钢结构基础第一章

钢结构设计原理4.了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性的主要因素及提高稳定性的措施；3.掌握钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，并能正确地选择钢材；2.理解“钢结构”的计算方法；1.了解钢结构的应用和发展概况,掌握钢结构的特点；本课程的基本要求5.掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件(梁、柱和屋架)的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法。6.理解构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及构造原则；教学参考书及规范:1.钢结构

肖亚明主编合肥工业大学出版社2.钢结构设计规范

（GB50017-2003)7.熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范。3.钢结构工程施工质量验收规范

（GB50205-2001)第一章绪论大纲要求1.掌握钢结构的特点和钢结构的应用范围。2．理解钢结构按极限状态的设计方法，掌握其设计表达式的应用。3．了解钢结构在我国的发展趋势和问题。§1.1钢结构的特点和应用范围1.轻质高强;

由于钢材强度高，结构需要的构件截面小,结构自重轻。

a=容重/强度,a越小，结构相对越轻。钢材：a=1.7～3.7×10-4/m；

木材：a=5.4×10-4/m；钢砼：a=18×10-4/m；一、钢结构的特点

2.钢材的塑性和韧性好；

塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量。

塑性——承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。

塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证；

韧性——承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。

韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。

3.材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体，与力

学假定符合较好;

钢材屈服前看作弹性材料,屈服以后看作塑性或弹塑性材料4.制作、安装简便，工期短，符合工业化要求;

国家大剧院屋架安装钢结构住宅5、密闭性好，不渗漏;6、钢材耐热性好，耐火性差;

当结构表面长期受辐射热达150℃以上或在短时间内可能受到火焰作用时，须采用隔热和防火措施。7、钢材耐腐蚀性差。二、钢结构的应用范围1.大跨度结构网架结构拱结构桥梁大连会展中心明石海峡大桥单层厂房多层工业厂房2.工业厂房金陵石化总厂3.承受动力荷载及地震作用的结构4.高层建筑与高耸结构金茂大厦88层420米帝王大厦东京千年塔5.道路、桥梁结构6.水利、水工结构海上石油平台船闸门拦污栅(1).波纹拱壳结构7.轻型房屋钢结构(2)门式刚架结构（3）多贵层轻找型房财屋建棉筑活动车库8.可拆针卸、犁移动站房屋书及移动麦结构9.构筑绍物10拾.建筑够小品§1势.2钢结离构的攀设计哀方法一、声钢结愉构设午计方该法的庭演变1.传统认的容踪蝶许应拥力方路法从20世纪邮初到20世纪5O年代衔，钢汇结构蔑采用嫂安全系翁数法杜设计弯，即:N--构件译截面躬的内饮力；A--构件菊截面叮几何由特征捧；F--钢材葛的最老大强化度；K-心-大于1的安渔全系规数；[σ炕]-开-钢材恐的容夕许应防力。2.概率升极限赞状态挽设计臂方法(1声)极限虫状态：当结羽构或扁其组拾成部侄分超颠过某绞一特斩定状钩态锡就不幸能满虑足设腿计规的定的皂某一鞭功能秋要求劲时，亲此特悦定状重态称闯为结事构的屡极限烘状态歪。(2盾)极限铲状态备分为下两类劝：b.正常下使用极限席状态:包括弃：影响胁正常糠使用而或外逗观的齐变形弃、影绣响正南常使阿用的汤振动肃、影贱响正塘常使泄用的美或耐总久性栽的局挡部破淡坏等继状态。a.承载耽能力极限凯状态:包括系：强度糠破坏香、疲受劳破号坏、详不适顽于继吼续承封载的纱变形反、失殿稳、驰倾覆岂、变双为机何动体芦系等详状态尊。(3叼)根据宴应用晶概率筹分析番的程交度不虑同，蝇可分哄为三挥种水魄准：半概阴率极昆限状钻态设委计方惠法;近似睁概率煤极限甜状态倦设计沈方法;全概址率设就计方捡法。a.半概棍率极贺限状罢态设娱计方吨法;1)筒.三系池数法（当勉时称炊为计算蚀极限狼状态牺法）:19积57年至19掀73年我慌国钢葛结构训设计然采用枯半概序率的名分项劳系数妇法,结构昂设计戏中引堂入三确个分芦项系格数，右即:荷载架分项欣系数--考虑辅荷载含的不特定性;材料遍分项妄系数--考虑居材料测的不城均性;工作裙条件忧系数--考虑剩结构扶及构欺件的训工作伶特点数以及致某些皇假定刚的计呼算简晶图与旗实际党情况煮不完剩全相凡符等尝因素。2)计算添公式N-让-构件辜截面擦的内腿力；A-慈-构件睛截面屿几何祸特征垄；K1--荷载府系数扮；K2--材料厅系数;K3--调整肠系数翅；fyk--钢材墓的屈屈服强厌度标垦准值皆；[σ震]-品-钢材现容许抗应力b、近呈似概框率极死限状摧态设石计法（现睬行钢银结构令设计凭规范(G胆B5炒00因17－20吸03如)）结构察的工付作性贩能可钞用结叫构的“功能纤函数”来描项述：Z＝g（X1，X2，…，Xn）（1－3）式中虹：g（·）--结构惑的功肯能函威数；Xi(i＝1，2,…,n卸)-冤-影响支结构度可靠来性的乌各物项理量美。将各酷因素喜概括彻为两馒个综燃合随坝机变研量--结构疾的抗茫力R、作用弯效应S，则厦公式挥（1-势3）可澡以写改成：Z＝g（R，S）＝R－S（1-乱4）在实基际工席程结文构中糊，可从能出寨现下降列三他种情级况：Z＞0表示柜结构协处于可靠状态膝；Z＝0表示秀结构骄处于极限状态Z＜0表示赛结构危处于失效状态喊；判断砖结构戏是否管可靠这，要生看结毒构是唇否达乌到极拳限状永态，为此唇，通厅常将岩下式巡寿：Z＝g(椒R，S)＝R－S＝0(1毒-5舅)称为极限疼状态待方程。结构扁能完跳成预动定功飞能的忘概率(可靠拦度)用Ps表示裳，则傍：Ps＝P{钟Z≥刮0}（1-串6）结构异不能碌完成傅预定践功能妨的概驰率(失效姑概率)用Pf表示训，则飘：Pf＝P{株Z<猜0｝（1-躺7）由于姜事件尺｛Z≥缺0｝与跪事件{Z＜0｝是奸对立卖事件某，所桃以结纷构中的可忙靠度黑与结剥构的理失效捉概率孩满足:Ps＋Pf＝1或Ps＝1-德Pf（1-盒8）因为R和S都是岂随机温变量持，且禽假定兔都服众从正能态分贱布，额由概率姐论原栗理知芦功能授函数Z=掩R-劲S也服箭从正梢态分惧布,则:令：Z、R、S的平洲均值称分别讽为μz、μR、μs，标据准方咏差分别为σz、σR、σs，则:f(z)PfμzZ的概率密度曲线Z=R-S

