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钢结构的应用范围

1.2钢结构的设计方法

1.2.1承重结构的两种极限状态

1.2.2可靠度结构设计

1.2.3分项系数设计表达式

1.3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影响钢材性能的其他因素

2.3.4钢材的脆性断裂

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全熔透对接焊缝或对接角接组合焊缝的构造和计算

3.3.1全熔透对接焊缝或对接角接组合焊缝的构造要求

3.3.2全熔透对接焊缝或对接角接组合焊缝的计算

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

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压弯构件的局部稳定

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实腹式檩条、拉条的设计

7.4.1实腹式檩条的截面形式和放置

7.4.2实腹式檩条和拉条的设计

7.5平台设计

7.5.1次梁热轧工字钢型号的选择

7.5.2设计焊接工字形主梁截面

7.5.3设计柱子

7.6多层框架梁柱的连接

7.7多层钢框架非抗震设计实例

7.7.1设计资料

7.7.2结构布置

7.7.3截面尺寸选取

7.7.4ETABS分析计算

7.7.5截面校核

7.7.6节点设计

7.8高层钢框架抗震设计实例

7.8.1设计依据

7.8.2结构方案

7.8.3材料

7.8.4设计荷载（标准值）

7.8.5结构内力计算

7.8.6结构构件设计

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

8.4注册结构工程师考试

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

本教材是根据全国高校土木工程学科专业指导委员会审定通过的教学大纲和应用型土木工程专业的培养目标编写的，尤其是全面参照最新的国家 《钢结构设计规范》 对全书内容进行了梳理和充实，并保留了《钢结构设计规范》的内容，方便读者对比学习，使本教材更具新颖性和实用性。

本教材属专业基础课教材，主要讲述钢结构基本理论和基本构件的设计方法。本教材共分为8章，包括： 概述，钢结构的材料，钢结构的连接，轴心受力构件，梁，拉弯和压弯构件； 为了强化实践环节，增加了课程实训和本课程求职面试可能遇到的典型问题应对两章。其中，第2章至第6章是结合新修改的《钢结构设计规范》编写的，第7、8章是为了强化实践环节而增设的，并可用于指导学生的钢结构课程设计，使得全书更好地适应土木工程专业应用型人才培养的需要。

本教材是在吴宝瀛老师主编的《钢结构》基础上改编修订而成的。其中第1～3章，第5～6章大部分内容，第7章第1～7节由张艳霞编写。第4～6章理论公式推导由吴宝瀛老师编写，第7章第8节高层框架抗震设计实例由北京工业大学刘学春编写，第8章由石家庄铁道学院张庆芳编写。

感谢研究生孙文龙、赵微、刘景波、李瑞为本书插图和例题所做的工作。在编写本书的过程中，得到了丛书主编崔京浩教授的指导，在此一并表示感谢。 限于编者水平，书中肯定有错误和不足之处，希望读者给予批评指正。

张艳霞

于北京建筑大学

2014年2月

本教材是由中国土木工程学会教育委员会推荐的土木工程专业卓越工程师教育培养计划系列教材之一，是根据全国高校土木工程学科专业指导委员会审定通过的教学大纲和应用型土木工程专业的培养目标编写的，尤其是全面参照最新的国家GB50017—2012送审稿）对全书内容进行了梳理和充实，并保留了《钢结构设计规范》（GB50017—2003）的内容，方便读者对比学习，使本教材更具新颖性和实用性。

本教材内容包括：概述，钢结构的材料，钢结构的连接，轴心受力构件，梁，拉弯和压弯构件；为了强化实践环节，本教材增加了课程实训和求职面试可能遇到的典型问题应对两章内容。

