钢结构（第2版）前言

本书是编者在总结多年职业院校教学经验的基础上，根据职业院校土木工程专业的培养目标和教学大纲，专门为职业院校的人才培养而编写的。

本书按照“少而精”的原则进行编写，保持了学科体系的完整性。在删减理论推导和冗长分析的基础上，尽量做到讲清基本概念；在引进主要概念时，尽量做到简明、自然。

本书按照“学以致用”的原则，对基本理论、计算方法和例题的配置相对加强，并对典型题增加了解题后的讨论，加深了对基本概念的理解和对工程问题的认识。本书第1版是按照《钢结构设计规范》（GB50017—2003）编写的，第2版按《钢结构设计规范》（GB50017—2012）进行修订，使教材更具有实用性。通过本书的学习，可对国家规范、标准做到心中有底。

本书针对职业院校人才的培养特点，增加了“课程实训”和“本门课程求职面试可能遇到的典型问题应对”两章，使学生能较好地处理生产第一线可能遇到的问题，在工作中能较快地进入状态。

本书直接选用了参考文献中的部分习题，在此向文献的诸位作者表示感谢。

本书中的图表及书后附录大部分直接选自参考文献[2]，在此特向文献的两位主编陈绍蕃先生和顾强教授表示感谢。

在编写本书的过程中，得到了丛书主编的多次指导，在此表示感谢。

限于编者水平，书中的错误和不足之处，希望读者给予批评指正。

吴宝瀛

于北京建筑工程学院

2015年7月

本书是由中国土木工程学会教育委员会推荐的21世纪职业院校土木建筑工程专业系列教材之一，是根据职业院校土木工程专业的培养目标和教学大纲编写的。

全书从钢结构的特点和设计方法入手，对钢结构的材料，钢结构的连接，轴心受力构件，受弯构件，拉弯、压弯构件等的破坏形式及一般计算方法进行了说明，并根据职业院校学生的特点，增加了课程实训、求职面试可能遇到的典型问题应对两章。

本书可作为职业及高等专科院校和普通大学专科土木工程专业的钢结构教材，也可作为高等教育自学考试房屋建筑工程的钢结构辅导教材，亦可作为在土木工程专业中从事钢结构设计、施工的技术人员的参考用书。

