鋼結構設計

《鋼結構設計》是土木工程專業的專業課教材，主要內容包括屋蓋結構設計、單層工業廠房結構設計和多高層結構設計。《鋼結構設計》編寫以最新《鋼結構設計規範》（GB50017—2003）、《冷彎薄壁型鋼技術規範》（GB50018—2002）、《高層民用建築鋼結構技術規程》（JGJ99～98）及其他相關規範、規程為依據，理論聯繫工程實際，便於初學者掌握和使用。《鋼結構設計》可作為高等院校土木工程專業教學用書，也可供工程設計和施工人員參考。

目錄

第一篇鋼結構設計方法總論

第1章鋼結構設計方法總論

1.1第l層次的設計方法：安全度的考慮

1.1.1可靠度問題

1.1.2荷載組合

1.2第二層次的分析方法：內力分析方法

1.2.1各種分析方法簡介

1.2.2為什麼要發展二階分析方法

1.3第三層次的設計方法：截面和構件的設計

1.3.1四類截面的定義

1.3.2四類截面的定量指標

1.3.3不同類別截面的應用

1.4各個層次設計方法的配套

1.5機構控制設計法(能力設計法)

l.6關於目前廣泛採用的E-P設計法的一個評論

1.7關於塑性設計方法和彎矩調幅法

1.8鋼結構採用彎矩調幅法

l.9關於一階彈性分析和二階彈性分析

1.10如何看待屈曲分析得到的彈性臨界荷載

1.11如何看待假想荷載法?

1.12鋼結構設計中的兩種剛度驗算：長細比與撓度和側移驗算

參考文獻

第2章框架穩定設計方法的發展

2.1傳統的計算長度係數法——框架柱穩定性設計的方法

2.2為什麼計算長度係數法能夠應用於框架柱的穩定設計

2.3框架有側移失穩——一個簡單的判定準則

2.4同層各柱的相互作用——修正計算長度係數法及其困難

2.5框架整體屈曲分析方法應用於設計——一種可能被誤用的方法

2.6層與層的相互作用——三層或二層模型

2.7基於層整體彈塑性失穩的框架穩定係數

2.8按照整層失穩模式的穩定性設計建議

2.9對建議的說明和一個算例

2.10框架柱無側移失穩與框架層整體有側移失穩的相互作用

參考文獻：磨石建築培訓

第3章結構和框架的分類及穩定性計算

3.1框架分類1：強支撐框架和弱支撐框架、純框架

3.2框架分類2：有側移框架和無側移框架

3.3支撐架的分類

3.4結構分類：側移不敏感結構和側移敏感結構

3.5關於線性分析和二階分析及其穩定性計算

3.6內力採用線性彈性分析時框架柱的計算長度係數

3.7強支撐框架的判定準則

3.8弱支撐框架柱的計算長度係數

3.9彈塑性非線性分析作為設計工具的規定

3.10雙重抗側力結構中框架柱穩定算例

3.10.1剪切型支撐架算例

3.10.2彎曲型支撐架算例

參考文獻：磨石建築培訓

第4章鋼結構抗震設計漫談

4.1彈性結構對地震的反應及其設計採用的地震力

4.1.1結構設計採用的地震力

4.1.2彈性加速度反應譜——單一的設計要求

4.1.3三水準設防目標——三種地震作用

4.1.4為什麼不按照彈性反應要求對結構進行設計

4.2結構的彈塑性地震反應及其設計目標

4.2.1結構的彈塑性地震反應分析

4.2.2對彈塑性結構設計的雙重要求：延性和承載力及其兩者之間的妥協

4.3國際上兩種地震力理論

4.3.1小震彈性地震力理論及其背後隱藏的實質

4.3.2承載力抗震調整係數yRE的物理意義及其對延性鋼結構的排斥

4.3.3延性地震力理論

4.3.4能力譜方法及其與延性地震力理論的聯繫

4.3.5地震力的社會政治因素

4.3.6歐美日的結構影響係數中究竟包含了哪些因素?

4.4對層間側移的限值如何影響結構實際承受的地震力?

