鋼結(jié)構(gòu)入門及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)

1、緒言鐵曾經(jīng)在西方工業(yè)革命中起了十分重要的作用。 由生鐵冶煉為鋼材的思想始 于 1855 年，到 1879 年鋼材冶煉技術(shù)逐漸成熟。 金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用歷史大致可分為 三個(gè)時(shí)期 1 ：（一）、17801850 年的鑄鐵時(shí)期；（二）、18501900 年的鍛鐵時(shí) 期；（三）、1880至今的鋼結(jié)構(gòu)時(shí)期。18801900年代，鋼結(jié)構(gòu)主要由 熱軋截面 和鉚接連接 構(gòu)成，結(jié)構(gòu)體系大多為 靜定結(jié)構(gòu) ，其穩(wěn)定性主要由 支撐來(lái)保證，設(shè)計(jì)計(jì)算主要針對(duì)構(gòu)件采用 彈性理論和 容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法 ；1930 年代起，焊接技術(shù)帶來(lái)了鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的根本性變革， 實(shí)截面的 焊接框架 代替了精致的 鉚接結(jié)構(gòu) ，梁柱剛性節(jié)點(diǎn) 替代了 支

2、撐以保障結(jié)構(gòu) 的穩(wěn)定性， 設(shè)計(jì)計(jì)算逐漸針對(duì)整個(gè)框架采用 彈塑性理論和極限狀態(tài)方法； 冷彎薄 壁型鋼自 1940年代起在鋼結(jié)構(gòu)建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，考慮板件局部失穩(wěn)后 極限強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法以及考慮板材與框架體系共同作用的設(shè)計(jì)方法逐漸得到發(fā) 展。我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展大致經(jīng)過(guò)了這樣的時(shí)期： 1990 年以前，鋼結(jié)構(gòu)建筑在 工業(yè)領(lǐng)域中的主要應(yīng)用是重型廠房中的排架結(jié)構(gòu)體系， 在民用領(lǐng)域中的主要應(yīng)用 是螺栓球或焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；自 1990 年代起，鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)進(jìn)入了快速的全面 的發(fā)展和應(yīng)用時(shí)期。門式鋼剛架結(jié)構(gòu)被大量應(yīng)用于工業(yè)廠房、超市、倉(cāng)庫(kù)中；鋼 框架在多高層建筑中也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用； 薄壁彩鋼板已大

3、量應(yīng)用于各類結(jié) 構(gòu)的維護(hù)體系和無(wú)梁無(wú)柱穹頂中； 鋼管直接匯交焊接結(jié)構(gòu)及其與高強(qiáng)度拉索的組 合結(jié)構(gòu)已推廣應(yīng)用于各類體育、 文化等公共建筑中； 冷彎薄壁型鋼截面除廣泛應(yīng) 用于檁條等維護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件外也開(kāi)始作為結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件或其組成部件得到 應(yīng)用。現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)體系由 熱軋截面 、焊接截面 和冷彎薄壁型鋼截面 構(gòu)件組成。人們 往往將鋼結(jié)構(gòu)劃分為 普通鋼結(jié)構(gòu) 和輕型鋼結(jié)構(gòu) 兩大類。但是，究竟如何定義或區(qū) 分這兩類結(jié)構(gòu)，卻存在著很多不同的標(biāo)準(zhǔn)。例如，結(jié)構(gòu)跨度的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)層數(shù)的 標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)用途的標(biāo)準(zhǔn)，吊車噸位的標(biāo)準(zhǔn)等。這些標(biāo)準(zhǔn)都有一定的合理性，但是 都是建立在結(jié)構(gòu)體系外在因素或特征基礎(chǔ)上的。 事實(shí)上，輕型鋼結(jié)

