庞然大物稳固而优雅地矗立于世的。我尤其好奇,在面对各种极端天气,如台风、地震时,钢结构是如何设计来抵御这些挑战的。这本书的标题暗示着一种深入浅出的讲解,能够让我理解那些看似复杂的钢结构背后所蕴含的普适性原则。然而,当我真正投入阅读时,我却发现自己仿佛置身于一个精密的仪器仪表房,眼前是各种参数、公式和图表,而缺乏了对整个“工作原理”的宏观把握。我希望能看到一些关于钢结构体系的分类,以及不同体系的适用场景的介绍,比如框架结构、桁架结构、空间结构等等。我更希望能够理解,在进行钢结构设计时,哪些是首要考虑的因素,哪些是次要的。这本书更多的是深入到了一些非常具体的计算细节,比如如何计算钢梁的挠度,如何进行钢柱的稳定性分析,这些固然是原理的一部分,但如果缺乏了整体的设计思路,就显得有些零散。而且,书中对于图例的解释也比较简略,很多图纸中的符号和标注,对于不熟悉的人来说,可能需要花费不少时间去理解。我期待的是,书中能够穿插一些案例研究,让我们看到这些“原理”是如何在真实的建筑项目中得到应用的,哪怕只是对一些经典的钢结构建筑进行简要的分析。
评分翻开《钢结构设计原理》这本书,我原本期待的是一次关于建筑骨架之美的探索之旅。我想了解,为什么钢结构能够如此普遍地应用于各类现代建筑,从高耸入云的摩天大楼到宽敞的体育场馆,它的设计背后蕴含着怎样的科学原理和工程智慧。我渴望理解,工程师们是如何利用钢材的强度、韧性和可塑性,来应对各种复杂的荷载,并创造出既安全又富有美感的建筑结构的。我尤其对钢结构在极端环境下的表现充满好奇,比如在地震多发地带,它是如何被设计来抵御地壳的震动;在强风区域,它又是如何抵抗狂风的侵袭。这本书的标题暗示着一种深刻的洞察,能够让我从本质上理解钢结构的设计逻辑。然而,当我沉浸在书中的内容时,我却发现自己仿佛置身于一个由公式和符号构筑的迷宫。书中充斥着各种精密的计算公式和复杂的图表,但对于这些公式的来源,以及它们在实际工程中的具体应用,却缺乏足够的铺垫和解释。我希望能够看到一些关于钢材材料科学的基础知识,比如它的各种性能指标,以及这些指标是如何影响设计决策的。我也期待能够了解一些关于钢结构连接技术的细节,比如焊接、螺栓连接的工艺和质量控制,因为这些直接关系到结构的整体安全性。这本书的语言风格也显得过于学术化,缺乏一种能够引导初学者逐步深入的循序渐进的过程。
评分刚拿到这本书,就被它厚重的体量吓了一跳,以为里面定是干货满满。然而,翻阅之后,我的心情却如同过山车般跌宕起伏。我原本期待的是一个能够系统性地梳理钢结构设计脉络的指南,能够让我从宏观上理解钢结构的适用范围、优势劣势,以及在不同类型建筑中的应用策略。我想知道,为什么在摩天大楼中钢结构如此普遍?它又是如何应对地震和风荷载的?书中似乎对此类宏观层面的探讨甚少。取而代之的是,我面对的是一系列细致入微、甚至可以说是“抠细节”的计算公式和规范条文。这些内容固然重要,但对于初学者而言,却显得过于专业和枯燥。我试图寻找一些关于钢结构发展历史、材料科学的演变,或者与其他结构形式的对比分析,希望能为理解“原理”提供一个更广阔的视角。但书中对此几乎没有涉及。仿佛钢结构的设计就是一门独立存在的学问,与世隔绝。而且,书中在图示的应用上,也存在一些遗憾。虽然配有图纸,但很多图纸的比例尺标注不清,或者视图角度过于单一,难以全面理解构件之间的连接关系和空间布局。我宁愿少放几张图,也要确保每一张图都清晰、准确、富有信息量。此外,书中的术语使用也相当专业,并没有提供一个详细的术语表或缩略语解释。这使得我在阅读过程中,不得不频繁地查阅其他资料,大大降低了阅读效率。我希望这本书能更像一个经验丰富的老工程师在给我讲课,用他多年的实践经验来解读这些“原理”,而不是一味地堆砌理论。如果能加入一些实际工程案例的剖析,哪怕是简化版的,也能极大地提升我的理解深度。
