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本教材不僅涵蓋了教學大綱所規(guī)定的基礎教學內(nèi)容, 還力求反映近年來在鋼結構設計等方面的研究開發(fā)及工程應用方面的最新發(fā)展和成果。在編寫過程中, 結合本校多年開設的鋼結構設計原理為基礎, 力求內(nèi)容的系統(tǒng)性、先進性和適用性, 循序漸進性。結合教師與工地技術人員的講解, 使學生不但掌握工程識圖的基本知識, 能讀懂鋼結構的典型工程結構施工圖, 又提高綜合應用所學知識解決實際工作問題的基本技能。

裝配式鋼結構（prefabricated steel structure）是目前土木工程領域研究和應用的熱點話題之一。鋼結構依其自重輕、基礎造價低、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)勢被譽為21世紀的“綠色建筑”之一。

所謂裝配式即用預制構件在工地裝配而成的建筑。構配件采用最新的冷壓輕鋼結構以及各類輕型材料組合結構的各個部分，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)展趨勢是現(xiàn)場預制逐步縮小范圍，逐漸被工廠預制所取代。這種建筑的優(yōu)點是建造速度快、受氣候條件制約小、節(jié)約勞動力并可提高建筑質(zhì)量。

隨著城鎮(zhèn)化進程的加速，中國已漸漸成為世界上最大的建筑市場，每年新建建筑竣工面積超過發(fā)達國家的總和。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性表現(xiàn)在構配件生產(chǎn)工廠化、現(xiàn)場施工機械化、組織管理科學化，是工業(yè)化社會的建造方式。這種結構可以減少建筑垃圾的產(chǎn)生量，降低建筑施工過程中對環(huán)境造成的污染，提高資源的有效利用及建筑質(zhì)量，擴大節(jié)能產(chǎn)品在建筑中的應用范圍，節(jié)約能源、減少勞動力，同時可以縮短建筑周期，實現(xiàn)建筑全壽命過程的低碳排放標準。

本書作為沈陽大學“轉型發(fā)展教材建設專項支持計劃”之一，是《鋼結構基礎》《鋼結構制作與安裝》《鋼結構設計》的后續(xù)補充教材。為適應學校轉型發(fā)展的需要，體現(xiàn)產(chǎn)教融合及教學模式的更新變化特性，本教材以普通高等學校土木工程專業(yè)本科教育的培養(yǎng)目標和教學大綱為基礎，突出校企聯(lián)合辦學的特點，著重工程實例和具體應用，彰顯別具一格的內(nèi)容和形式。

根據(jù)教學改革需要和社會實際需求，在清華大學出版社的大力支持和倡導下，本書由沈陽大學協(xié)同沈陽中辰鋼結構工程有限公司、遼寧省交通高等�？茖W校等多家單位進行編寫。全書共分為7章，主要內(nèi)容包括鋼結構的基本知識；建筑鋼結構鋼材的選用；鋼結構的連接計算及構造要求；鋼結構受力構件計算與設計；裝配式工業(yè)建筑設計與施工；裝配式民用建筑設計與施工實例，裝配式大型鋼結構橋梁設計與施工。實例中除了介紹企業(yè)典型工程案例的設計方法與施工手段外，還增加了相應工程的工藝做法、施工要點、構造措施等，注重對學生應用能力的培養(yǎng)。

作者編寫時力求內(nèi)容充實精煉、重點突出、圖文并茂、講清難點。在闡述基本原理和概念的基礎上，結合規(guī)范和工程實際，注重教材的實用性。為方便學習，每章均編有思考題或習題。本書適合土木工程類的研究生、本科生、�？粕约皬氖落摻Y構設計與施工的工程技術人員使用。

本書由沈陽大學王曉初和沈陽中辰鋼結構工程有限公司宋彪擔任主審，沈陽大學鈕鵬、姜繼紅以及沈陽中辰鋼結構工程有限公司梁棟擔任主編，沈陽中辰鋼結構工程有限公司李健康、李帥亭以及沈陽大學張莉莉擔任副主編。