第1章概述

1.1钢结构的特点和应用

1.1.1钢结构的特点

1.1.2钢结构的应用

1.2钢结构的组成

1.2.1钢结构所受荷载

1.2.2钢结构的组成

1.3钢结构的设计方法

1.3.1承重结构的两种极限状态

1.3.2结构可靠度设计

1.3.3分项系数设计表达式

1.4钢结构的发展

习题

第2章钢结构的材料

2.1钢结构用材的要求

2.2钢材的力学性能

2.2.1单向拉伸时的性能

2.2.2冷弯性能

2.2.3冲击韧性

2.3影响钢材性能的因素

2.3.1化学成分的影响

2.3.2成材过程的影响

2.3.3结构钢材的脆性破坏

2.4钢材的类别及选用

2.4.1建筑钢材分类

2.4.2型钢规格

2.4.3钢材的选择

习题

第3章钢结构的连接

3.1概述

3.2焊缝连接

3.2.1焊缝的缺陷和级别

3.2.2焊缝的代号

3.3对接焊缝的构造和计算

3.3.1对接焊缝的构造要求

3.3.2对接焊缝的计算

3.4角焊缝的构造和计算

3.4.1角焊缝计算的基本假设和基本公式

3.4.2角焊缝的尺寸限制和构造要求

3.4.3常用连接方式的角焊缝计算

3.5普通螺栓连接的构造和计算

3.5.1普通螺栓的排列和构造要求

3.5.2普通螺栓连接的性能

3.5.3普通螺栓群连接的计算

3.6高强度螺栓连接的构造和计算

3.6.1高强度螺栓连接的性能和构造

3.6.2高强度螺栓连接的计算

习题

第4章轴心受力构件

4.1概述

4.1.1应用和截面形式

4.1.2设计要求

4.2轴心受拉和轴心受压构件的强度和刚度

4.2.1轴心受拉（压）构件的强度

4.2.2轴心受拉（压）构件的刚度

4.3实腹式轴心受压构件的整体稳定和局部稳定

4.3.1轴心受压构件整体稳定的概念

4.3.2实际轴心受压构件的整体稳定

4.3.3单轴对称截面轴心受压柱的弯扭失稳

4.3.4轴心受压构件的局部稳定

4.3.5实腹式轴心受压柱算例

4.4格构式轴心受压构件

4.4.1格构式轴心受压构件的组成

4.4.2格构式轴心受压构件绕虚轴方向的整体稳定

4.5柱头和柱脚

4.5.1柱头的构造和计算

4.5.2柱脚的构造和计算

习题

第5章梁

5.1概述

5.1.1梁的应用和截面形式

5.1.2梁格

5.1.3梁的设计要求

5.2梁的强度

5.2.1梁的抗弯强度

5.2.2抗剪强度

5.2.3局部抗压强度

5.2.4折算应力强度

5.3梁的整体稳定

5.3.1梁整体失稳的现象

5.3.2梁整体稳定性的保证

5.3.3简支梁的临界荷载

5.3.4梁的整体稳定计算公式

5.3.5梁的整体稳定算例

5.4梁的局部稳定

5.4.1翼缘板的容许宽厚比

5.4.2腹板加劲肋的设置

5.4.3梁的局部稳定算例

5.5焊接梁翼缘焊缝的计算

5.6梁的截面设计

5.6.1型钢梁的设计

5.6.2组合梁截面设计

习题

第6章拉弯和压弯构件

6.1概述

6.1.1应用和截面形式

6.1.2拉弯、压弯构件的设计要求

6.2拉弯和压弯构件的强度计算

6.3实腹式压弯构件的整体稳定

6.3.1弯矩作用平面内的稳定

6.3.2弯矩作用平面外的稳定

6.3.3例题

6.4实腹式压弯构件的局部稳定

6.4.1压弯构件腹板内的受力状态

6.4.2规范规定的压弯构件腹板高厚比的限值公式

6.4.3算例

6.5柱脚

习题

第7章课程实训

7.1屋盖和柱间支撑体系

7.1.1支撑体系的作用

7.1.2支撑体系的布置

7.1.3支撑和屋架连接构造及识图

7.2钢屋架节点设计和识图

7.2.1识图和构造要求

7.2.2节点的构造和计算

7.2.3节点的设计示例

7.3梁与梁的连接

7.3.1主次梁的连接

7.3.2梁的拼接

7.4多层框架梁柱的连接

7.4.1梁柱的连接

7.4.2梁柱节点的受力

7.5实腹式檩条、拉条的设计

7.5.1实腹式檩条的截面形式和放置

7.5.2实腹式檩条和拉条的设计

7.6平台设计

7.6.1次梁热轧工字钢型号的选择

7.6.2设计焊接工字形主梁截面

7.6.3设计柱子

第8章本门课程求职面试可能遇到的典型问题应对

8.1常识性问题

8.2概念性问题

8.3识图

附录

附录A型钢规格表

附录B螺栓和锚栓规格

附录C钢材、焊缝和螺栓连接的强度设计值

附录D工字形截面简支梁等效弯矩系数和轧制工字钢梁的稳定系数

附录E轴心受压构件的稳定系数

附录F各种截面回转半径的近似值

参考文献

目 录

第2版前言

第1版前言

第1章绪论1