本教材可作为高校土木工程专业的专业基础课教材，也可供从事钢结构设计、制作、施工的工程技术人员参考。

第1章 概述

1.1 钢结构的特点和应用

1.2 钢结构的建造过程和内在缺陷

1.3 钢结构的组成原理

1.4 钢结构的极限状态和概率极限状态法

1.5 钢结构的发展第2章钢结构的材料

2.1 对钢结构用材的要求

2.2 钢材的主要性能及其鉴定

2.3 影响钢材性能的因素

2.4 钢材的延性破坏和非延性破坏、循环加载和快速加载的效应

2.5 建筑钢材的类别及钢材的选用 习题

第3章 构件的截面承载能力——强度

3.1 轴心受力构件的强度及截面选择

3.2 梁的类型和强度

3.3 梁的局部压应力和组合应力

3.4 按强度条件选择梁截面

3.5 梁的内力重分布和塑性设计

3.6 拉弯、压弯构件的应用和强度计算 习题

第4章 单个构件的承载能力——稳定性

4.1 稳定问题的一般特点

4.2 轴心受压构件的整体稳定性

4.3 实腹式柱和格构式柱的截面选择计算

4.4 受弯构件的弯扭失稳

4.5 压弯构件的面内和面外稳定性及截面选择计算

4.6 板件的稳定和屈曲后强度的利用 习题

第5章 整体结构中的压杆和压弯构件

5.1 桁架中压杆的计算长度

5.2 框架稳定和框架柱计算长度 习题

第6章 钢结构的正常使用极限状态

6.1 正常使用极限状态的特点

6.2 拉杆、压杆的刚度要求

6.3 梁和桁架的变形限制

6.4 钢框架的变形限制

6.5 振动的限制 习题

第7章钢结构的连接和节点构造

7.1 钢结构对连接的要求及连接方法

7.2 焊接连接的特性

7.3 对接焊缝的构造和计算

7.4 角焊缝的构造和计算

7.5 焊接热效应

7.6 普通螺栓连接的构造和计算

7.7 高强度螺栓连接的性能和计算

7.8 焊接梁翼缘焊缝的计算

7.9 构件的拼接

7.10 梁与梁的连接

7.11 梁与柱的连接

7.12 柱脚设计

7.13 桁架节点设计

7.14 节点构造对构件承载力的影响 习题

第8章 钢结构的脆性断裂和疲劳

8.1 钢结构脆性断裂及其防止

8.2 钢结构抗疲劳设计 习题附录

附录1 型钢规格表

附录2 螺栓和锚栓规格

附录3 钢材的化学成分和力学性能

附录4 钢材、焊缝和螺栓连接的强度设计值

附录5 各种截面回转半径的近似值

附录6 工字形截面简支梁等效临界弯矩系数和轧制工字钢梁的稳定系数

附录7 轴心受压构件的稳定系数

附录8 框架柱计算长度系数参考文献

上篇钢结构基础知识

第1章绪论

1.1钢结构的类型、组成

1.1.1钢结构的类型

1.1.2钢结构的特点

1.2钢结构的应用与发展

1.2.1钢结构的应用

1.2.2钢结构的发展

1.3钢结构的设计方法 9

1.3.1钢结构设计的目的 9

1.3.2概率极限状态设计方法 9

1.3.3设计表达式 11

1.4钢结构相关规范、规程及标准 12

本章小结 13

习题 13

第2章建筑钢材 15

2.1钢结构用钢材的分类 15

2.2钢结构材料的选用 16

2.2.1钢结构对材料的要求 16

2.2.2钢材的破坏形式 16

2.3建筑钢材的性能 17

2.3.1强度和塑性 17

2.3.2冲击韧性 19

2.3.3冷弯性能 20

2.3.4可焊性 20

2.4影响钢材性能的主要因素 21

2.4.1化学成分的影响 21

2.4.2生产过程的影响 22

2.4.3冷作硬化与时效硬化 23

2.4.4应力集中 23

2.4.5温度的影响 24

2.4.6钢材的疲劳 25

2.5建筑钢材的种类、规格及选择 25

2.5.1建筑钢材的种类 25

2.5.2建筑钢材的规格 26

2.5.3建筑钢材的选择 28

本章小结 30

习题 30

第3章钢结构的连接 32

3.1钢结构的连接方法及其应用 32

3.1.1焊缝连接 33

3.1.2螺栓连接 33

3.1.3铆钉连接 33

3.2焊接方法、焊缝形式及符号标注 33

