本教材不僅涵蓋了教學(xué)大綱所規(guī)定的基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容, 還力求反映近年來在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的研究開發(fā)及工程應(yīng)用方面的最新發(fā)展和成果。在編寫過程中, 結(jié)合本校多年開設(shè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理為基礎(chǔ), 力求內(nèi)容的系統(tǒng)性、先進(jìn)性和適用性, 循序漸進(jìn)性。結(jié)合教師與工地技術(shù)人員的講解, 使學(xué)生不但掌握工程識(shí)圖的基本知識(shí), 能讀懂鋼結(jié)構(gòu)的典型工程結(jié)構(gòu)施工圖, 又提高綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工作問題的基本技能。
裝配式鋼結(jié)構(gòu)(prefabricated steel structure)是目前土木工程領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)話題之一。鋼結(jié)構(gòu)依其自重輕、基礎(chǔ)造價(jià)低、適用于軟弱地基、安裝容易、施工快、周期短、投資回收快、施工污染小及抗震性能好等綜合優(yōu)勢(shì)被譽(yù)為21世紀(jì)的“綠色建筑”之一。
所謂裝配式即用預(yù)制構(gòu)件在工地裝配而成的建筑。構(gòu)配件采用最新的冷壓輕鋼結(jié)構(gòu)以及各類輕型材料組合結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分,使其具備卓越的保溫、隔聲、防火、節(jié)能、抗震、防潮性能。它的生產(chǎn)總體發(fā)展趨勢(shì)是現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制逐步縮小范圍,逐漸被工廠預(yù)制所取代。這種建筑的優(yōu)點(diǎn)是建造速度快、受氣候條件制約小、節(jié)約勞動(dòng)力并可提高建筑質(zhì)量。
隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速,中國(guó)已漸漸成為世界上最大的建筑市場(chǎng),每年新建建筑竣工面積超過發(fā)達(dá)國(guó)家的總和。傳統(tǒng)施工方式能源消耗大,建筑效率不高,因此,裝配式建造方式的先進(jìn)性表現(xiàn)在構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化、現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械化、組織管理科學(xué)化,是工業(yè)化社會(huì)的建造方式。這種結(jié)構(gòu)可以減少建筑垃圾的產(chǎn)生量,降低建筑施工過程中對(duì)環(huán)境造成的污染,提高資源的有效利用及建筑質(zhì)量,擴(kuò)大節(jié)能產(chǎn)品在建筑中的應(yīng)用范圍,節(jié)約能源、減少勞動(dòng)力,同時(shí)可以縮短建筑周期,實(shí)現(xiàn)建筑全壽命過程的低碳排放標(biāo)準(zhǔn)。
本書作為沈陽大學(xué)“轉(zhuǎn)型發(fā)展教材建設(shè)專項(xiàng)支持計(jì)劃”之一,是《鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)》《鋼結(jié)構(gòu)制作與安裝》《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》的后續(xù)補(bǔ)充教材。為適應(yīng)學(xué)校轉(zhuǎn)型發(fā)展的需要,體現(xiàn)產(chǎn)教融合及教學(xué)模式的更新變化特性,本教材以普通高等學(xué)校土木工程專業(yè)本科教育的培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)大綱為基礎(chǔ),突出校企聯(lián)合辦學(xué)的特點(diǎn),著重工程實(shí)例和具體應(yīng)用,彰顯別具一格的內(nèi)容和形式。