评分这本书的封面上“钢结构设计原理”几个字,仿佛在向我昭示着一个严谨而深刻的知识体系。我购买它的目的,是想了解在现代建筑设计中,钢结构所扮演的关键角色,以及它的设计背后所遵循的科学规律。我希望能理解,为什么在一些高耸入云的摩天大楼中,钢结构能够成为首选的材料,它在承受巨大的荷载和复杂的环境因素时,是如何保持其稳定性和安全性的。我更希望能够明白,工程师们是如何通过对钢材特性的深刻理解,以及对力学原理的熟练运用,来创造出各种极具艺术感和实用性的建筑结构的。然而,当我开始阅读时,我却发现自己仿佛被抛进了一个充满专业术语和复杂公式的迷宫。书中对于钢结构设计的基本出发点,比如结构的命名、分类,以及设计流程的概述,几乎没有提及。它直接开始讲解如何进行各种构件的详细计算,仿佛读者已经具备了相当的工程背景知识。我尝试去寻找一些关于钢结构历史发展,或者不同国家设计规范的对比分析,希望能从中获得更广阔的视野,但这些内容在书中也几乎看不到。而且,书中对于图纸的运用也显得有些不足。虽然配有图,但很多图的比例尺不够清晰,或者缺乏必要的标注,使得读者难以准确地理解构件的尺寸和连接方式。我期待的是,这本书能够提供一些实际工程案例的剖析,让我们看到这些“原理”是如何在现实世界中得到应用的。
评分这本书的标题《钢结构设计原理》听起来就充满了吸引力,让我以为能够从中深入地了解钢结构这种现代建筑中不可或缺的材料。我希望能够理解,为什么钢结构如此受欢迎,它的优势是什么,以及在设计过程中,工程师们是如何巧妙地利用它的强度和延展性来创造出各种令人惊叹的建筑。我想知道,在面对各种复杂的荷载,比如风、雪、地震时,钢结构是如何被设计来抵抗这些力量的。我期待的是,这本书能够提供一个清晰的框架,让我能够系统地学习钢结构设计的逻辑,从材料的选择,到构件的设计,再到整体结构的稳定性分析。然而,当我翻开书页,却发现自己仿佛进入了一个纯粹的数学世界。书中充斥着大量的公式推导和符号演算,而对于这些公式是如何来源于物理原理,以及它们在实际工程中的应用,却缺乏足够的解释。我希望能够看到一些关于钢材的性能介绍,比如它的弹性模量、屈服强度、抗拉强度等,以及这些性能是如何影响设计决策的。我也期待能够了解一些关于钢结构连接方式的介绍,比如焊接、螺栓连接的优缺点,以及在不同情况下应该如何选择。书中提供的图纸,虽然数量不少,但很多图的尺寸标注不够清晰,或者视图角度比较单一,难以完整地理解构件的构造。我希望能够看到一些更具启发性的插图,比如通过三维模型来展示结构的受力情况。
评分这本书的封面设计简洁大气,让人一眼就能联想到稳固的建筑骨架。我当初选择它,是希望能够对钢结构的设计有一个相对全面和系统的了解。我想知道,在纷繁复杂的建筑形式背后,钢结构是如何担当起主要的承重角色的,以及工程师们是如何通过精密的计算和巧妙的设计,赋予钢结构以生命力的。我期待的是,这本书能够为我揭示钢结构设计的核心逻辑,比如材料的选择标准、构件的连接方式、整体的抗震设计思路等等。然而,在我深入阅读之后,我发现这本书的叙述方式有些过于“技术流”了。它直接切入了各种具体的计算方法和规范条文,而对于钢结构设计的基本概念,比如荷载的类型、力的传递路径、结构的安全冗余等,却没有进行足够清晰的解释。这让我感觉,这本书更像是一本操作手册,而不是一本讲解原理的书。我希望能够看到一些关于钢结构材料力学性能的科普性介绍,比如钢材的屈服强度、抗拉强度,以及在不同温度下的表现。我也期待能够了解一些关于钢结构施工的关键技术,比如焊接、螺栓连接的质量控制等等。这本书中充斥着大量的公式和图表,虽然它们代表着精确的计算,但如果缺乏了对这些计算结果的实际意义的解读,就显得有些抽象。我希望能够看到一些更直观的图示,比如通过动画或者模拟来展示钢结构的变形和破坏过程。
评分这本书的封面上赫然写着“钢结构设计原理”,我当时还以为能学到点什么,结果翻开来看,里面充斥着各种冗长的公式推导,还有一些我完全看不懂的图纸。感觉就像是直接把一本工程手册硬塞了过来,连一点点背景介绍都没有。我只是想了解钢结构大概是怎么设计的,比如它和混凝土结构有什么不同,在哪些建筑里常用,安全性方面有什么考量等等。结果呢?一上来就是荷载组合、截面特性分析,看得我头晕眼花。我甚至怀疑这本书是不是为了把内容填满,故意加入了这么多复杂的数学计算,而忽略了对基本概念的解释。我希望看到的是,比如在介绍梁的设计时,能先说说梁的作用是什么,有哪些常见的梁型,然后在慢慢深入到计算。而不是直接给我一个公式,然后告诉我这个公式怎么用。而且,书中大量的图纸,有些甚至是手绘的,模糊不清,根本看不出它想表达什么。就算偶尔有几张清晰的图,也都是一些复杂的节点连接,根本看不懂。我真的不明白,为什么一本关于“原理”的书,要写得这么晦涩难懂,好像是给那些已经完全掌握了基础知识的工程师看的,而不是给像我这样的初学者。如果这本书能加入一些案例分析,比如分析一个实际的钢结构建筑的设计过程,那该多好啊!这样我至少能对钢结构的应用有一个直观的了解,而不是只能对着一堆公式和图纸发呆。而且,书中的语言风格也太过于学术化了,感觉就像在阅读一篇博士论文,没有丝毫的人情味。我希望能看到一些更生动、更形象的语言,用通俗易懂的方式来解释复杂的概念。总而言之,这本书并没有满足我作为一个普通读者想要了解钢结构设计基本原理的期望,它更像是一本纯粹的教科书,而我需要的是一本能够引领我入门的读物。
