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建筑钢结构设计方法与实例解析.pdf中国版本图书馆CIP数据核字（2013）第0731
责任编辑：范业庶 王研瑶 责任设计：张 虹 责任校对：肖剑 王雪竹
冲孔桩施工方案（正本）边做边学建筑结构设计丛书 建筑钢结构设计方法与实例解析 张相勇编著 牟在根主审
李国强 2013年2月于同济园
中国钢结构协会专家委员会委员 北京市建筑设计研究院有限公司结构副总工 甘明 2013年2月于北京院
从2012年3月底开始，中国建筑工业出版社的编辑找到我，希望编写一本面向钢结 构设计新人的书。刚开始我比较犹豫，一方面担心自已时间上安排不开，作为一名结构设 计团队的主管人员，既要参与并负责各种类型工程项目的结构设计工作，又要负责团队各 方面的管理工作，平时工作实在繁忙；另一方面担心自己才疏学浅，而写书责任重大，著 作等身须在自已充分积累与沉淀之后，否则为写书而写书，不如不写。在徘徊期间，我一 边和出版社接触，一边亲自进行钢结构设计方面的图书调研工作。经过再三考虑，我觉得 这是一件值得做且很有必要做的事情，于是我决定尽我所能，着手配酿这样一本钢结构设 计的书。 经过一段时间的调研，我发现目前市场上面向结构设计新人的书也发行了不少，但很 多似曾相识却实操性有所欠缺：讲混凝土结构设计人门的多，钢结构设计人门的少；由高 校学者主要按构件体系编写的多，而设计院一线钢结构工程师编写的少；介绍常规结构设 计软件的多，而结合各类生动的钢结构工程实例阐述设计步骤与思路的少。 回顾自已从事结构设计工作的过程，虽然从上大学便对钢结构情有独钟，硕土期间也 研读了大量的钢结构著作，但硕士毕业后作为一个结构设计新人，面对实实在在的工程， 在林林总总的规范、图集面前，还是感到无所适从。而当时钢结构设计的参考书多为构件 设计手册、节点设计手册等，针对实际工程及整体结构的实例非常少，且可操作性不强。 工作中，接到钢结构设计任务后，设计周期总是非常短，我只能一边硬着头皮向前辈请 教，一边自已摸索领悟与积累，同时遇到问题到专业网络论坛（如中华钢结构论坛）发帖 讨教，慢慢地也从一个遇到工程一筹莫展的小兵成长为对各种钢结构都能迎难而上并顺利 完成的结构设计工程师。工作期间，我有幸参与了北京银泰中心250m高纯钢结构工程 北京财源国际中心超高层混合结构工程等的主要钢结构设计，主持并负责了青岛北站（含 无柱雨棚）及合肥南站等大跨超限空间钢结构的设计工作，同时负责了很多含门头雨棚 拉索幕墙、网架（壳）屋面、管桁架、门式刚架等钢结构工程的设计工作，对钢结构有了 全新的认识。 结构设计，不管是混凝土还是钢结构，在目前的市场环境下，总是时间很紧，但结构 设计工程师承担的任务却很重，责任也非常大。一路走来，作为一线工程师，确实感到结 构设计工程师职业所赋予的责任感与成就感。结构设计无小事，引用北京市建筑设计研究 院有限公司总工齐五辉说过的话，“结构师职业有两面，一面是柳锁，一面是荣誉”。任何 细微的失误都有可能引起安全事故，但一项工程顺利完工并投人使用所带来的成就感也是 不言而喻的。 21世纪是钢结构的世纪，这是古老的土木工程学科科技发展的必然。进人新世纪， 钢结构无论设计、施工还是材料等技术都在突飞猛进，钢材以其优越的材料性能和绿色低 碳的特点正成为建造摩天大楼、大跨公共建筑及工业厂房的重要建筑材料，钢结构亦成为
首选的结构形式。世界发达国家都非常重视发展钢结构，可以说，钢结构建筑发展水平往 往是衡量一个国家或地区经济发展的重要标志，而大跨空间钢结构尤其能体现一个国家建 筑技术整体水平的高低。但以本人的工作经历来看，目前国内钢结构设计师还很欠缺，很 多结构工程师由于种种原因对钢结构设计有畏难情绪，不少中小型设计单位遇到钢结构工 程便依靠外部资源解决。钢结构产业方兴未艾，未来将有广阔的发展前景。钢结构设计与 混凝土设计，既有共同点也有很大的不同。本人平时也传帮带结构设计新人，并指导在校 研究生做设计与研究，新手们大都希望学习钢结构设计，参与钢结构工程设计的愿望非常 强烈，同时也迫切希望有一本贴合实际工程，能为他们提供实操训练的书籍。我也感到， 作为一个结构设计工程师，只有对无论是混凝土还是钢结构工程均有相当的设计经验才能 让自已的结构设计职业生涯更加完善。 为此，本人感到有必要静下心来，挤出时间抛砖引玉，对以往的钢结构设计工程简要 梳理，为希望从事钢结构设计的工程师们编写一本理论深度较浅但参考性与实操性较强的 书，让结构设计新人快速成长为独当一面的结构专业负责人。