根據(jù)教學(xué)改革需要和社會(huì)實(shí)際需求,在清華大學(xué)出版社的大力支持和倡導(dǎo)下,本書由沈陽大學(xué)協(xié)同沈陽中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司、遼寧省交通高等?茖W(xué)校等多家單位進(jìn)行編寫。全書共分為7章,主要內(nèi)容包括鋼結(jié)構(gòu)的基本知識(shí); 建筑鋼結(jié)構(gòu)鋼材的選用; 鋼結(jié)構(gòu)的連接計(jì)算及構(gòu)造要求; 鋼結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件計(jì)算與設(shè)計(jì); 裝配式工業(yè)建筑設(shè)計(jì)與施工; 裝配式民用建筑設(shè)計(jì)與施工實(shí)例,裝配式大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)與施工。實(shí)例中除了介紹企業(yè)典型工程案例的設(shè)計(jì)方法與施工手段外,還增加了相應(yīng)工程的工藝做法、施工要點(diǎn)、構(gòu)造措施等,注重對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。
作者編寫時(shí)力求內(nèi)容充實(shí)精煉、重點(diǎn)突出、圖文并茂、講清難點(diǎn)。在闡述基本原理和概念的基礎(chǔ)上,結(jié)合規(guī)范和工程實(shí)際,注重教材的實(shí)用性。為方便學(xué)習(xí),每章均編有思考題或習(xí)題。本書適合土木工程類的研究生、本科生、?粕约皬氖落摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的工程技術(shù)人員使用。
本書由沈陽大學(xué)王曉初和沈陽中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司宋彪擔(dān)任主審,沈陽大學(xué)鈕鵬、姜繼紅以及沈陽中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司梁棟擔(dān)任主編,沈陽中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司李健康、李帥亭以及沈陽大學(xué)張莉莉擔(dān)任副主編。
在全書的7章中,第1、2章由沈陽大學(xué)鈕鵬、遼寧省交通高等專科學(xué)校的金春福共同編寫,第3、4章由沈陽大學(xué)姜繼紅編寫,第5章由沈陽中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司李健康編寫,第6章由沈陽中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司梁棟、魏廣銀及沈陽大學(xué)鈕鵬共同編寫,第7章由沈陽中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司陳景武、李帥亭共同編寫,常見問題解答由沈陽大學(xué)王舜和張莉莉共同編寫。本書大綱擬訂及全書統(tǒng)稿由沈陽大學(xué)鈕鵬負(fù)責(zé),沈陽大學(xué)郭影、王柳燕負(fù)責(zé)整本書的圖片、表格制作及文字修改等。另外,大連海事大學(xué)陳忱、沈陽大學(xué)研究生李旭、沈陽中辰鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司楊強(qiáng)和宋宏達(dá)也參與了部分章節(jié)的編寫及全書的校核工作。
限于編者水平有限,書中難免有不妥之處,敬請(qǐng)各位讀者給予批評(píng)指正,提出寶貴的意見和建議。本書在編寫過程中,得到參編者所在各個(gè)學(xué)校和單位的大力支持,在此表示感謝。本書部分圖表引自有關(guān)參考文獻(xiàn)和書籍,在此對(duì)被引用文獻(xiàn)的作者表示誠(chéng)摯的感謝。
編者
2017年5月
00第1章鋼結(jié)構(gòu)基本知識(shí)
1.1鋼結(jié)構(gòu)基本組成 / 00
1.2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) / 00
1.3鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 / 00
1.4鋼結(jié)構(gòu)的歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展 / 00
1.4.1鋼結(jié)構(gòu)的歷史和現(xiàn)狀 / 00
1.4.2鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展 / 00