评分这本书的封面设计简洁明了,标题《钢结构设计原理》更是直击主题。我之所以购买这本书,是希望能够对钢结构的设计有一个全面而深入的理解。我想知道,在现代建筑设计中,钢结构是如何担当起承重骨架的角色,以及工程师们是如何利用钢材的优异性能来创造出各种令人惊叹的建筑的。我特别关注钢结构在应对地震、台风等自然灾害时的设计策略,以及如何确保建筑的整体安全性和稳定性。我期待这本书能够为我揭示钢结构设计的核心逻辑,比如材料的选择、构件的连接方式、以及结构的整体布置和优化。然而,当我开始阅读时,我发现这本书的叙述方式有些过于抽象和理论化了。它更多地关注于各种数学公式的推导和工程规范的引用,而对于这些原理是如何应用于实际工程的,以及它们背后的物理意义,却缺乏足够的阐述。我希望能够看到一些更具象化的讲解,比如通过图文并茂的方式来展示钢结构的受力情况,或者通过案例分析来讲解不同设计方法的优缺点。书中提供的图纸,虽然数量不少,但很多图的标注不够清晰,或者缺乏必要的尺寸信息,使得读者难以准确地理解构件的构造和连接方式。我希望能够看到一些更直观和具有指导意义的图示,比如不同类型节点的详细构造图。
评分当我拿到《钢结构设计原理》这本书时,我对它充满了期待。我希望能够通过这本书,了解钢结构在现代建筑中扮演的关键角色,以及工程师们是如何运用科学和智慧来设计出安全、高效、美观的钢结构建筑。我特别想知道,钢结构是如何应对自然灾害的,比如地震和台风,以及在设计中需要考虑哪些关键因素来确保结构的稳定性。我想了解,为什么有些高层建筑会选择钢结构,而另一些建筑则会选择混凝土结构,它们各自的优劣势是什么。我希望这本书能够为我揭示钢结构设计的核心逻辑,从材料的力学性能,到构件的设计方法,再到整体结构的布置和优化。然而,当我深入阅读时,我却发现这本书的叙述方式过于专业化和技术化了。它直接切入各种复杂的计算公式和工程规范,而对于钢结构设计的基本概念,比如力的传递、荷载的分类、结构的变形等,却没有进行足够清晰的解释。这让我感觉,这本书更像是一本供专业工程师使用的参考手册,而不是一本面向初学者的原理讲解书。我希望能够看到一些关于钢结构历史发展的故事,或者一些著名的钢结构建筑的案例分析,来帮助我更好地理解这些原理。我也期待能够了解一些关于钢材的生产工艺和质量控制,因为这直接影响到钢结构的实际性能。
评分这本书的标题《钢结构设计原理》听起来就充满了学术的严谨性,这本身无可厚非。我购买它的初衷,是希望能对现代建筑中无处不在的钢结构有一个更深入的认识。我希望了解,为什么钢材能够成为如此重要的建筑材料,它的力学性能如何,在承受各种荷载时会发生怎样的变化,以及建筑师和工程师是如何利用这些特性来创造出令人惊叹的建筑的。然而,翻开书页,我却发现自己仿佛掉进了一个公式和符号的海洋。书中充斥着各种我需要花费大量时间去理解的数学推导,而对于这些公式是如何应用于实际工程的,以及它们背后的物理意义,书中却鲜有阐述。我期望的“原理”是关于如何构思一个钢结构体系,如何进行初步的选型,如何考虑整体的稳定性,以及如何进行关键节点的经济性设计。但这本书更多的是在讲解如何进行某一特定构件的精确计算,仿佛是直接跳过了概念层面的讲解,进入了工程实践的细节。而且,书中的语言风格非常直接,甚至可以说是生硬。很多概念的提出,都没有一个缓冲或铺垫,直接抛给读者,需要读者具备相当的背景知识才能理解。我尝试去寻找一些关于钢材种类、焊接工艺、防腐蚀处理等与钢结构设计息息相关的实际问题,但这些内容在书中几乎找不到踪影。我非常希望能看到一些图文并茂的讲解,比如通过清晰的三维模型来展示钢结构的受力情况,或者通过实际工程的照片来佐证书中的理论。这本书的叙述方式,更像是为那些已经对钢结构有所了解的专业人士准备的,对于想要从中学习基本原理的普通读者而言,门槛确实太高了。
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