失效可靠因σz＞0，故映：因服从标准正态分布，故上式又可写成：式中:φ(·)-卧-标准饮正态选函数榴；f(z)μzZ的概率密度曲线PfZ=R-S从图否中可额以看渠出β与失贡效概售率Pf间存富在着如一一帐对应童关系,即:1)箭.β减小时，阴包影部租分的面蛋积增帖大，餐即失浮效概率Pf增大；2)猾.β增大时，核阴影盟部分的面棕积减闪少，辈亦即夹失效概率Pf减小。说明β可以苹作为瓦衡量虎结构可靠圾度的一木个数在量指标。β—可靠目度指菌标f(z)μzZ的概率密度曲线PfZ=R-S

失效可靠标准正态分布时与的对应值4.03.17X10-53.71.08X10-43.26.87X10-41.35X10-33.0β的计币算:将式(1被-1删0)、(1功-1屿1)代入β的定晴义式得边：c.全概真率设告计法对结致构的椅各种关基本斤变量种均采名用随化机变饥量或梁随机弟过程纯来描假述，滴对结镇构进信行精售确的查概率葱分析女，求分得结于构最浇优失怨效概膝率作芹为结湖构可礼靠度选的直感接度费量。二、赢钢结黎构设澡计表育达式a.采用撒以概盘率理衰论为闹基础笨的极幼限状歪态设奔计方乔法(疲劳最问题惜除外)，用设分项蜂系数位的表掏达式序进行蠢计算部；b.结构井的可锣靠度倾用可贪靠度寄指标乘来度否量，府并以飞分项味系数撑的形墓式考精虑。（一旗）按承筛载能套力极迎限状和态设底计应考醉虑荷共载效已应的往基本鸣组合颜或偶作然组孟合进唇行荷载（鸡效应荐）组麦合，摊采用完下列套表达浴式设霉计：式中确：γo--结构斑重要陕性系看数；S谊--荷载赴效应黎（组圣合）唐的设胆计值垂；R情--钢结甘构构贩件或枝连接叫材料址抗力份的设伏计值放。荷载信效应滋组合弹如下侄：2.由永挤久荷温载效条应控致制的是组合诱：3.荷载介分项露系数求取值寸如下朴：1.由可谢变荷两载效序应控待制的搬组合船：（1）永爬久荷男载分长项系伐数当其离效应忽对结秒构不纷利时--对可船变荷单载效自应控本制的慎组合愉，应董取1.辉2;--对永击久荷毁载效斤应控旷制的英组合屋，应化取1.步35钱;当其搁效应执对结奏构有焦利时--一般妙情况多下应子取1.镜0；--对结棕构的会倾覆桨、滑弃移或狂漂浮糟验算软，应踩取0.厕9。（2）可俊变荷钩载的床分项倘系数--一般律情况斩下应掉取1.茎4；--对标景准值渠大于4k兽N/滤m2的工另业房晒屋楼弄面结畏构的活荷辜载标刺准值桌应取1.言3。对于篮钢结肚构这阿种单煮一材橡料，趋可以辽将荷慢载效难应表烛达式晶用应庆力形键式表弄示。可变乒荷载慌起控集制作誓用时熟：永久量荷载起控唤制作释用时赚：式中：4、钢饰结构帆构件哗承载砖能力扬极限凑状态距设计感表达行式--钢材秆或连蝴接材支料强标度设计听值。--钢材垒或连矮接材阁料强效度标准霜值。--钢材黄或连舟接材渡料抗派力分什项系隙数，盼对于Q2你35钢γR=1唤.0条87;Q询34强5、Q3趣90、Q4返20钢γR=1公.1消11。钢结叫构规呜范给遵出了忌各类大钢材唱和连叔接的游强度繁设计浸值。(二)正常喝使用徐极限规状态1.对于洞正常押使用壁极限壁状态气，要鸽求分甚别采座用荷载绳的标衬准组叫合、群频遇涨组合无和准乔永久给组合，并润使变扁形等奥不超唤过相叠应的份规定扫限值杯。νGk--永久互荷载芬标准自值在结球构或宿结构闯构件模中产阁生的变形恋值；νQ1眯k--第1个可变吃荷载帐的标嚷准值在结羊构或率结构多构件川中产生紫的变档形值队（该巨值使没计算贝结果故为最侄大）抗；νQi班k--其他稻第i个可的变荷泽载标研准值永在结婚构或狗构件笼中产生的欣变形料值。[ν酿]-渐-结构芳或结稠构构跌件的