本書依據現行《鋼結構設計標準》(GB50017-2017)的規(guī)定,著重講述了鋼結構設計的基本原理,主要內容包括鋼材的基本性能、鋼結構的連接、軸心受力構件、受彎構件、拉彎和壓彎構件的受力性能和設計方法,為便于應用,本書附錄提供了設計常用的各種數據。各章還附帶了必要的例題和習題,便于使用者學習掌握。
本書內容難易適當,注重工程應用性,既可作為高等學校土木工程專業(yè)本科生教學用書,也可作為有關科研和工程設計人員的參考書。
本書既可作為高等學校土木工程專業(yè)本科生教學用書,也可作為有關科研和工程設計人員的參考書。
鋼材是一種優(yōu)質的工程結構材料,具有強度高、塑性韌性好、加工性能優(yōu)良等諸多優(yōu)點,而且鋼材是一種綠色建筑材料,符合可持續(xù)發(fā)展的理念。以鋼材為主制作的工程結構具有承載力高、質量小、跨越能力強、施工速度快等優(yōu)勢,越來越得到人們的青睞,廣泛應用于高層建筑、工業(yè)廠房、高聳結構、橋梁和大型公共設施等。多年來,我國鋼材產量穩(wěn)居世界第一,年產量均在10億t以上,為鋼結構的應用奠定了堅實的物質基礎; 與此同時,我國一批相關標準和規(guī)范相繼更新,也為鋼結構的應用發(fā)展提供了可靠的技術保障。《鋼結構行業(yè)十四五規(guī)劃及2035年遠景目標》提出鋼結構行業(yè)十四五期間發(fā)展目標: 到2025年年底,全國鋼結構用量達到1.4億t左右,占全國粗鋼產量15%以上,鋼結構建筑占新建建筑面積比例達到15%以上; 到2035年年底,我國鋼結構建筑應用達到中等發(fā)達國家水平,鋼結構用量達到每年2.0億t以上,占粗鋼產量25%以上,鋼結構建筑占新建建筑面積比例逐步達到40%,基本實現鋼結構智能建造。目前,距離上述目標還有很大空間,鋼結構發(fā)展前景廣闊。
鋼結構的快速發(fā)展對于鋼結構人才需求將更加旺盛。適應行業(yè)發(fā)展變化、培養(yǎng)滿足社會需求的土木人才是各高校的重要任務。加強教材建設,提高人才培養(yǎng)質量勢在必行。基于此,作者組織編寫了《鋼結構設計原理》教材。本教材主要特色為:
1. 強化理論基礎、注重工程應用。立足于沈陽工業(yè)大學建設國內一流本科專業(yè)、培養(yǎng)一流創(chuàng)新應用人才的目標,以地方院校土木工程相關專業(yè)應用型本科為主要受眾對象,秉承少而精和理論聯系實際的原則,強化基本理論的同時,配備大量例題、習題,強化工程應用,教材針對性和實用性強。
2. 結合新標準、時效性好。順應行業(yè)發(fā)展趨勢、緊抓前沿發(fā)展動態(tài),盡量反映鋼結構的國內外最新成就,并突出新近國家頒布的相關標準及內容,增強學生從業(yè)的適應性; 同時,在編制例題和習題時密切結合全國一級注冊結構工程師執(zhí)業(yè)資格考試的相關內容,為學生未來參加執(zhí)業(yè)考試奠定良好的專業(yè)基礎。
3. 加強課程思政、凸顯價值引領。全面落實立德樹人根本任務,深入挖掘課程思政元素,融入教材內容,在潛移默化中講好中國故事,引導學生樹立正確的人生觀、世界觀和價值觀。
參加本教材編寫工作的有: 白泉、盛國華、金生吉、徐金花、陸海燕、徐超、趙東陽、孫樂娟。主要分工如下: 第1章由白泉、趙東陽編寫; 第2章由金生吉、孫樂娟編寫; 第3章由白泉、盛國華編寫; 第4章由盛國華、徐金花編寫; 第5章由盛國華、孫樂娟編寫; 第6章由金生吉、徐超編寫; 陸海燕、趙東陽對全書例題和附錄進行了編寫。土木工程專業(yè)侯添一、盧建南等同學參與了本教材部分插圖的繪制。全書由白泉統稿。
本教材的編寫工作得到了清華大學出版社的鼎力支持,謹向他們高水準的辛勤工作致以誠摯的謝意!
