周宇主編的《鋼結(jié)構(gòu)——基本原理與設(shè)計(jì)》是一本關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和實(shí)踐的專(zhuān)業(yè)書(shū)籍。本書(shū)全面介紹了鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括材料特性、力學(xué)行為、結(jié)構(gòu)分析方法以及設(shè)計(jì)原則等。通過(guò)理論與實(shí)例相結(jié)合的方式，書(shū)中詳細(xì)闡述了鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程，從概念到具體的計(jì)算和構(gòu)造細(xì)節(jié)，旨在幫助讀者掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。書(shū)中還包含了一些最新的研究成果和工程案例，為讀者提供了豐富的參考資源。

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一、鋼結(jié)構(gòu)的基本原理

（一）鋼結(jié)構(gòu)的歷史

1. 古代
   • 在古代就有鋼結(jié)構(gòu)的雛形，如簡(jiǎn)單的木構(gòu)架和鐵索橋等，這些早期的鋼結(jié)構(gòu)形式雖然簡(jiǎn)單，但為后來(lái)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
   • 古代的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用有限，技術(shù)水平較低，但體現(xiàn)了人們利用鋼材構(gòu)建結(jié)構(gòu)的初步嘗試。
2. 工業(yè)革命時(shí)期
   • 隨著工業(yè)革命的到來(lái)，鋼鐵制造業(yè)得到飛速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)開(kāi)始廣泛應(yīng)用于橋梁、廠房、倉(cāng)庫(kù)等建筑。這一時(shí)期鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用規(guī)模和技術(shù)水平都有了顯著提高，鋼材產(chǎn)量的增加使得鋼結(jié)構(gòu)成為更多大型建筑和基礎(chǔ)設(shè)施的選擇。
3. 現(xiàn)代
   • 進(jìn)入20世紀(jì)以后，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)不斷進(jìn)步，在建筑、橋梁、船舶、汽車(chē)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)在材料性能提升、設(shè)計(jì)理論完善、施工工藝創(chuàng)新等方面都取得了很大進(jìn)展。

（二）鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用

1. 特點(diǎn)
   • 強(qiáng)度高，塑性韌性好
     • 強(qiáng)度高適用于建造跨度大、高度高、承載重的結(jié)構(gòu)。其韌性好，適宜在動(dòng)力荷載下工作，有良好的耗能能力和延性，在地震區(qū)采用鋼結(jié)構(gòu)較為有利。
   • 重量輕
     • 鋼材容重大但強(qiáng)度高，所以建造的結(jié)構(gòu)比較輕。結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)性可以用材料的質(zhì)量密度和強(qiáng)度的比值來(lái)衡量，比值越小，結(jié)構(gòu)相對(duì)越輕。例如，以同樣跨度承受同樣的荷載，鋼屋架的重量為鋼筋混凝土屋架的1/3 - 1/4，冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近1/10。重量輕可減輕基礎(chǔ)負(fù)荷，降低地基、基礎(chǔ)部分造價(jià)，同時(shí)方便運(yùn)輸和吊裝。
   • 材質(zhì)均勻
     • 鋼材內(nèi)部組織比較均勻，接近各向同性，在一定應(yīng)力幅度內(nèi)材料為彈性，所以鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況和工程力學(xué)計(jì)算結(jié)果比較符合，在計(jì)算中采用的經(jīng)驗(yàn)公式不多，計(jì)算結(jié)果比較可靠。
   • 制作簡(jiǎn)便，施工工期短
     • 構(gòu)件一般在工廠制作，施工機(jī)械化程度高，準(zhǔn)確度和精密度皆較高。鋼結(jié)構(gòu)所有材料皆已軋制成各種型材，加工簡(jiǎn)易而迅速。鋼構(gòu)件較輕，連接簡(jiǎn)單，安裝方便，施工周期短。
   • 密閉性較好
     • 鋼材和焊接連接的水密性和氣密性較好，適宜建造密閉的板殼結(jié)構(gòu)，如高壓容器、油庫(kù)、氣柜、管道等。
   • 耐腐蝕性差
     • 鋼材容易銹蝕，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)必須注意防護(hù)，特別是薄壁構(gòu)件。處于較強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)內(nèi)的建筑物不宜采用鋼結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)中應(yīng)避免使結(jié)構(gòu)受潮、漏雨，構(gòu)造上應(yīng)盡量避免存在難于檢查、維修的死角。
   • 鋼材耐熱但不耐火
     • 鋼材受熱，溫度在200以?xún)?nèi)，其主要性能（屈服點(diǎn)和彈性模量）下降不多。溫度超過(guò)200后，材質(zhì)變化較大，強(qiáng)度總體下降明顯。
2. 應(yīng)用
   • 在建筑領(lǐng)域，用于單層廠房鋼結(jié)構(gòu)、大跨度鋼屋蓋結(jié)構(gòu)、多高層房屋鋼結(jié)構(gòu)等。在橋梁領(lǐng)域，用于各種類(lèi)型的橋梁結(jié)構(gòu)。還在船舶、汽車(chē)等制造業(yè)中用于構(gòu)建框架等結(jié)構(gòu)部件。

（三）鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

1. 按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計(jì)
   • 按照《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程、荷載取值、構(gòu)件計(jì)算、構(gòu)造要求等方面做出了詳細(xì)規(guī)定，確保鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、適用性和耐久性。
2. 考慮多種因素的綜合設(shè)計(jì)
   • 需要考慮結(jié)構(gòu)的使用功能、荷載條件（包括靜力荷載和動(dòng)力荷載）、施工條件等因素。例如，根據(jù)建筑物的使用功能確定結(jié)構(gòu)的布局和形式；根據(jù)荷載條件計(jì)算構(gòu)件的受力大小，選擇合適的鋼材和構(gòu)件截面；根據(jù)施工條件確定連接方式和施工順序等。

