钢结构设计手册 第四版 (上册) 但泽义主编 柴昶李国强童根树副主编 中国进筑工业出版杜 前 言 国家标准《钢结构设计标准》GB50017一2017，现已发布实施，为使广大钢结构工 程技术人员更好地理解应用新标准，本编委会邀请了参编各有关标准、规范修订工作的设 计、科研及制造与施工等方面的专家联合编著了《钢结构设计手册》（第四版），供从事钢 结构设计、教学、研究和建造的人员参考使用. 《钢结构设计标准》GB50017一2017是以科学技术和实践经验的综合成果为基础制订 出来的国家标准，是工程设计最基本的技术、经济规则.因此，本手册除了罗列设计标准 或规范的规定外，主要介绍材料选用，结构体系及结构布置，构件、连接及节点构造的设 计与计算，并辅以典型计算示例.同时，为方便使用，本手册还附有必要的设计参考资 料.手册内容是对工程实践经验进行整理、分析、选择、精炼的总结，所列的设计计算及 节点构造均为工程设计中切实可行的推荐做法，对于设计单位，特别是中小设计单位和设 计经验不甚丰富的设计工作者有较大的参考价值. 我国钢结构的应用与发展经历了限制应用、合理应用、推广应用和高峰发展的四个时 期，建筑钢结构的工程设计与施工水平得到了全面提升，结构钢的品种和性能已达到国际 先进水平，钢结构限制使用的条件已不复存在，建筑钢结构建设市场对钢结构人才的需求 与日俱增.为了适应这一形势，本手册拓宽了范围，既包括重型建筑结构（重型厂房结 构、高层和超高层房屋结构)，也包括轻型钢结构、钢管结构、预应力钢结构、钢与混凝 土组合结构，同时还包括钢结构抗震、钢结构防护、钢结构鉴定与加固修复以及钢结构施 工等知识.为了避免篇幅过大，本手册不包括大跨度空间结构和特种结构等. 考虑到本手册针对从事建筑钢结构的广大工程技术人员，在其中适当编入了钢结构设 计基本知识，除了钢材的知识外，主要是结构分析与稳定设计，以及基本构件设计与计 算，手册用了较多的篇幅介绍了各种结构的构造设计与计算.这些内容是大学课程中基本 不讲述的.本手册纳入的构造设计是对我国钢结构几十年工程实践经验的总结、提炼，要 求构造设计与计算应与计算简图相符，受力简单明确，减少应力集中，且便于制作、安装 和维护，这对于钢结构设计具有重要的实用价值. 本手册在有关章节中选入了较多的设计示例，其内容涵盖了重型和轻型钢结构、结构 抗震、预应力钢结构、钢-混凝土组合结构、结构加固以及结构疲劳等.算例主要采用手 工计算，每个示例保持了较完整的计算过程，列出了清晰的计算层次，其目的是通过示例 帮助设计人员加强对标准的理解和正确运用.另外，为节约设计工作时间，提高功效，结 合设计经验和国家现行的有关标准，列入了钢材规格及截面特性、连接用紧固件规格、型 钢组合截面特性、构件与连接和组合楼板承载力等实用参考资料.同时还列入了编制钢结 构设计文件的相关内容. 本手册的出版面世，要特别感谢沈祖炎院士对本手册编著工作的精心指导.沈院士 是一位钢结构领域享有很高知名度的学者，从事钢结构教学和研究几十载，其理论研究和 前言7 学术水平得到国内外同行的高度认可，为我国建筑钢结构的发展做出了很大贡献.他也是 我国几本重要钢结构设计标准编制和修订的主要参与者，为这些标准的制定和修订提出了 诸多开创性和关键性的意见.相信由他指导编著的《钢结构设计手册》（第四版），将会对 国家标准《钢结构设计标准》GB50017一2017的深入理解和应用起到积极的作用.不幸 的是，在书稿即将完成时，沈院士却因病阖然辞世.在此，谨以此书表达我们对沈院士深 深地怀念. 本手册分上、下册，共21章.各章节编写人员分别为：第1章但泽义；第2章2.1 ~2.6节柴昶、刘迎春，2.7节邓玉孙；第3章3.1~3.3节柴昶，3.4节柴昶、戴国欣， 3.5~3.8节柴昶；第4章汪大绥、包联进；第5章童根树；第6章6.1节舒兴平、6.2~ 6.3节郝际平、钟炜辉，6.4节郝际平、王迎春，6.5节郝际平、于金光，6.6节吴耀华、 何文汇；第7章7.1、7.3节刘晓光，7.2节邓玉孙；第8章李国强；第9章陈友泉；第 10章童根树、陈友泉；第11章11.1节胡朝晖、傅中俊，11.2节尹元初、张萍，11.3节 柴昶、刘迎春，11.4节罗福盛、赵轩，11.5节王建、王强，11.6节邓玉孙、赵轩、唐建 设、谢津成，11.7节李茂新、石志龙；第12章12.1~12.5节李国强，12.6节王迎春； 第13章13.1~13.2、13.4~13.5节王燕、刘芸，13.3节刘迎春，13.6节李国强，13.7 节穆海生，13.8节但泽义，13.9节刘中华，13.10节李国强；第14章童根树；第15章 15.1~15.2节吴耀华，15.3~15.6节陈以一、王伟；第16章王泽强、李晨光、陈新礼、 袁英占、...