在全書的7章中，第1、2章由沈陽大學鈕鵬、遼寧省交通高等�？茖W校的金春福共同編寫，第3、4章由沈陽大學姜繼紅編寫，第5章由沈陽中辰鋼結構工程有限公司李健康編寫，第6章由沈陽中辰鋼結構工程有限公司梁棟、魏廣銀及沈陽大學鈕鵬共同編寫，第7章由沈陽中辰鋼結構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)稿由沈陽大學鈕鵬負責，沈陽大學郭影、王柳燕負責整本書的圖片、表格制作及文字修改等。另外，大連海事大學陳忱、沈陽大學研究生李旭、沈陽中辰鋼結構工程有限公司楊強和宋宏達也參與了部分章節(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，敬請各位讀者給予批評指正，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學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參考文獻和書籍，在此對被引用文獻的作者表示誠摯的感謝。

編者

2017年5月

第1章鋼結構基本知識

本章導讀：本章主要介紹鋼結構的基本組成及特點，鋼結構的歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展過程。

本章重點：鋼結構的特點及應用。

1.1鋼結構基本組成

鋼結構在建筑工程中有著廣泛的應用。由于使用功能及結構組成方式的不同，鋼結構種類繁多，形式各異。雖然這些鋼結構用途、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(有時還包括鋼索)、壓桿、梁、柱及桁架等，然后將這些基本構件按一定方式通過焊接和螺栓連接組成結構，以滿足使用要求。

下面結合單層和多層房屋對如何按一定方式將基本構件組成能滿足各種使用功能要求的鋼結構作簡要說明。

單層房屋鋼結構的特點是主要承受重力荷載、水平風力荷載及起重機制動力等荷載。對于這類結構，一般的做法是形成一系列豎向的平面承重結構，并用縱向構件和支撐構件把它們連成空間整體。這些構件也同時起到承受和傳遞縱向水平荷載的作用。圖11是一個單層房屋鋼結構組成的示意圖。屋蓋桁架和柱組成一系列的平面承重結構(圖11(a))。這些平面承重結構又用縱向構件和各種支撐(如圖11中所示的上弦橫向支撐、垂直支撐及柱間支撐等)連成一個空間整體(圖11(b))，保證整個結構在空間各個方向都成為一個幾何不變體系。除此之外還可以由實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11單層廠房結構組成示意圖

1—縱向構件； 2—屋架； 3—上弦橫向支撐； 4—垂直支撐； 5—柱間支撐

上述結構均屬于平面結構體系。其特點是結構由承重體系及附加構件兩部分組成，其中承重體系是一系列相互平行的平面結構，承擔結構平面內(nèi)的垂直和橫向水平荷載并傳遞到基礎。附加構件(縱向構件及支撐)的作用是將各個平面結構連成整體，同時也承受結構平面外的縱向水平力。當建筑物的長度和寬度尺寸接近，或平面呈圓形時，如果將各個承重構件自身組成空間幾何不變體系并省去附加構件，受力就更為合理。圖12所示為平板網(wǎng)架屋蓋結構。

圖12平板網(wǎng)架屋蓋結構

該結構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。屋架的荷載沿兩個方向傳到四邊柱上，再傳至基礎，形成一種空間傳力體系。因此，這種結構體系也稱為空間結構體系。這個平板網(wǎng)架中，所有的構件都是主要承重體系的部件，沒有附加構件，因此內(nèi)力分布合理，節(jié)省鋼材。

多層房屋結構的特點是隨房屋高度的增加，水平風荷載及地震荷載起到越來越重要的作用。提高結構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。一般多層鋼結構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13(a)所示； ②帶剛性加強層的結構，即在兩列柱之間設置斜撐，形成豎向懸臂桁架，以便承受更大的水平荷載，如圖13(b)所示； ③懸掛結構體系，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，樓板用高強鋼材的拉桿掛在桁架上，如圖13(c)所示。

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