思考題 / 0
參考文獻(xiàn) / 0
0第2章建筑鋼結(jié)構(gòu)鋼材的選用
2.1概述 / 0
2.2鋼材的生產(chǎn) / 0
2.2.1鋼材的冶煉 / 0
2.2.2鋼材的組織構(gòu)造和缺陷 / 0
2.2.3鋼材的加工 / 0
2.3鋼材的主要性能 / 0
2.3.1鋼材的破壞形式 / 0
2.3.2鋼材在單向一次拉伸下的工作性能 / 0
2.3.3鋼材的其他性能 / 0
2.4各種因素對(duì)鋼材性能的影響 / 0
2.4.1化學(xué)成分的影響 / 0
2.4.2鋼材的焊接性能 / 0
2.4.3鋼材的硬化 / 0
2.4.4應(yīng)力集中的影響 / 0
2.4.5荷載類型的影響 / 0
2.4.6溫度的影響 / 0
2.4.7防止脆性斷裂的方法 / 0
2.5建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用 / 0
2.5.1建筑用鋼的種類 / 0
2.5.2鋼材的規(guī)格 / 0
2.5.3鋼材的選擇 / 0
思考題 / 0
參考文獻(xiàn) / 0
0第3章鋼結(jié)構(gòu)的連接計(jì)算及構(gòu)造要求
3.1鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的基本特性 / 0
3.1.1概述 / 0
3.1.2連接節(jié)點(diǎn)的基本特性 / 0
3.2鋼結(jié)構(gòu)的連接材料及設(shè)計(jì)指標(biāo) / 0
3.2.1連接材料 / 0
3.2.2設(shè)計(jì)指標(biāo) / 0
3.2.3鋼結(jié)構(gòu)連接的一般構(gòu)造要求 / 0
3.3焊接連接 / 0
3.3.1焊接連接的特點(diǎn) / 0
3.3.2焊接連接的方法及原理 / 0
3.3.3焊接連接的焊縫形式 / 0
3.3.4焊縫連接的分類和構(gòu)造要求 / 0
3.4焊接應(yīng)力和焊接變形 / 0
3.4.1焊接應(yīng)力的分類 / 0
3.4.2焊接應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響 / 0
3.4.3焊接變形對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響 / 0
3.4.4減小焊接應(yīng)力和焊接變形的措施 / 0
3.5螺栓連接 / 0
3.5.1螺栓連接的特點(diǎn)及類別 / 0
3.5.2螺栓的排列及構(gòu)造要求 / 0
3.5.3螺栓連接的計(jì)算 / 0
3.6高強(qiáng)度螺栓連接的工作性能和計(jì)算 / 0
3.6.1高強(qiáng)度螺栓的工作性能 / 0
3.6.2高強(qiáng)度螺栓的強(qiáng)度計(jì)算 / 0
本章小結(jié) / 0
練習(xí)題 / 0
參考文獻(xiàn) / 0
0第4章鋼結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件計(jì)算與設(shè)計(jì)
4.1概述 / 0
4.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度 / 0
4.2.1概述 / 0
4.2.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度 / 0
4.2.3軸心受力構(gòu)件的局部穩(wěn)定 / 0
4.3實(shí)腹式軸心受壓柱的設(shè)計(jì) / 0
4.3.1截面形式 / 0
4.3.2截面設(shè)計(jì) / 0
4.4格構(gòu)式軸心受壓柱 /
4.4.1截面形式 /
4.4.2換算長(zhǎng)細(xì)比 /
4.4.3綴材設(shè)計(jì) /
4.4.4格構(gòu)柱的設(shè)計(jì)步驟 /
4.4.5柱的橫隔 /
4.5偏心構(gòu)件 /
4.5.1概論 /
4.5.2拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度 /
4.5.3壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定 /
4.5.4壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定 /
4.5.5壓彎構(gòu)件(框架柱)的設(shè)計(jì) /
4.5.6框架結(jié)構(gòu)中梁與柱的連接 /
4.5.7框架柱的柱腳 /
4.6受彎構(gòu)件 /
4.6.1實(shí)腹式受彎構(gòu)件——梁 /
