装配式钢结构设计与施工/新型现代建筑实例分析_钮鹏,姜继红,梁栋_9787302468509

本教材不仅涵盖了教学大纲所规定的基础教学内容, 还力求反映近年来在钢结构设计等方面的研究开发及工程应用方面的最新发展和成果。在编写过程中, 结合本校多年开设的钢结构设计原理为基础, 力求内容的系统性、先进性和适用性, 循序渐进性。结合教师与工地技术人员的讲解, 使学生不但掌握工程识图的基本知识, 能读懂钢结构的典型工程结构施工图, 又提高综合应用所学知识解决实际工作问题的基本技能。

装配式钢结构（prefabricated steel structure）是目前土木工程领域研究和应用的热点话题之一。钢结构依其自重轻、基础造价低、适用于软弱地基、安装容易、施工快、周期短、投资回收快、施工污染小及抗震性能好等综合优势被誉为21世纪的“绿色建筑”之一。

所谓装配式即用预制构件在工地装配而成的建筑。构配件采用最新的冷压轻钢结构以及各类轻型材料组合结构的各个部分，使其具备卓越的保温、隔声、防火、节能、抗震、防潮性能。它的生产总体发展趋势是现场预制逐步缩小范围，逐渐被工厂预制所取代。这种建筑的优点是建造速度快、受气候条件制约小、节约劳动力并可提高建筑质量。

随着城镇化进程的加速，中国已渐渐成为世界上最大的建筑市场，每年新建建筑竣工面积超过发达国家的总和。传统施工方式能源消耗大，建筑效率不高，因此，装配式建造方式的先进性表现在构配件生产工厂化、现场施工机械化、组织管理科学化，是工业化社会的建造方式。这种结构可以减少建筑垃圾的产生量，降低建筑施工过程中对环境造成的污染，提高资源的有效利用及建筑质量，扩大节能产品在建筑中的应用范围，节约能源、减少劳动力，同时可以缩短建筑周期，实现建筑全寿命过程的低碳排放标准。

本书作为沈阳大学“转型发展教材建设专项支持计划”之一，是《钢结构基础》《钢结构制作与安装》《钢结构设计》的后续补充教材。为适应学校转型发展的需要，体现产教融合及教学模式的更新变化特性，本教材以普通高等学校土木工程专业本科教育的培养目标和教学大纲为基础，突出校企联合办学的特点，着重工程实例和具体应用，彰显别具一格的内容和形式。

根据教学改革需要和社会实际需求，在清华大学出版社的大力支持和倡导下，本书由沈阳大学协同沈阳中辰钢结构工程有限公司、辽宁省交通高等专科学校等多家单位进行编写。全书共分为7章，主要内容包括钢结构的基本知识；建筑钢结构钢材的选用；钢结构的连接计算及构造要求；钢结构受力构件计算与设计；装配式工业建筑设计与施工；装配式民用建筑设计与施工实例，装配式大型钢结构桥梁设计与施工。实例中除了介绍企业典型工程案例的设计方法与施工手段外，还增加了相应工程的工艺做法、施工要点、构造措施等，注重对学生应用能力的培养。

作者编写时力求内容充实精炼、重点突出、图文并茂、讲清难点。在阐述基本原理和概念的基础上，结合规范和工程实际，注重教材的实用性。为方便学习，每章均编有思考题或习题。本书适合土木工程类的研究生、本科生、专科生以及从事钢结构设计与施工的工程技术人员使用。

本书由沈阳大学王晓初和沈阳中辰钢结构工程有限公司宋彪担任主审，沈阳大学钮鹏、姜继红以及沈阳中辰钢结构工程有限公司梁栋担任主编，沈阳中辰钢结构工程有限公司李健康、李帅亭以及沈阳大学张莉莉担任副主编。

在全书的7章中，第1、2章由沈阳大学钮鹏、辽宁省交通高等专科学校的金春福共同编写，第3、4章由沈阳大学姜继红编写，第5章由沈阳中辰钢结构工程有限公司李健康编写，第6章由沈阳中辰钢结构工程有限公司梁栋、魏广银及沈阳大学钮鹏共同编写，第7章由沈阳中辰钢结构工程有限公司陈景武、李帅亭共同编写，常见问题解答由沈阳大学王舜和张莉莉共同编写。本书大纲拟订及全书统稿由沈阳大学钮鹏负责，沈阳大学郭影、王柳燕负责整本书的图片、表格制作及文字修改等。另外，大连海事大学陈忱、沈阳大学研究生李旭、沈阳中辰钢结构工程有限公司杨强和宋宏达也参与了部分章节的编写及全书的校核工作。