[HT5”SS〗[HT5H〗1.1钢结构的特点和应用

1

1.1.1钢结构的特点1

1.1.2钢结构的应用范围1

1.2钢结构的类型和组成2

1.2.1常用钢结构的类型与组成

2

1.2.2钢结构的构件与连接2

1.3钢结构的设计原理与方法

2

1.3.1结构的功能要求2

1.3.2结构功能的极限状态2

1.3.3结构的功能函数3

1.3.4结构极限状态方程3

1.3.5建筑结构的可靠度3

1.3.6实用设计表达式4

1.3.7钢结构设计的基本要求

5

1.4钢结构的设计指标6

1.4.1钢结构上的作用6

1.4.2钢材强度标准值10

1.4.3钢材强度设计值10

1.4.4钢结构变形的规定11

1.5钢结构建筑的现状和发展13

1.5.1钢结构的发展现状13

1.5.2钢结构的发展方向22

复习思考题22

第2章钢结构的材料23

[HT5H〗

2.1钢材的主要力学性能23

2.1.1钢材在单向均匀拉力作

用下的性能

23

2.1.2钢材的强度24

2.1.3钢材的塑性24

2.1.4钢材的冷弯性能25

2.1.5冲击韧度25

2.1.6焊接性能26

2.2钢材的疲劳26

2.2.1疲劳强度26

2.2.2疲劳计算26

2.3影响钢材性能的主要因素

与钢材防护

28

2.3.1化学成分的影响28

2.3.2冶炼、浇注和轧制过程的影响

29

2.3.3残余应力的影响29

2.3.4应力集中的影响29

2.3.5温度影响29

2.3.6钢材的冷作硬化和时效硬化30

2.3.7钢材的防护30

2.4钢材的种类、规格与选用

30

2.4.1钢材的种类30

2.4.2钢材的规格31

2.4.3钢材的选用和保证项目

32

复习思考题36

第3章钢结构的连接37

[HT5H〗3.1钢结构的连接方法

37

3.1.1焊接连接37

3.1.2铆钉连接37

3.1.3螺栓连接38

3.2焊接连接38

3.2.1焊接方法和焊接形式38

3.2.2焊缝级别和焊缝强度40

3.2.3对接焊缝的构造和计算42

3.2.4角焊缝的构造和计算47

3.2.5焊接残余应力和残余变形

59

3.3普通螺栓连接61

3.3.1普通螺栓连接的构造61

3.3.2普通螺栓连接的计算66

3.4高强度螺栓连接74

3.4.1概述74

3.4.2摩擦型高强度螺栓连接的计算

76

3.4.3承压型高强度螺栓的计算79

复习思考题81

第4章轴心受力构件85

[HT5H〗4.1轴心受力构件的强度

85

4.2轴心受力构件的刚度85

4.3实腹式轴心受压构件的整体

稳定性87

4.3.1轴心受压构件稳定的计算87

4.3.2轴心受压构件稳定系数φ88

4.4实腹式轴心受压构件的局部

稳定计算90

4.4.1板的临界应力σcr的计算90

4.4.2板件宽厚比限值91

4.5实腹式轴心受压构件的截面

设计92

4.5.1截面设计原则92

4.5.2截面选择方法92

4.5.3构造规定93

4.6格构式轴心受压构件96

4.6.1格构式轴心受压构件的整体

稳定承载能力96

4.6.2格构式轴心受压构件的分肢

稳定性验算97

4.6.3格构式轴心受压构件的缀材

设计97

4.6.4格构式轴心受压构件的

设计步骤99

4.7柱头和柱脚102

4.7.1梁与柱的连接102

4.7.2柱脚103

复习思考题108

第5章受弯构件110

[HT5H〗5.1梁的强度计算110

5.1.1梁的抗弯强度计算110

5.1.2梁的抗剪强度计算112

5.1.3梁的局部承压强度计算112

5.1.4梁的折算应力计算113

5.2梁的刚度计算113

5.3梁的整体稳定114

5.3.1梁的整体稳定计算114

5.3.2梁的整体稳定系数φb115

5.3.3保证梁整体稳定性的构造

措施

116

5.4梁的局部稳定116

5.4.1保证梁局部稳定的措施117

5.4.2普通钢板梁仅有横向加劲肋

时间距a的简化计算公式118

5.4.3纵向加劲肋至腹板计算高度受压

边缘的距离h1的

确定119

5.4.4支承加劲肋的计算119

5.4.5当设有加劲肋时腹板局部稳定

计算120

5.4.6组合梁腹板考虑屈曲后强度

计算121

5.5梁的拼接与连接121

5.5.1梁的拼接121

5.5.2主次梁的连接122

5.5.3梁的支座123

5.6型钢梁的设计124

5.6.1单向弯曲型钢梁124

5.6.2双向弯曲型钢梁124

5.7组合钢梁的设计125

5.7.1工字形组合梁的截面选择