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书名 1
前言 2
目录 4
第1章 总则 21
1.1 我国建筑钢结构的应用与发展21
1.2 钢结构的特点31
1.3 钢结构的应用范围33
1.4 钢结构在不同使用条件下的工作特点34
1.5 钢结构工程设计的基本要求37
参考文献40
第2章 材料 41
2.1 概述41
2.2 建筑用钢的类别46
2.3 钢的性能51
2.3.1 钢的力学性能51
2.3.2 钢的工艺性能56
2.4 各种因素对钢材性能的影响57
2.4.1 钢材中化学成分对钢材性能的影响57
2.4.2 环境温度对钢材性能的影响59
2.4.3 钢材冶炼、轧制与加工工艺对材质的影响61
2.4.4 应力状态对钢材性能的影响64
2.5 常用结构用钢与钢材的标准65
2.5.1 钢与钢材产品标准的类别65
2.5.2 常用结构钢钢种的标准与性能指标68
2.5.3 常用钢板标准与性能及规格80
2.5.4 常用钢管的标准、性能及规格86
2.5.5 常用型钢标准93
2.5.6 棒材与线材标准95
2.6 连接材料97
2.6.1 紧固件材料的标准、性能与规格97
2.6.2 焊接材料的分类、标准与性能103
2.7 国外结构用钢107
2.7.1 概述107
2.7.2 美国结构用钢108
2.7.3 日本结构用钢115
2.7.4 欧洲结构用钢127
参考文献132
第3章 设计基本规定 134
3.1 钢结构工程设计一般规定134
3.1.1 工程结构设计的基本原则与基本要求134
3.1.2 设计使用年限和耐久性135
3.1.3 结构的安全等级和可靠性136
3.2 结构上的荷载与作用138
3.2.1 荷载与作用的分类138
3.2.2 荷载与作用的计算与取值139
3.2.3 荷载与作用的组合142
3.2.4 地震作用的计算144
3.3 极限状态设计145
3.3.1 一般规定145
3.3.2 承载能力极限状态设计146
3.3.3 正常使用极限状态设计148
3.4 材料选用与设计指标148
3.4.1 材料标准148
3.4.2 材料选用149
3.4.3 设计指标152
3.5 结构容许变形与舒适度限值158
3.5.1 一般规定158
3.5.2 结构的变形与位移容许限值159
3.6 结构分析164
3.6.1 一般规定164
3.6.2 结构模型与作用模型165
3.6.3 结构抗震分析计算165
3.7 结构检验与加固设计168
3.7.1 结构检验168
3.7.2 结构的加固补强设计169
3.8 结构防护设计170
3.8.1 钢结构防腐涂装设计170
3.8.2 钢结构的隔热防护171
3.8.3 钢结构的防火设计171
参考文献172
第4章 结构体系 173
4.1 概述173
4.2 单层钢结构173
4.2.1 常见结构体系类型173
4.2.2 柱间支撑175
4.2.3 屋盖结构175
4.3 多高层钢结构176
4.3.1 纯框架结构体系176
4.3.2 框架支撑体系177
4.3.3 框架-核心筒体系179
4.3.4 筒体结构179
4.3.5 束简结构183
4.3.6 巨型结构183
4.4 大跨度钢结构186
4.4.1 大跨钢结构形式与分类186
4.4.2 常见大跨钢结构体系187
参考文献207
第5章 结构分析与稳定性计算 208
5.1 有限元法简介208
5.2 单元介绍209
5.2.1 梁柱单元209
5.2.2 薄膜单元209
5.2.3 板壳单元209
5.2.4 不承担竖向荷载的剪切膜单元209
5.3 抗侧力体系的有限元模型209
5.3.1 各类支撑架（含只拉支撑）209
5.3.2 各类钢板剪力墙210
5.3.3 带竖缝钢筋混凝土剪力墙210
5.3.4 钢板支撑剪力墙210
5.3.5 预制填充墙结构210
5.4 钢结构建模及其内力的修正210
5.5 结构分析与结构分类211
5.5.1 结构分类211