4.5耗能能力——客觀地認識其作用

4.5.1地震輸入一個結構的能量是一定的嗎?

4.5.2在地震中具有決定性作用的是耗能能力還是延性?

4.5.3對歐美日一些強調延性卻不一定強調耗能能力的抗震設計規定的理解

4.6阻尼、後期剛度、滯回曲線的形狀、二階效應和多自由度等對結構抗震性能的影響

4.6.1阻尼的影響

4.6.2後期剛度的影響

……

第3章結構和框架的分類及穩定性計算

第4章鋼結構抗震設計漫談

第5章與抗震設計有關的結構和構件的分類及結構影響係數

第6章樑柱連接節點的分類與其設計計算

第7章鋼柱腳錨栓的設計方法

第二篇鋼－－混凝土組合梁基本理論及其設計方法

第8章考慮組合面滑移影響的鋼－－混凝土組合梁彎曲理論

第9章鋼與混凝土簡支組合梁的設計計算

第10章鋼與混凝土連續組合梁的設計計算

第11章樓板和人行天橋自振頻率和舒適度的控制

第12章連續組合梁算例

第三篇鋼結構配套新技術與新方法

第13章自承式鋼模板系統性能試驗和設計方法研究

第14章嵌套連接冷彎斜卷邊Z形連續檁條的抗彎性能試驗研究

第15章大跨度組合桁架樓蓋結構體系

第16章兩跨連續吊車梁設計應用條件、方法和程序

第17章鋼框架內嵌帶豎縫鋼筋混凝土剪力牆的設計

上海磨石建築培訓提供

對於一般鋼結構的抗震設計可以簡述該如下：

1）進行動力學分析獲得必須的側向力。在計算前必須有最基本的結構要素，尤其是結構的自重和側向傳力體系要有明確的計劃。最簡單的動力學分析是底部剪力法。這通過計算各樓層的自重和分佈計算得出。更為流行的是實用軟體進行線性模態分析。模態分析依賴於結構的自重，側向力單元的分佈和剛度。

2）設計側向傳力單元。從動力學中獲得的力需要考慮側向力單元的延性來折減。延性係數由規範規定。注意不能太保守設計。最為整個建築的耗能結構，側向單元只要滿足側向力計算即可。原因是截面過大會降低結構延性，並且所有其他的構件都會受到影響。確定截面后，需要計算出實際的延性。這是因為實際選取的截面會大於計算所要求的界面。所以實際延性會低於理論延性。

3）設計與側向單元聯接的柱和其他主要構件。為滿足“強柱”的要求，使用最大可能（probabledemand）的側向單元的力，即考慮側向單元的極限承載力。

4）設計地基。設計思路同3）。如果地質良好，如岩石，可以在最後設計。

5）設計隔板。當然考慮是剛性的還是半剛性的。隔板的破毀將導致結構脆性破壞或倒塌，所以設計思路是不能屈服，必須在線性範圍內。其涉及內容有支柱，弦，連接樣式；剪切連接件等等。

《鋼結構設計(交通版)》：高等學校土木工程專業規劃教材

插圖：

1．平面布置

（1）多跨廠房宜等高和等長。

（2）廠房的貼建房屋和構築物，不宜布置在廠房角部和緊鄰防震縫處。

（3）廠房體型複雜或有貼建的房屋和構築物時，宜設防震縫；在廠房縱橫跨交接處、大柱網廠房或不設柱間支撐的廠房，防震縫寬度可採用100～150mm，其他情況可採用50～90mm。

（4）兩個主廠房之間的過渡跨至少應有一側採用防震縫與主廠房脫開。

（5）廠房內上吊車的鐵梯不應靠近防震縫設置；多跨廠房各跨上吊車的鐵梯不宜設置在同一橫向軸線附近。

（6）工作平台宜與廠房主體結構脫開。

（7）廠房的同一結構單元內，不應採用不同的結構形式；廠房端部應設屋架，不應採用山牆承重；廠房單元內不應採用橫牆和排架混合承重。

（8）廠房各柱列的側移剛度宜均勻。

2．結構體系

廠房的結構體系應符合下列要求：

（1）構件在可能產生塑性鉸的最大應力區內，應避免焊接接頭；對於厚度較大無法採用螺栓連接的構件，可採用對接焊縫等強度連接。

（2）屋蓋橫樑與柱頂鉸接時，宜採用螺栓連接。剛接框架的屋架上弦與柱相連的連接板，不應出現塑性變形。當橫樑為實腹梁時，梁與柱的連接以及梁與梁拼接的受彎、受剪極限承載力，應能分別承受梁全截面屈服時受彎、受剪承載力的1．2倍。