3.2.1焊接方法 33

3.2.2焊缝连接的形式 36

3.2.3焊缝连接的缺陷、质量检验和焊缝质量等级 36

3.2.4焊缝符号及标注方法 39

3.3对接焊缝连接 42

3.3.1对接焊缝的形式和构造 42

3.3.2对接焊缝连接的计算 44

3.4角焊缝连接 47

3.4.1角焊缝的形式 47

3.4.2角焊缝的构造要求 49

3.4.3角焊缝连接的计算 51

3.5焊接残余应力和残余变形 57

3.5.1焊接应力的分类和产生的原因 57

3.5.2焊接应力对结构性能的影响 58

3.5.3焊接变形 59

3.5.4减小焊接应力和焊接变形的

措施 60

3.6普通螺栓连接 61

3.6.1螺栓连接的特点、类型 61

3.6.2普通螺栓连接的构造 62

3.6.3普通螺栓连接的计算 64

3.7高强度螺栓连接的构造与计算 71

3.7.1高强度螺栓连接的构造 71

3.7.2高强度螺栓连接的计算 73

本章小结 76

习题 76

第4章轴心受力构件 81

4.1概述 81

4.2轴心受力杆件强度和刚度 83

4.2.1强度计算 83

4.2.2刚度计算 85

4.3实腹式轴心受压杆件 87

4.3.1整体稳定 87

4.3.2局部稳定 92

4.3.3实腹式轴心受压构件设计 96

4.4格构式轴心受压构件 100

4.4.1格构式轴心受压柱整体

稳定性 100

4.4.2格构式轴心受压柱分肢

稳定性 101

4.4.3格构式轴心受压柱缀材

设计 102

4.4.4格构式轴心受压构件的

横隔 106

4.4.5构件设计 106

4.5柱脚 109

本章小结 114

习题 114

第5章受弯构件 116

5.1概述 116

5.1.1实腹式受弯构件——梁 116

5.1.2格构式受弯构件——桁架 118

5.2受弯构件的强度和刚度 119

5.3受弯构件的整体稳定 123

5.3.1梁的整体稳定的概念 123

5.3.2梁整体稳定的保证 124

5.4组合截面受弯构件的局部稳定 127

5.5型钢梁的设计 129

5.5.1单向弯曲型钢梁 129

5.5.2双向弯曲型钢梁 129

5.6组合梁的设计 130

5.6.1试选截面 130

5.6.2截面验算 132

5.6.3组合梁截面沿长度的改变 132

5.6.4焊接组合梁翼缘焊缝的

计算 133

5.7梁的拼接和连接 137

5.7.1梁的拼接 137

5.7.2次梁与主梁的连接 139

本章小结 140

习题 141

第6章拉弯和压弯构件 143

6.1概述 143

6.1.1概念 143

6.1.2截面形式 144

6.2拉弯构件和压弯构件的强度和刚度 145

6.2.1强度 145

6.2.2刚度 147

6.3压弯构件的计算长度 147

6.3.1压弯构件框架柱的计算

长度 147

6.3.2实腹式压弯构件的整体

稳定性 152

6.3.3实腹式压弯构件的局部

稳定 156

6.3.4实腹式压弯构件的截面

设计 158

6.4格构式压弯构件 161

6.4.1弯矩绕虚轴作用的格构式压弯

构件 161

6.4.2弯矩绕实轴作用的格构式压弯

构件 162

6.4.3格构柱的横隔及分肢的局部

稳定 162

6.5框架中梁与柱的连接 162

6.5.1铰接连接 163

6.5.2刚接连接 164

6.6框架柱的柱脚 165

6.6.1铰接柱脚 165

6.6.2刚接柱脚 166

6.6.3柱脚锚栓 167

本章小结 168

习题 168

下篇房屋结构设计与识图

第7章钢屋盖结构 172

7.1屋盖结构的布置 172

7.2屋盖的支撑体系 174

7.2.1屋盖支撑布置 175

7.2.2支撑的计算与构造 176

7.3檩条设计 178

7.3.1檩条的形式 178

7.3.2檩条的计算 178

7.4屋架设计 182

7.4.1屋架外形与腹杆布置 182

7.4.2屋架的主要尺寸 183