125

5.7.2组合梁的截面验算127

5.7.3组合梁截面沿长度的改变128

5.8钢与混凝土组合梁134

5.8.1组合梁的类型与构造134

5.8.2组合梁的特点135

5.8.3组合梁的设计方法136

复习思考题137

第6章拉弯和压弯构件139

[HT5H〗6.1拉弯和压弯构件的类型与

应用

139

6.1.1拉弯构件139

6.1.2压弯构件139

6.2拉弯和压弯构件的强度与

刚度140

6.2.1拉弯和压弯构件的强度140

6.2.2拉弯和压弯构件的刚度141

6.3实腹式压弯构件的整体

稳定142

6.3.1弯矩作用平面内的稳定性142

6.3.2弯矩作用平面外的稳定性146

6.4实腹式压弯构件的局部

稳定149

6.4.1受压翼缘板的局部稳定149

6.4.2腹板的局部稳定149

6.5压弯构件的计算长度151

6.5.1在框架平面内柱的计算长度151

6.5.2在框架平面外柱的计算长度154

6.6实腹式压弯构件的截面

设计154

6.6.1截面设计原则154

6.6.2实腹式压弯构件截面设计步骤155

6.7格构式压弯构件157

6.7.1格构式压弯构件的整体

稳定性

158

6.7.2格构式压弯构件单肢的

稳定性

158

6.7.3缀材的计算和构造要求159

6.8压弯构件的柱头和柱脚161

6.8.1压弯构件的柱头161

6.8.2压弯构件的柱脚161

复习思考题163

第7章钢屋盖结构设计165

[HT5H〗7.1钢屋架的形式和尺寸165

7.1.1屋架的形式166

7.1.2屋架的主要尺寸166

7.2屋架杆件的内力计算167

7.2.1计算假定167

7.2.2节点荷载计算167

7.2.3屋架杆件内力计算方法168

7.3屋架杆件的截面设计169

7.3.1屋架杆件的计算长度169

7.3.2屋架杆件的截面形式169

7.3.3节点板和垫板170

7.3.4屋架杆件的截面选择171

7.3.5屋架的节点设计171

7.3.6钢屋架的施工图176

7.4钢屋架的支撑177

7.4.1屋盖支撑的类型和布置178

7.4.2支撑的截面选择和连接

构造179

7.4.3檩条、拉条和撑杆180

7.5普通钢屋架设计例题181

7.5.1设计资料181

7.5.2支撑布置182

7.5.3檩条设计182

7.5.4屋架设计183

复习思考题192

第8章钢平台结构设计194

多、高层建筑钢结构的设计

方法

208

9.2.1结构设计的原则规定208

9.2.2多、高层钢结构分析方法209

9.2.3多、高层钢框架结构的设计内容

和步骤210

11.2.2刚架类型及截面形式241

11.2.3刚架的布置242

11.2.4刚架的荷载及荷载组合244

11.2.5刚架的内力组合和内力计算245

11.2.6单层刚架变形计算245

11.2.7刚架梁、柱的截面验算247

[HT5H〗附录F术语和符号

276

参考文献2822100433B

本书是根据高等职业技术教育建筑工程专业及相关专业《钢结构》课程教学要求和新颁布的 《钢结构设计规范》(GB50017—2003)及相关的标准、规范编写的。全 书共10章及附录，内容包括绪论，钢结构的材料，钢结构的连接，轴心受力构件，受弯构件 ，拉弯和压弯构件，钢屋盖结构设计，钢平台结构设计，多、高层建筑钢结构设计、大跨空 间钢结 构设计，门式刚架设计等内容，并简要介绍了钢与混凝土组合梁等新结构。本书内容简明扼 要 、浅显 实用，便于自学，并附有大量例题、实例和有关图表可供参考使用；每章均附有复习思考题 ，方便教学。

本书可作为高等职业技术院校、高等学校应用本科与专科、职工大学、业余大学、夜大学、 函授大学、成人教育学院等大专层次的土建类专业《钢结构》课程的教材，也可作为广大自 学者及工程技术与管理人员自学参考用书。

《水工钢结构（第3版）》根据高等职业技术教育水利水电类“水工钢结构”课程教学大纲，主要依据《钢结构设计标准》（GB50017-2017）和《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-2013）编写。《水工钢结构（第3版）》共分五个项目，主要内容包括基础知识、钢结构的连接、钢梁、其他受力构件、平面钢闸门等。为便于教学和强化基本技能的训练，书中增加了有关案例、简答题、选择题和计算题，书后附有相关附录。

《水工钢结构（第3版）》适用于高职高专院校水利水电类专业教学，也适用于电大、职大同类专业的教学，同时可供相关专业技术人员阅读参考。