（四）鋼結(jié)構(gòu)的材料

1. 用材要求
   • 要求鋼材具有足夠的強(qiáng)度、塑性、韌性、可焊性、耐腐蝕性等性能，以滿(mǎn)足鋼結(jié)構(gòu)在不同工作環(huán)境和受力條件下的要求。例如，在承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，鋼材需要有較高的韌性；在有焊接要求的結(jié)構(gòu)中，鋼材需要有良好的可焊性。
2. 鋼材的生產(chǎn)
   • 鋼材通過(guò)煉鐵、煉鋼等工藝生產(chǎn)。生產(chǎn)過(guò)程中的工藝參數(shù)控制會(huì)影響鋼材的質(zhì)量和性能，如煉鋼過(guò)程中的合金添加、精煉處理等操作對(duì)鋼材的化學(xué)成分和性能有重要影響。
3. 鋼材的主要性能
   • 力學(xué)性能
     • 包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、冷彎性能等。屈服強(qiáng)度是鋼材開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力，是衡量鋼材強(qiáng)度的重要指標(biāo)；抗拉強(qiáng)度反映鋼材抵抗拉伸破壞的能力；伸長(zhǎng)率體現(xiàn)鋼材的塑性變形能力；冷彎性能可以反映鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，是檢驗(yàn)鋼材質(zhì)量和工藝性能的重要指標(biāo)。
   • 工藝性能
     • 如可焊性，即鋼材在一定的焊接工藝條件下，能否獲得良好焊接接頭的性能?？珊感院玫匿摬脑诤附舆^(guò)程中不易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷。
4. 影響鋼材性能的因素
   • 化學(xué)成分
     • 鋼材中的碳、硅、錳、硫、磷等元素含量對(duì)鋼材性能有顯著影響。例如，碳含量增加會(huì)提高鋼材的強(qiáng)度，但會(huì)降低其塑性和韌性；硫、磷是有害元素，會(huì)降低鋼材的韌性和可焊性。
   • 冶金缺陷
     • 如偏析、夾雜、氣孔等冶金缺陷會(huì)降低鋼材的質(zhì)量和性能。偏析會(huì)導(dǎo)致鋼材內(nèi)部化學(xué)成分不均勻，夾雜和氣孔會(huì)成為應(yīng)力集中點(diǎn)，降低鋼材的強(qiáng)度和韌性。
   • 鋼材的硬化
     • 包括冷加工硬化和時(shí)效硬化。冷加工硬化是鋼材在冷加工過(guò)程中，由于塑性變形導(dǎo)致強(qiáng)度提高、塑性和韌性降低的現(xiàn)象；時(shí)效硬化是鋼材在長(zhǎng)期放置或使用過(guò)程中，由于內(nèi)部組織的變化導(dǎo)致性能改變的現(xiàn)象。
   • 溫度影響
     • 溫度對(duì)鋼材性能有很大影響。在低溫下，鋼材的韌性會(huì)降低，容易發(fā)生脆性破壞；在高溫下，鋼材的強(qiáng)度會(huì)降低，當(dāng)溫度超過(guò)一定限度時(shí)，鋼材的承載能力會(huì)顯著下降。
   • 應(yīng)力集中
     • 由于構(gòu)件的截面突然變化（如孔洞、缺口等），會(huì)使應(yīng)力在局部區(qū)域急劇增大，形成應(yīng)力集中現(xiàn)象。應(yīng)力集中會(huì)降低鋼材的承載能力，在設(shè)計(jì)和構(gòu)造上應(yīng)盡量避免。
5. 鋼材的疲勞
   • 在反復(fù)荷載作用下，鋼材的強(qiáng)度和性能會(huì)逐漸降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為鋼材的疲勞。疲勞破壞是一種脆性破壞，沒(méi)有明顯的塑性變形預(yù)兆。影響鋼材疲勞強(qiáng)度的因素包括應(yīng)力幅、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、鋼材的種類(lèi)和質(zhì)量、構(gòu)件的構(gòu)造細(xì)節(jié)等。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要考慮鋼材的疲勞問(wèn)題，采取相應(yīng)的構(gòu)造措施和計(jì)算方法，確保結(jié)構(gòu)在疲勞荷載作用下的安全性。
6. 建筑用鋼的種類(lèi)、規(guī)格和選用原則
   • 種類(lèi)
     • 包括碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、耐候鋼等。碳素結(jié)構(gòu)鋼具有良好的塑性和韌性，易于加工和焊接，主要用于一般建筑結(jié)構(gòu)和工程結(jié)構(gòu)；低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強(qiáng)度和良好的韌性，耐大氣腐蝕性能優(yōu)于碳素結(jié)構(gòu)鋼，主要用于大跨度、重載和動(dòng)載結(jié)構(gòu)；耐候鋼具有良好的耐大氣腐蝕性能，主要用于橋梁、建筑等露天結(jié)構(gòu)。
   • 規(guī)格
     • 鋼材有各種規(guī)格，如鋼板的厚度、寬度和長(zhǎng)度，型鋼（如工字鋼、槽鋼、角鋼等）的截面尺寸等。不同規(guī)格的鋼材適用于不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和連接方式。
   • 選用原則