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无尘车间钢结构原理

2011 年 10 月 21 日 上午 9:25

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出版者的话新世纪土木工程系列教材是我社组织编写出版的“ 大土木范畴的专业系列教材。!””# 教育部颁布了新修订的《普通高等学校本科专业目录和专业介绍》,新专业目录中土建类土木工程专业覆盖了原来建筑工程和交通土建工程等 个专业。!””” 年各高校已按新的专业目录招 生。开设土木工程专业的各院校把近年来在教育思想与教学观念、教学内容与课程体系、教学方法与教学手段等方面取得的改革成果固化到教学计划和人才培养过程中,设计了从教学思想到教学模式等一系列教学改革方案。大家在教学实践中体会到:专业、课程教学改革必然引起相应的教材改革。我社从 !””” 年开始进行土木工程专业系列教材的策划工作,并于 $%%% 年成立了 教育部高等教育出版社土建类系列教材编委会

 

 

 

我们编辑出版土木工程系列教材的指导思想是: !& 紧密结合人才培养模式改革,根据拓宽专业基础、提高综合素质、增强创新能力的要求, 调整学生的知识结构。 

 

$& 从各院校调整土建类各专业教学计划出发,加强基础课程到专业课程的有机沟通,用系 

 

统的观点和方法建立新的课程体系结构,包括对课程的整合与集成,组织和建设专业核心课程, 成套成系列地推出土木工程系列教材。

 

’& 各门课程教材要具有与本门学科发展相适应的学科水平,以科技进步和社会发展的最新 

 

成果充实、更新教材内容,贯彻理论联系实际的原则。

 

(& 要正确处理继承、借鉴和创新的关系,不能简单地以传统和现代划线,决定取舍,而应根 据教学要求进行取舍。继承、借鉴历史和国外的经验,注意研究结合我国的现实情况,择善而从, 消化创新。 )& 随着高新技术、特别是数字化和网络化技术的发展,在土木工程系列教材建设中,要充分考虑文字教材与音像、电子、网络教材的综合发展,发挥综合媒体在教学中的优势,提高教学效 率。在开发研制教学软件的同时,要注意使文字教材与先进的软件接轨,明确不同形式教材之间 的关系是相辅相成、相互补充的。 

 

*& 坚持质量第一。图书是特殊的商品,教材是特殊的图书。教材质量的优劣直接影响教学 

 

质量和教学秩序,最终影响学校人才培养的质量。教材不仅具有传播知识、服务教育、积累文化 的功能,也是沟通作者、编辑、读者的桥梁,一定程度上还代表着国家学术文化或学校教学、科研 水平。因此,遴选作者、审订教材、贯彻国家标准和规范等方面需严格把关。

 

为了实现本套教材的指导思想,我们组建了由有丰富的教学经验、有较高的学术水平和学术

 

声望的教师组成的编委会,由编委会研究提出土木工程系列教材的选题及其基本内容与编审原 则,并推荐作者。 我们出版本系列教材,旨在为新世纪的土木工程专业学生提供一套经过整合优化的比较系统的专业系列教材,以期为我国的土木工程专业教材建设贡献自己的一份力量。 本系列教材的编写大纲和初稿都经过了编委会的审阅,以求教材质量更臻完善。如有疏漏之处,请读者批评指正!!””! 年 #! 月 

 

出版者的话前! ! 言 

 

本书为新世纪土木工程系列教材之一,是为适应大土木专业覆盖面广的需要而编写的。 

 

本书以阐述钢结构的基本设计原理为重点,结合新版 “# $%%&’—(%%)《钢结构设计规范》和 “# $%%&*—(%%(《冷弯薄壁型钢技术规范》的修订内容,着重讲述了钢材的性能、连接和各种基 本构件的设计原理,各类节点的构造和设计;同时以单层厂房钢结构为例,介绍了整体房屋钢结 构的设计方法;书中还介绍了钢结构的塑性设计方法和抗震设计特点。 

 

考虑到近年来轻钢结构快速发展的需要,书中适当安排了冷弯薄壁型钢结构设计原理的部

 

分内容,教学时可不作为基本内容要求。

 

本书可作为土木工程专业本科生的专业基础课教材,也可作为钢结构技术工作者和土建人

 

员的学习参考用书。

 

参加本书编写的人员有:哈尔滨工业大学张耀春(主编,第 &(&% 章)、武振宇(第 +章)、 张连一(第 章)、张文元(附录),汕头大学王湛(第 章),长安大学周绪红(副主编,第 章)、刘永健(第 ’ 章),湖南大学舒兴平(第 – 章)。全书由张耀春统稿,由哈尔滨工业大学钟善桐教授主审。 