4.6.2格構(gòu)式受彎構(gòu)件——桁架 /
4.6.3梁的強(qiáng)度和剛度 /
4.6.4梁的整體穩(wěn)定和支撐 /
4.6.5梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋設(shè)計(jì) /
4.7梁的拼接、連接和支座 /
4.7.1梁的拼接 /
4.7.2次梁與主梁的連接 /
4.7.3梁的支座 /
本章小結(jié) /
練習(xí)題 /
參考文獻(xiàn) /
第5章裝配式工業(yè)建筑設(shè)計(jì)與施工
5.1概述 /
5.1.1工程概況 /
5.1.2工程范圍 /
5.2施工詳圖設(shè)計(jì) /
5.2.1熟悉圖紙準(zhǔn)備圖紙會(huì)審 /
5.2.2建模 /
5.2.3出圖 /
5.3鋼結(jié)構(gòu)工廠制作 /
5.3.1H型鋼工廠加工制作 /
5.3.2材料的采購(gòu)存儲(chǔ)及使用 /
5.3.3工廠加工制作要領(lǐng)及質(zhì)量保證措施 /
5.4施工組織設(shè)計(jì)與安裝 /
5.4.1管理目標(biāo) /
5.4.2施工總體部署 /
5.4.3工程進(jìn)度計(jì)劃與措施 /
5.4.4總平面布置 /
5.4.5資源配備計(jì)劃 /
5.4.6鋼構(gòu)件運(yùn)輸 /
5.4.7鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量 /
5.4.8鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝 /
5.4.9屋面圍護(hù)系統(tǒng)的安裝 /
5.4.10墻面圍護(hù)系統(tǒng)的安裝 /
思考題 /
參考文獻(xiàn) /
第6章裝配式民用建筑設(shè)計(jì)與施工實(shí)例
6.1概述 /
6.1.1裝配式鋼結(jié)構(gòu)民用建筑的特點(diǎn) /
6.1.2裝配式鋼結(jié)構(gòu)民用建筑的構(gòu)成及選型 /
6.2施工圖設(shè)計(jì) /
6.2.1施工圖概述 /
6.2.2結(jié)構(gòu)施工圖的內(nèi)容及要求 /
6.2.3某小學(xué)新建教學(xué)樓工程鋼結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)實(shí)例 /
6.3施工詳圖設(shè)計(jì)與制作 /
6.3.1施工詳圖設(shè)計(jì) /
6.3.2某小學(xué)新建教學(xué)樓工程鋼結(jié)構(gòu)施工詳圖設(shè)計(jì)實(shí)例 /
6.3.3某小學(xué)新建教學(xué)樓工程鋼結(jié)構(gòu)制作工藝 /
6.4施工組織設(shè)計(jì)與安裝 /
6.4.1施工組織設(shè)計(jì)概述 /
6.4.2施工組織設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 /
6.4.3某小學(xué)新建教學(xué)樓工程鋼結(jié)構(gòu)安裝工藝 /
思考題 /
參考文獻(xiàn) /
第7章裝配式大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)與施工
7.1概述 /
7.1.1橋梁的基本組成和分類 /
7.1.2橋梁設(shè)計(jì)的基本原則 /
7.1.3橋梁設(shè)計(jì)與建設(shè)程序 /
7.1.4橋梁設(shè)計(jì)方案的比選 /
7.1.5橋梁上的作用 /
7.2施工圖設(shè)計(jì) /
7.2.1鋼箱梁橋總體設(shè)計(jì) /
7.2.2鋼箱梁橋計(jì)算分析 /
7.2.3鋼箱梁構(gòu)造圖 /
7.3施工詳圖設(shè)計(jì)與制作 /
7.3.1鋼橋施工詳圖設(shè)計(jì)與工廠內(nèi)制造流程 /
7.3.2涂裝施工工藝 /
7.4施工組織設(shè)計(jì)與安裝 /
7.4.1施工策劃 /
7.4.2成品保護(hù)及運(yùn)輸方案 /
7.4.3現(xiàn)場(chǎng)安裝管理及策劃 /
7.4.4現(xiàn)場(chǎng)安裝過程 /
思考題 /
參考文獻(xiàn) /
附錄鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工常見問題解答
第1章鋼結(jié)構(gòu)基本知識(shí)
本章導(dǎo)讀: 本章主要介紹鋼結(jié)構(gòu)的基本組成及特點(diǎn),鋼結(jié)構(gòu)的歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展過程。