5.5.2 关于线性分析和二阶分析及其稳定性计算212
5.5.3 二阶分析时假想荷载的取值213
5.5.4 二阶分析时初始缺陷的取值213
5.5.5 二阶弹性P-Δ效应分析与设计215
5.5.6 弹性直接分析设计215
5.5.7 弹塑性分析216
5.5.8 大跨度钢结构的直接分析法216
5.6 内力采用线性弹性分析时框架柱的稳定217
5.6.1 计算长度系数法217
5.6.2 框架有侧移失稳：一个简单的判定准则219
5.6.3 修正计算长度系数法219
5.6.4 框架整体屈曲分析方法应用220
5.6.5 计算实例221
5.7 双重抗侧力结构的稳定性221
5.7.1 框架分类221
5.7.2 支撑架的分类222
5.7.3 设有支撑架的结构中框架柱的稳定223
5.8 双重抗侧力框架柱稳定性计算算例224
参考文献227
第6章 基本构件设计与计算 228
6.1 受弯构件228
6.1.1 受弯构件计算内容228
6.1.2 受弯构件强度计算228
6.1.3 受弯构件整体稳定验算230
6.1.4 受弯构件局部稳定计算（不考虑腹板屈曲后强度）231
6.1.5 焊接截面梁腹板考虑屈曲后强度的计算234
6.1.6 腹板开孔要求236
6.1.7 梁的构造要求237
6.2 轴心受力构件237
6.2.1 轴心受力构件设计的基本要求237
6.2.2 轴心受力构件的截面强度计算237
6.2.3 轴心受压构件的稳定性计算239
6.2.4 实腹式轴心受压构件的局部稳定和屈曲后强度249
6.2.5 轴心受力构件的计算长度和容许长细比251
6.2.6 轴心受压构件的支撑256
6.2.7 单边连接的单角钢258
6.3 拉弯和压弯构件260
6.3.1 拉弯和压弯构件设计的基本要求260
6.3.2 拉弯和压弯构件的截面强度计算260
6.3.3 压弯构件的稳定计算262
6.3.4 框架柱的计算长度270
6.3.5 压弯构件的局部稳定和屈曲后强度275
6.3.6 承受次弯矩的椅架杆件278
6.4 冷弯型钢构件287
6.4.1 冷弯型钢构件设计的基本要求287
6.4.2 轴心受力构件计算287
6.4.3 受弯构件计算291
6.4.4 拉弯和压弯构件计算293
6.4.5 构件中的受压板件296
6.4.6 畸变屈曲对开口截面构件承载力的影响301
6.5 钢板剪力墙309
6.5.1 钢板剪力墙的类别与适用范围309
6.5.2 钢板剪力墙的设计原则与内力分析模型316
6.5.3 非加劲钢板剪力墙的计算322
6.5.4 仅设置竖向加劲钢板剪力墙的计算328
6.5.5 设置水平和竖向加劲钢板剪力墙的计算330
6.5.6 工程实例333
6.6 构件的疲劳计算与防脆断设计347
6.6.1 设计一般规定347
6.6.2 疲劳计算348
6.6.3 钢管节点的疲劳计算与构造351
6.6.4 疲劳计算实例356
参考文献366
第7章 连接设计与计算 369
7.1 焊接连接369
7.1.1 设计一般规定369
7.1.2 焊接形式和焊缝种类370
7.1.3 焊接连接的构造372
7.1.4 焊缝的质量检验及其质量要求385
7.1.5 焊接连接的计算386
7.2 紧固件连接400
7.2.1 概述400
7.2.2 设计基本要求408
7.2.3 普通螺栓连接409
7.2.4 高强度螺栓计算414
7.2.5 螺栓群连接设计注意事项419
7.2.6 销轴421
7.3 栓焊并用连接与栓焊混用连接422
7.3.1 栓焊并用连接422
7.3.2 栓焊混用连接424
参考文献428
第8章 钢结构抗震性能化设计 429
8.1 结构体系的延性类别429
8.2 梁柱节点连接形式类别430
8.2.1 连接形式430
8.2.2 连接构造432
8.3 结构的性能目标类别433
8.4 抗震性能化计算435
参考文献436
第9章 压型钢板轻钢围护结构 437
9.1 概述437
9.1.1 轻钢围护结构的技术经济特点437
9.1.2 围护结构的基本构造与材料437