由于編者水平有限,書中不足之處在所難免,敬請讀者批評指正。
編者
2023年9月
白泉,男,1973年12月出生,吉林梨樹人,博士,副教授。1997年7月本科畢業(yè)于東北大學礦山建設(工業(yè)與民用建筑)專業(yè),2003年起在東北大學結構工程專業(yè)學習,分別于2006年3月、2009年7月獲工學碩士、博士學位。
教學方面,分別為本科生和研究生講授土木工程施工、鋼結構設計原理、建筑力學、建筑施工、結構隨機振動等多門課程,教學效果良好,連續(xù)多次被評為教學質量A級;主持省級教改課題2項、省級質量工程項目3項;獲省教學成果獎二等獎、三等獎各1項;主參編教材5部,其中2部獲省級規(guī)劃教材(優(yōu)秀教材)。曾多次獲校教學優(yōu)秀教師、優(yōu)秀共產黨員等榮譽稱號。
科研方面,主要致力于隨機荷載分析與模擬、結構動力可靠性、工程結構抗震以及新型建筑材料等方面的研究。主持省級以上科研項目3項,主持橫向課題2項,參與研究國家和省部級科研項目多項。已發(fā)表科技論文20余篇,其中EI檢索10余篇,出版專著1部,獲批專利2項。
第1章緒論
1.1鋼結構的特點和應用范圍
1.2鋼結構的設計方法
1.3我國鋼結構的發(fā)展
1.4補充閱讀: 中國杰出的愛國工程師詹天佑
習題
第2章鋼結構的材料
2.1鋼結構對鋼材的要求
2.2鋼材的主要性能
2.3鋼材的疲勞
2.4影響鋼材性能的因素
2.5建筑用鋼的規(guī)格及選用
2.6補充閱讀: 我國鋼鐵工業(yè)百年發(fā)展的偉大成就和主要經驗分析(節(jié)選)
習題
第3章鋼結構的連接
3.1連接的基本知識
3.2對接焊縫的構造和計算
3.3角焊縫的構造和計算
3.4焊接殘余應力和焊接殘余變形
3.5螺栓連接的構造
3.6普通螺栓連接的工作性能和計算
3.7高強度螺栓連接的工作性能和計算
3.8補充閱讀: 茅以升立強國之志 建強國之橋
習題
第4章軸心受力構件
4.1軸心受力構件的類型
4.2軸心受力構件的強度和剛度
4.3軸心受壓構件的整體穩(wěn)定
4.4軸心受壓構件的局部穩(wěn)定
4.5實腹式軸心受壓構件的設計
4.6格構式軸心受壓構件的設計
4.7軸心受壓柱的柱頭和柱腳
4.8補充閱讀: 工程師之戒加拿大魁北克橋垮塌失敗案例
習題
第5章受彎構件
5.1梁的形式和應用
5.2梁的強度和剛度
5.3梁的整體穩(wěn)定
5.4梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋設計
5.5考慮腹板屈曲后強度的組合梁承載力計算
5.6型鋼梁的設計
5.7組合梁的設計
5.8梁的拼接、連接和支座
5.9補充閱讀: 偉大的數學家、力學家萊昂哈德·歐拉
習題
第6章拉彎和壓彎構件
6.1拉彎、壓彎構件的應用、截面形式及破壞形式
6.2拉彎、壓彎構件的強度與剛度計算
6.3實腹式壓彎構件在彎矩作用平面內的穩(wěn)定計算
6.4實腹式壓彎構件在彎矩作用平面外的穩(wěn)定計算
6.5實腹式壓彎構件的局部穩(wěn)定
6.6格構式壓彎構件的穩(wěn)定
6.7壓彎構件的設計步驟
習題
參考文獻
附錄
附錄1鋼材的強度設計值
附錄2螺栓和錨栓規(guī)格
附錄3軸心受壓構件的穩(wěn)定系數
附錄4梁的整體穩(wěn)定系數
附錄5各種截面回轉半徑的近似值
附錄6型鋼表