改革開放以來，我國的鋼產量持續增加，國家的產業政策鼓勵在房屋建築中採用鋼結構，為適應這一變化，許多高校把原有的鋼結構課程分為鋼結構設計原理和鋼結構設計兩門課程，本書即為鋼結構設計課程編寫。

本書共分為五章，第一章為單層框排架鋼結構，主要應用於單層重型工業廠房。但其中的鋼屋架屋蓋結構也可應用於鋼筋混凝土柱單層廠房和其他跨度較大房屋的屋蓋，輕型門式剛架結構廠房的吊車梁也按本章設計，平台結構也可應用於已有單層房屋室內的加層；第二章為輕型門式剛架結構，其中的圍護結構內容也可應用於其他單層房屋；第三章為空間網架結構；第四章為多高層建築鋼結構；第五章為鋼結構的防腐和防火。

由於各高校鋼結構設計課程教學時數不同，教師授課時可根據具體情況全部講授或選擇部分內容講授。

本書依據現行規範編寫，知識體系完整，內容豐富，實用性強，書中附有較多的例題和習題，可作為高等學校土木工程專業本科專業課教材，也可作為相關專業工程技術人員參考書。

本書由黃炳生任主編，劉正保、徐鈞任副主編。第一章第一至四、六、七節及第二章和第三章由南京工業大學黃炳生編寫，第一章第五節、第五章由上海應用技術學院徐鈞編寫，第四章由南京工業大學黃炳生和南京工程學院劉正保編寫，全書由黃炳生統稿，東南大學舒贛平教授認真審閱了書稿，並提出了許多寶貴的修改意見，在此編者表示衷心感謝。

在本書編寫過程中，我們參考和引用了較多的參考文獻，主要的已在書末列出，在此向所有本書引用文獻的作者表示感謝。在本書編寫初期，蘭州理工大學李慶福參與了第一章第一至三、七節和第二章第六節部分CAD圖繪製和部分文字的錄入，在此表示感謝。由於編者水平有限，書中難免存在錯誤和不當之處，懇請讀者批評指正。

胡習兵，張再華：中南林業科技大學土木工程與力學學院，教研室主任，副教授。

第1章屋蓋結構設計

鋼結構屋蓋根據幾何形狀、組成方式和受力特點可分為平面屋蓋結構體系和空間屋蓋結構體系。平面屋蓋結構體系由屋面板、檁條、屋架、托架、天窗架和支撐等構件組成，主要用於冶金、機械等工業廠房建築；空間屋蓋結構體系包括網架結構、網殼結構和懸索結構等，常常用於大型公共建築和體育建築。

1.1平面屋蓋結構布置

1.1.1平面屋蓋結構組成和分類

在平面屋蓋結構體系中，屋架支承於柱或托架，承受屋面板或檁條傳來的荷載。當屋架跨度較大時，為了採光和通風需要，屋蓋上常設置天窗。支撐系統用於增強屋架的側向剛度，傳遞水平荷載和保證屋蓋體系的整體穩定（圖1.1）。

平面屋蓋結構根據屋面材料和屋面布置情況可分為無檁屋蓋體系和有檁屋蓋體系。

屋面採用大型屋面板時，屋面荷載可直接通過大型屋面板傳遞給屋架，這種屋蓋體系稱為無檁屋蓋體系（圖1.2）。無檁屋蓋體系的優點是屋蓋橫向剛度大，整體性好，構造簡單，施工方便等；其缺點是屋蓋自重大，不利於抗震，其多用於有橋式吊車的廠房屋蓋中。