9.2 压型钢板围护结构的设计442
9.2.1 设计一般规定442
9.2.2 压型钢板的构造与选型444
9.2.3 压型钢板的设计计算447
9.3 冷弯薄壁型钢模条与墙梁的设计467
9.3.1 一般说明467
9.3.2 冷弯薄壁型钢模条和墙梁的类型与构造469
9.3.3 墙架的布置与构造471
9.3.4 拉条体系的构造472
9.3.5 荷载与内力计算474
9.3.6 擦条和墙梁的承载力计算475
9.3.7 节点连接的构造和计算477
9.3.8 有围护板约束的擦条和墙梁稳定计算479
9.3.9 擦条的计算实例484
参考文献491
第10章 门式刚架结构 492
10.1 概述492
10.1.1 门式刚架结构的类别492
10.1.2 门式刚架结构形式与布置493
10.1.3 设计依据与应用软件497
10.2 设计一般规定497
10.3 荷载与作用498
10.3.1 一般规定498
10.3.2 荷载计算499
10.4 主刚架的设计507
10.4.1 主体刚架与纵向受力体系的计算简图507
10.4.2 刚架梁、柱截面形式与尺寸选择508
10.4.3 变截面构件的几何特性计算508
10.4.4 变截面刚架梁的计算与构造509
10.4.5 变截面柱的计算与构造516
10.4.6 连接和节点设计527
10.4.7 抽柱区的刚架结构设计533
10.4.8 带局部夹层的刚架结构设计537
10.4.9 门式刚架设计实例540
参考文献548
第11章 单层与多层厂房钢结构 549
11.1 单层厂房框（排）架结构549
11.1.1 框（排）架类型及适用范围549
11.1.2 设计一般规定551
11.1.3 框架结构布置与构件选型551
11.1.4 框架计算557
11.1.5 单层厂房柱构件569
11.1.6 柱间支撑的设计611
11.2 单层厂房框架屋盖系统626
11.2.1 概述626
11.2.2 屋盖结构设计的一般规定635
11.2.3 屋盖结构的荷载与作用637
11.2.4 擦条639
11.2.5 屋架668
11.2.6 实腹屋面梁724
11.2.7 托架和托梁729
11.2.8 屋盖支撑737
11.3 吊车梁系列构件753
11.3.1 概述753
11.3.2 吊车工艺资料与工作级别759
11.3.3 吊车梁（架）荷载与内力计算760
11.3.4 吊车梁（桁架）设计一般规定765
11.3.5 吊车梁（架）的疲劳计算770
11.3.6 焊接工字形吊车梁773
11.3.7 H型钢吊车梁803
11.3.8 吊车架803
11.3.9 箱形吊车梁808
11.3.10 壁行吊车梁816
11.3.11 吊车轨梁818
11.3.12 制动结构、辅助架及支撑828
11.3.13 吊车轨道与车挡834
11.4 墙架结构840
11.4.1 概述840
11.4.2 墙架结构的布置841
11.4.3 墙架构件的计算847
11.4.4 墙架构件的连接节点849
11.4.5 墙架构件的计算实例851
11.4.6 砌体墙墙架855
11.5 平台结构859
11.5.1 一般规定859
11.5.2 平台结构选型与布置861
11.5.3 平台柱与柱间支撑867
11.5.4 平台梁873
11.5.5 平台铺板880
11.5.6 钢梯与栏杆885
11.6 单层厂房结构抗震设计896
11.6.1 概述896
11.6.2 地震作用组合的计算898
11.6.3 结构截面抗震验算904
11.6.4 结构抗震措施与构造要求910
11.6.5 单层厂房的抗震计算实例913
11.7 多层厂房框架924
11.7.1 概述924
11.7.2 设计一般规定928
11.7.3 荷载与作用计算928
11.7.4 结构内力及位移计算929
11.7.5 框架梁、柱构件的强度与稳定性计算933
11.7.6 抗侧力结构与支撑的计算935
11.7.7 节点设计与构造937
11.7.8 结构抗震设计941
11.7.9 设计实例946
参考文献956