7.4.3普通钢屋架的设计与构造 184

7.4.4屋架杆件的截面选择 186

7.4.5桁架的节点设计 189

7.5钢管屋架设计 198

7.5.1屋架形式 198

7.5.2杆件截面选择 198

7.5.3构造 199

7.6钢屋架设计实训 205

7.6.1设计题目 205

7.6.2设计资料 205

7.6.3选择材料、确定屋架形式及几何

尺寸 206

7.6.4布置屋架支撑 206

7.6.5荷载计算 207

7.6.6杆件内力计算及内力组合 208

7.6.7杆件截面设计 209

7.6.8屋架节点设计 212

习题 220

第8章门式刚架轻型钢结构 221

8.1刚架特点及适用范围 221

8.1.1单层门式刚架结构的组成 221

8.1.2单层门式刚架结构的特点 222

8.1.3门式刚架结构的适用范围 223

8.2刚架的结构形式 223

8.2.1门式刚架的结构形式 223

8.2.2结构布置 224

8.3刚架的截面尺寸 225

8.4刚架的荷载和内力 226

8.4.1荷载取值与组合 226

8.4.2内力计算 227

8.5刚架梁、柱 228

8.5.1梁、柱板件的宽厚比限值 228

8.5.2腹板屈曲后强度利用 229

8.5.3腹板的有效高度 229

8.5.4刚架梁、柱构件的强度

计算 231

8.5.5梁腹板加劲肋的配置 231

8.5.6平面内的整体稳定计算 232

8.5.7平面外的整体稳定计算 234

8.6刚架的节点 235

8.6.1斜梁与柱的连接及斜梁

拼接 236

8.6.2柱脚 238

8.6.3隅撑 239

8.6.4牛腿 239

8.7刚架设计实例 240

8.7.1基本资料 240

8.7.2结构平面柱网及支撑布置 240

8.7.3荷载的计算 241

8.7.4内力的计算 243

8.7.5截面的验算 247

8.7.6位移的验算 250

8.7.7节点的设计 251

本章小结 254

习题 254

第9章平台结构 256

9.1平台结构布置 256

9.1.1平台钢结构形式 256

9.1.2梁格布置形式 257

9.2平台铺板设计 258

9.3平台结构设计实例 260

9.3.1平台梁设计实例 260

9.3.2平台柱设计实例 270

9.3.3柱间支撑设计 271

本章小结 273

习题 273

第10章钢框架结构 274

10.1钢框架结构的基本概念 275

10.1.1钢框架结构的定义 275

10.1.2钢框架结构的特点 275

10.1.3钢框架结构体系的适用高度及

建筑高宽比 275

10.2钢框架结构的布置 276

10.3钢框架结构的构件 279

10.3.1构件截面 279

10.3.2构件设计 279

10.4钢框架结构的节点 287

10.4.1梁与柱的刚性连接 287

10.4.2梁与柱的铰接连接 290

10.4.3柱的拼接节点 291

10.4.4梁的拼接节点 293

10.5钢框架结构的楼盖 295

10.5.1概述 295

10.5.2组合楼板的设计 296

10.5.3构造要求 301

10.6钢框架结构施工图识读 302

本章小结 311

习题 311

第11章网架结构 312

11.1网架的特点与应用 312

11.1.1网架结构的特点 312

11.1.2网架结构的应用 313

11.2网架结构的组成及形式 313

11.2.1平面桁架系网架结构 313

11.2.2四角锥体系网架 315

11.2.3三角锥体系网架 317

11.2.4网壳 318

11.3网架的杆件与节点 319

11.3.1网架的杆件 319

11.3.2网架的节点 319

11.4网架结构施工图识读 322

11.4.1工程概况 322

11.4.2网架施工图识读 323

本章小结 323

习题 323

附录 331

参考答案 359

参考文献 379 2100433B