限于编者水平有限，书中难免有不妥之处，敬请各位读者给予批评指正，提出宝贵的意见和建议。本书在编写过程中，得到参编者所在各个学校和单位的大力支持，在此表示感谢。本书部分图表引自有关参考文献和书籍，在此对被引用文献的作者表示诚挚的感谢。

编者

2017年5月

第1章钢结构基本知识

本章导读：本章主要介绍钢结构的基本组成及特点，钢结构的历史、现状与发展过程。

本章重点：钢结构的特点及应用。

1.1钢结构基本组成

钢结构在建筑工程中有着广泛的应用。由于使用功能及结构组成方式的不同，钢结构种类繁多，形式各异。虽然这些钢结构用途、形式各不相同，但它们都是由钢板和型钢经过加工、组合连接制成，如拉杆(有时还包括钢索)、压杆、梁、柱及桁架等，然后将这些基本构件按一定方式通过焊接和螺栓连接组成结构，以满足使用要求。

下面结合单层和多层房屋对如何按一定方式将基本构件组成能满足各种使用功能要求的钢结构作简要说明。

单层房屋钢结构的特点是主要承受重力荷载、水平风力荷载及起重机制动力等荷载。对于这类结构，一般的做法是形成一系列竖向的平面承重结构，并用纵向构件和支撑构件把它们连成空间整体。这些构件也同时起到承受和传递纵向水平荷载的作用。图11是一个单层房屋钢结构组成的示意图。屋盖桁架和柱组成一系列的平面承重结构(图11(a))。这些平面承重结构又用纵向构件和各种支撑(如图11中所示的上弦横向支撑、垂直支撑及柱间支撑等)连成一个空间整体(图11(b))，保证整个结构在空间各个方向都成为一个几何不变体系。除此之外还可以由实腹梁和柱组成框架或拱，框架和拱可以做成三铰、二铰或无铰，跨度大的还可以用桁架拱。

图11单层厂房结构组成示意图

1—纵向构件； 2—屋架； 3—上弦横向支撑； 4—垂直支撑； 5—柱间支撑

上述结构均属于平面结构体系。其特点是结构由承重体系及附加构件两部分组成，其中承重体系是一系列相互平行的平面结构，承担结构平面内的垂直和横向水平荷载并传递到基础。附加构件(纵向构件及支撑)的作用是将各个平面结构连成整体，同时也承受结构平面外的纵向水平力。当建筑物的长度和宽度尺寸接近，或平面呈圆形时，如果将各个承重构件自身组成空间几何不变体系并省去附加构件，受力就更为合理。图12所示为平板网架屋盖结构。

图12平板网架屋盖结构

该结构由倒置的四角锥体组成，锥底的四边为网架的上弦杆，锥棱为腹杆，连接各锥顶的杆件为下弦杆。屋架的荷载沿两个方向传到四边柱上，再传至基础，形成一种空间传力体系。因此，这种结构体系也称为空间结构体系。这个平板网架中，所有的构件都是主要承重体系的部件，没有附加构件，因此内力分布合理，节省钢材。

多层房屋结构的特点是随房屋高度的增加，水平风荷载及地震荷载起到越来越重要的作用。提高结构抵抗水平荷载的能力，以及控制水平位移不要过大，是这类房屋组成的主要问题。一般多层钢结构房屋组成的体系主要有： ①框架体系，即由梁和柱组成的多层多跨框架，如图13(a)所示； ②带刚性加强层的结构，即在两列柱之间设置斜撑，形成竖向悬臂桁架，以便承受更大的水平荷载，如图13(b)所示； ③悬挂结构体系，即利用房屋中心的内筒承受全部重力和水平荷载，筒顶有悬伸的桁架，楼板用高强钢材的拉杆挂在桁架上，如图13(c)所示。

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