本章重點(diǎn): 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用。
1.1鋼結(jié)構(gòu)基本組成
鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中有著廣泛的應(yīng)用。由于使用功能及結(jié)構(gòu)組成方式的不同,鋼結(jié)構(gòu)種類繁多,形式各異。雖然這些鋼結(jié)構(gòu)用途、形式各不相同,但它們都是由鋼板和型鋼經(jīng)過加工、組合連接制成,如拉桿(有時(shí)還包括鋼索)、壓桿、梁、柱及桁架等,然后將這些基本構(gòu)件按一定方式通過焊接和螺栓連接組成結(jié)構(gòu),以滿足使用要求。
下面結(jié)合單層和多層房屋對(duì)如何按一定方式將基本構(gòu)件組成能滿足各種使用功能要求的鋼結(jié)構(gòu)作簡(jiǎn)要說明。
單層房屋鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是主要承受重力荷載、水平風(fēng)力荷載及起重機(jī)制動(dòng)力等荷載。對(duì)于這類結(jié)構(gòu),一般的做法是形成一系列豎向的平面承重結(jié)構(gòu),并用縱向構(gòu)件和支撐構(gòu)件把它們連成空間整體。這些構(gòu)件也同時(shí)起到承受和傳遞縱向水平荷載的作用。圖11是一個(gè)單層房屋鋼結(jié)構(gòu)組成的示意圖。屋蓋桁架和柱組成一系列的平面承重結(jié)構(gòu)(圖11(a))。這些平面承重結(jié)構(gòu)又用縱向構(gòu)件和各種支撐(如圖11中所示的上弦橫向支撐、垂直支撐及柱間支撐等)連成一個(gè)空間整體(圖11(b)),保證整個(gè)結(jié)構(gòu)在空間各個(gè)方向都成為一個(gè)幾何不變體系。除此之外還可以由實(shí)腹梁和柱組成框架或拱,框架和拱可以做成三鉸、二鉸或無鉸,跨度大的還可以用桁架拱。
圖11單層廠房結(jié)構(gòu)組成示意圖
1—縱向構(gòu)件; 2—屋架; 3—上弦橫向支撐; 4—垂直支撐; 5—柱間支撐
上述結(jié)構(gòu)均屬于平面結(jié)構(gòu)體系。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)由承重體系及附加構(gòu)件兩部分組成,其中承重體系是一系列相互平行的平面結(jié)構(gòu),承擔(dān)結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的垂直和橫向水平荷載并傳遞到基礎(chǔ)。附加構(gòu)件(縱向構(gòu)件及支撐)的作用是將各個(gè)平面結(jié)構(gòu)連成整體,同時(shí)也承受結(jié)構(gòu)平面外的縱向水平力。當(dāng)建筑物的長(zhǎng)度和寬度尺寸接近,或平面呈圓形時(shí),如果將各個(gè)承重構(gòu)件自身組成空間幾何不變體系并省去附加構(gòu)件,受力就更為合理。圖12所示為平板網(wǎng)架屋蓋結(jié)構(gòu)。
圖12平板網(wǎng)架屋蓋結(jié)構(gòu)
該結(jié)構(gòu)由倒置的四角錐體組成,錐底的四邊為網(wǎng)架的上弦桿,錐棱為腹桿,連接各錐頂?shù)臈U件為下弦桿。屋架的荷載沿兩個(gè)方向傳到四邊柱上,再傳至基礎(chǔ),形成一種空間傳力體系。因此,這種結(jié)構(gòu)體系也稱為空間結(jié)構(gòu)體系。這個(gè)平板網(wǎng)架中,所有的構(gòu)件都是主要承重體系的部件,沒有附加構(gòu)件,因此內(nèi)力分布合理,節(jié)省鋼材。
多層房屋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是隨房屋高度的增加,水平風(fēng)荷載及地震荷載起到越來越重要的作用。提高結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載的能力,以及控制水平位移不要過大,是這類房屋組成的主要問題。一般多層鋼結(jié)構(gòu)房屋組成的體系主要有: ①框架體系,即由梁和柱組成的多層多跨框架,如圖13(a)所示; ②帶剛性加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu),即在兩列柱之間設(shè)置斜撐,形成豎向懸臂桁架,以便承受更大的水平荷載,如圖13(b)所示; ③懸掛結(jié)構(gòu)體系,即利用房屋中心的內(nèi)筒承受全部重力和水平荷載,筒頂有懸伸的桁架,樓板用高強(qiáng)鋼材的拉桿掛在桁架上,如圖13(c)所示。
……