 

在本书编写过程中得到了编委会和高等教育出版社的大力支持和帮助,对此表示衷心的感

 

谢。另外,哈尔滨工业大学研究生王春刚同志协助主编整理了部分书稿,在此深表谢意。

 

限于编者水平,错误和不足之处在所难免,敬请读者批评指正。

 

者 (%%+ 年 

 

第 章

 

! ! 论 

 

! “# “$ 钢结构发展简史 钢(“#$$%)是铁碳合金,人类采用钢结构的历史和炼铁、炼钢技术的发展是密不可分的。早在 公元前 &’’’ 年左右,在人类古代文明的发祥地之一的美索不达米亚平原(位于现代伊拉克境内 的幼发拉底河和底格里斯河之间)就出现了早期的炼铁术。 

 

我国也是较早发明炼铁技术的国家之一,在河南辉县等地出土的大批战国时代(公元前 ()* + 前 &&, 年)的铁制生产工具说明,早在战国时期,我国的炼铁技术已很盛行了。公元 -* 年(汉明 帝时代),已成功地用锻铁(./0123# 4/05)为环,相扣成链,建成了世界上最早的铁链悬桥———兰 津桥。此后,为了便利交通,跨越深谷,曾陆续建造了数十座铁链桥。其中跨度最大的为 ,)’* 年 ( 清康熙四十四年)建成的四川泸定大渡河桥,桥宽 &6 7 8,跨长 ,’’ 8,由 根桥面铁链和 根桥 栏铁链构成,两端系于直径 &’ :8、长 ( 8 的生铁铸成的锚桩上。该桥比美洲 ,7’, 年才建造的跨 长 &; 8 的铁索桥早近百年,比号称世界最早的英格兰 ;’ 8 跨铸铁(:<“# 4/05)拱桥也早 )( 年。 除铁链悬桥外,我国古代还建有许多铁建筑物,如公元 -9( 年( 周武氏十一年)在洛阳建成 的天枢,高 ;* 8,直径 ( 8,顶有直径为 ,,6 ; 8 腾云承露盘,底部有直径约 ,-6 ) 8 用来 保持天枢稳定的铁山,相当符合力学原理。又如公元 ,’-, 年( 宋代)在湖北荆州玉泉寺建成 的 ,; 层铁塔,目前依然存在。所有这些都表明,我们中华民族对铁结构的应用,曾经居于世界领 先地位。 

 

欧美等国家中最早将铁做为建筑材料的当属英国,但直到 ,7(’ 年以前,还只采用铸铁来建 

 

造拱桥。,7(’ 年以后,随着铆钉( /4=$#”)连接和锻铁技术的发展,铸铁结构逐渐被锻铁结构取 代,,7(-—,7*’ 年间在英国威尔士修建的布里塔尼亚桥(>/4##<54< >/4?2$)是这方面的典型代表。 

 

该桥共有 跨,跨长分别为 )’ 8,(’ 8,(’ 8)’ 8,每跨均为箱型梁式桥,由锻铁型板和角铁 经铆钉连接而成。随着 ,7** 年英国人发明贝氏转炉炼钢法和 ,7-* 年法国人发明平炉炼钢法,以及 ,7)’ 年成功轧制出工字钢之后,形成了工业化大批量生产钢材( “#$$% @/0?1:#”)的能力,强 度高且韧性好的钢材才开始在建筑领域逐渐取代锻铁材料,自 ,79’ 年以后成为金属结构的主要 材料。&’ 世纪初焊接(.$%?452)技术的出现,以及 ,9;( 年高强度螺栓(3423 A “#/$52#3 B0%#”)连接 的出现,极大地促进了钢结构的发展。除西欧、北美之外,钢结构在前苏联和日本等国家也获得 了广泛的应用,逐渐发展成为全世界所接受的重要结构体系。 

 

由于我国长期处于封建主义统治之下,束缚了生产力的发展,,7(’ 年鸦片战争以后,更沦为

 

半封建半殖民地国家,经济凋敝,工业落后,古代在铁结构方面的技术优势早已丧失殆尽。我国 在 !”#$ 年才建成了汉阳钢铁厂,年产钢只有 #% &’ 万吨。日本帝国主义侵略中国期间,曾在东北 的鞍山、本溪建设了几个钢铁企业,疯狂掠夺我国的宝贵资源。!”() 年是我国历史上钢铁产量 最高的一年,生产生铁 !&# 万吨,钢 “# 万吨,绝大部分是在东北生产的。这些钢铁很少用于建 设,大部分被日本帝国主义用于反动的侵略战争。 

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