希望能为我国钢结构设计的 发展和提高作出微薄的贡献。 本书主要分为两篇，背景知识篇和工程实例篇。背景知识篇主要简明扼要讲解钢结构 概况、钢结构施工图内容与要求、钢结构设计深化及详图表达，钢结构设计的一般步骤与 设计思路，钢结构制作与安装、钢结构材料、连接、防腐防火设计等。工程实例篇在钢结 构设计步骤与思路的框架下详细闸述各工程实例，包括门式刚架、多层钢结构、高层钢结 构、超高层钢结构、空间网格结构（网架、网壳、管桁架）、预应力钢结构（张弦梁、预 应力压杆、斜拉结构及拉索幕墙钢结构）等共11个工程实例。这些实例都是作者负责或 参与的、且已建好投入使用的钢结构工程，具有很好的参考价值。本书可作为从事钢结构 设计的工程师的人门指导书，对钢结构设计有一定经验的工程师亦可将其作为开拓设计领 域提高水平的参考书。书中还结合结构设计过程总结了一些作者切身的经验教训、设计技 巧，有用的钢结构设计信息等，提醒读者在迈向钢结构设计高手时应注意和规避的问题。 本书写作大纲拟定及全书的统稿指导与修订由本人负责，其中，第7.3节由李黎明参 与编写，第8.3、8.4节由张爵扬在本人指导下编写，其他章节由本人编写，本人作为第 二导师指导的研究生刘国跃、尧金金做了大量辛苦的编辑工作；写作过程中，中建钢构北 京公司的吕黄兵总工，瞿海雁博士副总工，中建八局钢构公司的焦峰华项目经理提供了制 作与安装的诸多资料。在此，对师弟李黎明、张爵扬及下龙瑰，师妹王莹等，学生刘国跃 与尧金金，以及钢结构施工单位的吕黄兵、瞿海雁、焦峰华等朋友致以最高的谢意！ 借本书出版之机，我还要感谢对我从事钢结构设计与研究工作有重要影响和帮助的 人。本人导师北京科技大学牟在根教授，早年曾长期在中国建筑科学研究院从事结构设计 与研究工作，引导我对钢结构尤其是空间结构产生了浓厚兴趣，作为全国空间结构委员会 专家多次带领我参加全国空间结构会议，在我的设计工作中一一直对我进行有益的指导，并 抽出宝贵时间认真审核本书稿，成为我生活中的良师益友。中国电子工程设计院总工、中 国勘察设计大师娄宇，在本人全程参与北京银泰中心设计团队的两年多时间里，娄总带领 我们在高层钢结构尤其是超高层钢结构资料非常缺乏的情况下做了很多前瞻性的探索与研 究，并指导我们做钢结构设计与相关研究，使我对高层及超高层钢结构有了深刻的认识并 积累了宝贵的实践经验；此后的一年多时间里我加人到另外一个超高层混合结构项目北京
张相勇 2013年3月于北京院
1章钢结构概述·· 1.1走近钢结构工程 3 1.2钢结构的优缺点 5 1.3钢结构的主要结构体系........... 1.4钢结构设计的一般原则和过程 13 1.4.1钢结构设计的一般原则· 13 1.4.2钢结构设计的一般过程.... 14 1.5建筑工程施工图的内容及要求 14 1.5.1建筑施工图的内容及要求........... 1.5.2结构施工图的内容及要求· 20 1.6钢结构设计深化及详图表达 30 1.6.1钢结构设计深化及详图设计的发展现状............ 1.6.2钢结构设计深化及详图设计的主要内容 30 1.7钢结构加工制作与安装基本知识 1.7.1钢结构加工制作 1.7.2钢结构安装.......................·· 2章钢结构的材料选用 51 2.1建筑钢结构用钢材 2.1.1对建筑钢结构所用钢材的要求·.......... 2.1.2钢材分类及选用 51 2.1.3型钢的应用及可选用的规格·............................· 2.2螺栓、锚栓及圆柱头栓钉· 60 2.2.3圆柱头栓钉....... 2.3焊接材料质量的要求 62 3章钢结构的连接 63 3.1钢材的连接方法 63 3.2焊缝连接的特性 64 3.2.1钢结构中常用的焊接方法 64
金验 66 68 68 73 76 股计 77 77 77 和特点 78 设计 80 82 金及防火保护的方法 82 的要求及防火设计 83