4、構(gòu)體系的本質(zhì) 是“輕”，實(shí)現(xiàn)這一本質(zhì)的條件是截面板件要“薄” ，設(shè)計(jì)時(shí)必然要考慮板件局部 失穩(wěn)后的極限強(qiáng)度。 所以，從結(jié)構(gòu)工作機(jī)理和設(shè)計(jì)計(jì)算原理的角度出發(fā)， 輕型鋼 結(jié)構(gòu)體系 是指“結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用較薄板件， 設(shè)計(jì)時(shí)考慮板件局部失穩(wěn)后的后繼強(qiáng)度 的鋼結(jié)構(gòu)體系”。門式鋼剛架是典型的輕型鋼結(jié)構(gòu)，也是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的輕型鋼結(jié) 構(gòu)。早期典型的門式鋼剛架是 1910 年布魯塞爾世博會(huì)的德國(guó)機(jī)械工程展廳，采 用了多層階形鋼框架結(jié)構(gòu)； 1932 年建成的德國(guó)埃森煤礦稅收協(xié)會(huì)采用了門式鋼 框架結(jié)構(gòu) 30 ?，F(xiàn)代輕型門式鋼剛架體 系是由國(guó)外鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)公司引入我國(guó)的， 它 包括主結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（剛架、支撐、抗風(fēng)柱等）

5、 、次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（ 屋面和墻面檁條等）、 輔助結(jié)構(gòu)體系 （挑檐、雨蓬、女兒墻、樓梯、吊車梁等） 、圍護(hù)板材體系 、柱腳 和 基礎(chǔ) 等。近幾年來(lái)，已有若干輕型門式鋼剛架結(jié)構(gòu)及薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)范編 寫出版 1-5 ，有的經(jīng)數(shù)年的應(yīng)用和實(shí)踐正在修訂中，也有一些輕型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 手冊(cè)及專著出版發(fā)表 8-17 。但是，現(xiàn)有的輕型鋼結(jié)構(gòu)方面的出版物還不能滿足廣 大設(shè)計(jì)人員的需求。 本書按照輕型門式鋼剛架各組成部分， 力求通俗易懂地闡述 其受力特點(diǎn)、計(jì)算理論、設(shè)計(jì)思想、連接節(jié)點(diǎn)和構(gòu)造細(xì)節(jié)。本書的特點(diǎn)之一是簡(jiǎn) 潔地?cái)⑹隽溯p型鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算和設(shè)計(jì)的理論及原理， 而不僅僅滿足于向讀者簡(jiǎn)單描 述公式和方法； 特點(diǎn)

6、之二是結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 對(duì)于支撐、 檁條和 屋面板材采用 3D3S軟件進(jìn)行了參數(shù)化分析，給出了可供用戶直接選用的表格和 規(guī)格；特點(diǎn)之三是對(duì)于輕型門式剛架的各個(gè)組成部分都給出了典型的設(shè)計(jì)和計(jì)算 例子，并在全書最后給出了整體結(jié)構(gòu)完整的設(shè)計(jì)例子和相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工圖， 可供 讀者參照使用。本書第一、第五和第七章由黃明鑫、錢衛(wèi)軍、張莉撰寫；第二章 由張其林、吳杰、于貴景撰寫；第三章由龔銘、劉沈如、劉振華撰寫；第四章由 羅曉群、劉沈如、王忠全撰寫；第六、八、九章由劉沈如、劉振華、于貴景、王 忠全撰寫。楊冰、姜峰、程立新、周驥、秦雅菲等參與了本書例題的計(jì)算和整理。 全書由張其林修改審定。 本書可供設(shè)計(jì)單位、 鋼結(jié)構(gòu)工程公司設(shè)計(jì)人員、 大專院 校學(xué)生和研究生作工程設(shè)計(jì)和教學(xué)學(xué)習(xí)參考用書。編寫組20XX 年 5 月編寫組成員： 主 編：張其林（同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院） 副主編：劉沈如（同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院） 黃明鑫（浙江精工鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司） 錢衛(wèi)軍（浙江精工鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司） 成 員：龔 銘（同濟(jì)大學(xué)土木