钢结构1章第2节

第一章绪论第二节钢结构设计基本方法一、结构设计的原则1、目标（1）技术先进，经济合理，安全适用，确保质量。（2）承受各种作用，满足功能要求；

安全性:承受作用,保持稳定,不倒塌;

适用性:工作性能良好,满足使用要求;

耐久性:随时间仍能满足使用要求。第一章绪论第二节钢结构设计基本方法2、作用（S）（1）使结构产生效应(内力、变形、应力、应变等)各种原因的总称,

直接作用:荷载间接作用:变形(温度,沉降,地震等)

永久作用：可变作用：偶然作用：（2）荷载恒载(G)，活载(Q)，风载(W);静载,动载。（3）作用效应(S):作用引起的内力和变形：荷载效应：S=CQ第一章绪论第二节钢结构设计基本方法3、抗力（R）（1）结构承受作用的能力(承载能力、刚度等)，属结构特性参量；（2）与结构形式、几何参数、材料性能(强度、弹性模量)和计算模型有关。第一章绪论第二节钢结构设计基本方法4、功能（1）设计基准期（一般50年，也有100年和25年），（2）满足功能要求：安全性(S<R)，适用性，耐久性。第一章绪论第二节钢结构设计基本方法二、钢结构设计方法:

容许应力设计法（TJ17-74）极限状态设计法（GBJ17-88/GB50017-2003）

1、容许应力设计法:

K—安全系数，钢结构取1.4~1.7

存在问题:1）“安全系数”含义不严谨;2）无法区别荷载性质;3）不区别材料性能;4）无法区别结构的重要性。第一章绪论第二节钢结构设计基本方法2、极限状态设计法:(1)极限状态

1）满足功能的临界状态S=R；

2）承载能力极限状态—不发生破坏、倒塌、失稳、倾覆；

构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载，结构和构件丧失稳定，结构转为机动体系和结构倾覆。

3）正常使用极限状态—不发生过大变形、振动、裂缝。

影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，

影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括混凝土裂缝)。第一章绪论第二节钢结构设计基本方法(2)随机变量

作用、作用效应和抗力随机分布；

标准值，设计值。(3)功能函数Z=R-S(随机变量）

Z>0，或R>S，安全状态；

Z<0，或R<S，失效状态；

Z=0，或R=S，极限状态一次二阶矩（随机变量的平均值、方差）第一章绪论第二节钢结构设计基本方法(4)可靠度指标

可靠度—度量结构可靠性的指标；安全度—度量结构安全性的指标；可靠概率（Ps），失效概率（Pf）:Ps+Pf=1,

可靠度指标的确定采用了校准法

计算复杂。(5)结构安全等级（建筑结构可靠度设计统一标准GB50068）

结构重要性分三级（一级、二级、三级）

一般工业与民用建筑钢结构的安全等级为二级,特殊另定。

结构安全等级与可靠度指标b和失效概率Pf的关系破坏类型安全等级一级二级三级延性破坏3.7(1.08x10-4)3.2(6.87x10-4)2.7(3.47x10-3)脆性破坏4.2(1.34x10-5)3.7(1.08x10-4)3.2(6.87x10-4)第一章绪论第二节钢结构设计基本方法三、设计表达式1、统计变量：

标准值，设计值，分项系数；

恒载SG=gGSGk；活载SQ=gQSQk；抗力R=Rk/gR2、荷载组合：

设计基准期内荷载的最不利组合，即考虑若干种荷载共同作用引起的荷载组合。

承载能力极限状态：应考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合；

正常使用极限状态：应考虑荷载效应的标准值，对钢与混凝土组合梁，尚应考虑准永久组合。第一章绪论第二节钢结构设计基本方法3、由可变荷载效应控制的组合表达式（承载能力极限状态)gG=永久(恒)荷载分项系数：一般情况下取1.2，当其效应对结构有利时取1.0，对抗倾覆和滑移有利的可取0.9

；gQ1,gQi=可变荷载分项系数：一般情况下取取1.4，有时取1.3(楼面活荷载标准值大于等于4kN/m2)

；gR=结构构件抗力分项系数：取1.087(Q235,Q345)~1.111(Q390)。yci=第i个可变荷载组合值系数：有风荷载组合时取0.6，其它荷载组合系数取0.7、0.9、0.95、1.0(高耸建筑物（0.2）和特殊情况另定);go=结构重要性指标：go=1.1(一级);go=1.0(二级);

go=0.9(三级)。第一章绪论第二节钢结构设计基本方法

4、由永久荷载效应控制的组合：当永久荷载的效应对结构不利时取gG=1.35

5、框架、排架结构由可变荷载效应控制时

承载能力极限状态的简化应力计算式：一般情况下y=0.90，当只有一个可变荷载时，取y=1.0第一章绪论第二节钢结构设计基本方法6、正常使用极限状态设计表达式有风载参与组合时y=0.85；w为限制值（变形、刚度）一般表达式：简化表达式：第一章绪论第二节钢结构设计基本方法注意：

1）计算构件强度、连接强度以及构件稳定性时，应采用荷载设计值（荷载标准值乘以荷载分项系数）；

2）计算疲劳和变形时，应采用荷载标准值（不考虑荷载分项系数）；

3）对于直接承受动力荷载的结构：在计算强度和稳定性时，动力荷载设计值应乘以动力系数，在计算疲劳和变形时，动力荷载设计值不乘以动力系数。第一章绪论第二节钢结构设计基本方法四、钢结构设计过程1、结构方案：结构体系，材料，构件布置；2、荷载计算：恒、活、风、雪、吊车、地震等；3、荷载