GB／T 51438-2021 盾构隧道工程设计标准(完整正版、清晰无水印).pdf市章门式刚架 89 5.1相关专业配合 90 5.2结构选型与结构布置.·. 90 5.3预估截面并建立结构模型 95 5.4结构分析与工程判定.·. 97 5.5构件与节点设计· 1.04 5.6施工图绘制 107 6章 多高层钢结构. 115 6.1某多层钢结构办公楼 115 6.1.1工程简述及相关专业配合 116 6.1.2结构选型与结构布置 116 6.1.3预估截面并建立结构模型 117 6.1.4结构分析与工程判定 124 6.1.5构件和节点设计.... 128 6.1.6施工图绘制 161 6.2某高层钢结构办公楼 167 6.2.1相关专业配合. 167 6.2.2结构选型与结构布置 .... .. * 167 6.2.3预估截面并建立结构模型 171 6.2.4结构分析与工程判定. 173 6.2.5构件和节点设计….... 186 6.2.6施工图绘制 204
长短尚层钢筑构综台俊 6.3.1超高层建筑结构体系概述 .............. 6.3.2结构选型与结构布置 6.3.3预估截面并建立结构模型 220 6.3.4结构分析与工程判定....... 221 6.3.6施工图绘制 2 7章大跨空间结构 252 7.1某学校电教中心网架屋面 7.1.1相关专业配合.. ·· 252 7.1.2结构选型与模型建立· .. 252 7.1.3结构分析与工程判定·............... 7.1.4构件与节点设计............. 259 7.1.5施工图绘制 268 7.2某工程网壳屋面............................... 7.2.1建筑条件及结构方案比选 272 7.2.2网格模型的建立· 273 7.2.3网壳结构截面的优化..… .........273 7.2.4网壳结构稳定性分析 ： 281 7.2.5关键节点设计·. 7.2.6施工图绘制 .................... *...284 7.3某体育馆管桁架屋盖结构 + + + + . + + . + + . + +. . * + 285 7.3.1建筑条件及结构选型·... 7.3.2荷载施加与截面初选 ..290 7.3.3整体结构分析及截面优化 296 7.3.4节点设计.. 7.3.5施工图绘制 ..·.................. 8章预应力钢结构 .....307 8.1预应力钢结构概述·...... 8.1.1预应力钢结构主要特点 ........307 8.1.2预应力钢结构发展现状 8.2预应力钢结构实例一：张弦梁. ...310 8.2.1工程简介.................. 8.2.2模型建立 ...310 8.2.3结构分析与工程判定·.... .........313 8.2.4施工图绘制................· .315 8.3预应力钢结构实例二：拉索幕墙·…. 320 8.3.1建筑条件及结构选型 320
8.4预应力钢结构实例三：预应力压杆 ........... 327 8.4.1工程概况 ++++ 8.4.2模型建立·..*** 8.4.3预应力压杆的计算方法........... 8.4.4预应力压杆手算过程 8.4.5预应力压杆软件分析过程 8.4.6施工图绘制.*.... 8.5预应力钢结构实例四：看台斜拉挑棚 8.5.1工程概况与模型建立· 8.5.2结构分析与工程判定.. 8.5.3施工图绘制 附1钢结构工程制图的基本知识 附2高强度螺栓规格...........· 附3常用钢结构计算程序·...... 附4钢结构设计常用规范及标准 附5钢结构设计常用图集· .......359 附6国内大型钢结构公司……………… 附7大型钢结构工程防火防腐厂商 360 附8大型组合楼板供应商· *360
预应力钢结构实例三：预应力压杆
8.4预应力钢结构实例三：预应力压杆
第 1章 钢结构概述
尽管我国钢结构发展迅猛，但主要集中应用于工业厂房、大跨度或超高层建筑中，钢 结构建筑在全部建筑中的应用比例还非常低，不到5%，而美国、瑞典、日本等国的钢结 构房屋面积已达到总建筑面积的40%左右。我国建筑用钢在钢材总产量中的比例也很低， 为20%～30%，低于发达国家的45%～55%，而且我国绝大多数建筑用钢是用于钢筋混 凝土结构和砌体结构中的钢筋，钢结构用钢（板材、型材等）还不到建筑用钢的2%。因
此，我国钢结构还是一个很年轻的行业，总体水平与西方发达国家相比，仍有较大的差 距。这个差距是钢结构发展的潜力，也是钢结构发展的空间。 就建筑结构来讲，21世纪将是钢结构的世纪。土木工程最初是土和木基坑围护灌注桩、搅拌桩、土钉墙施工方案，而后是砖和 混凝土，现在发展到钢筋混凝土结构、钢结构，这是科学技术发展的必然，也是土木工程 本身的进步。
1.3钢结构的主要结构体系