钢结构的设计原理与材料设计二

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)第哄一班章薯绪荡论大纲骂要求1.掌键握救钢泳结君构挡的涝特虽点货和朱钢捕结缺构灰的撒应尚用拌范网围。2．妄理泄解辈钢蹈结档构猛按暮极纵限侨状讨态换的蔑设悦计麻方担法定，惯掌排握冠其孩设计贯表掠达依式闪的害应顶用奥。3．了报解钢和结构咏在我麦国的然发展辞趋势眼和问熊题。§1耳.1钢结服构的救特点束和应凭用范液围1团.轻结质雀高创强;由于旅钢材梅强度皮高，厚结构盘需要奏的构节件截动面小,结构城自重辣轻。a矛=容重/强度,捧a越小攻，结胃构相升对越脚轻。钢篇材律：a秘=滥1槽.速7～3新.洒7侍×吵1肥0-冰4岩/m；木材姓：a=貌5.肚4×冬10-辫4省/m；钢砼僚：a=霸1钉8×礼10-4钩/m；一诉、拜钢拔结隶构鼠的芽特让点2.钢诉材渴的塑励性和韧性好；塑性和韧型性是概捧念上浮完全劲不同爬的两昆个物甩理量现。塑桨性—伏—承步受独静川力还荷僵载忠时界，帽材盛料惰吸周收尤变少形咳能姥的路能奴力。塑秋性降好斜，怀会帝使系结狼构头一截般忌情树况款下敌不红会凳由揭于摘偶旗然记超迁载芒而突然祥断裂阿，给吩人以芽安全眉保证快；韧性—闲—承受消动力当荷载和时，请材料准吸收鉴能量芝的多竿少。韧咱性版好鲁，解说撤明田材物料榨具捕有躁良潮好钥的枝动捐力腐工螺作脑性掌能龄。3.材质猪均匀淡、各槽向同叨性，左接近撤理想尖的弹忌塑性溪体，头与力革学猜假定父符合怪较好;钢材厅屈服质前看鬼作弹仗性材武料,屈兼服李以射后膛看能作伤塑怖性俱或她弹途塑扫性皆材藏料4.制允作苍、催安扯装古简诉便肥，亲工合期甜短佩，印符西合昆工筹业访化轰要师求;国家大剧院屋架安装钢结构住宅5、密闭糖性好崖，不万渗漏;6、钢材斥耐热谣性好较，耐邪火性猎差;当结绩构表糠面长与期受霉辐射阻热达15梁0猎℃以上逼或在渡短时鸦间内央可能乐受到兰火焰吸作用傻时，腐须采盟用隔欣热和盖防火倦措施盖。7、钢燥材贺耐始腐种蚀型性矩差。二蜡、肢钢牌结茎构竖的尤应规用膜范谱围1浩.大蚕跨轻度犯结芒构网架结构拱结构桥梁大连会展中心明石海峡大桥单层况厂房多哲层迷工绘业伤厂斥房2.工业抵厂房金陵石化总厂3戚.承受瓣动力这荷载渔及地抵震溉作亲用锋的泰结狗构4.高魄层零建衬筑轿与谊高渡耸骂结领构金茂大厦88层420米帝王大厦东京千年塔5.道路洗、桥陵梁结痕构6.水利咱、水槽工结车构海上石油平台船闸丑门拦虑污彼栅(税1聋)择.波纹宇拱壳策结构7.轻铜型孔房法屋着钢愚结蛙构(2)门削式某刚演架蛙结根构（3）多问层轻尿型房工屋建包筑活动车库8陆.可拆贫卸、许移动失房屋辅及移动眉结构9慕.构你筑线物1吵0饲.建瞎筑猪小返品§1停.2钢结刑构的筑设计弟方法一庸、响钢撞结幼构挣设送计拨方亦法买的故演隙变1厉.传统别的容熄许应暂力方症法从2霉0世牺纪马初怒到20世洁纪5O年煎代叉，按钢遵结瓶构脸采铁用勺安全跌系吊数宵法桑设坊计隐，走即:N--构件巡寿截面糊的内付力；A--构弄件谊截欣面愉几裹何战特绪征迁；F-棚-钢殖材兄的膨最异大薄强及度紧；K-指-大于1的拼安挣全聪系蠢数脆；[σ误]-愧-钢材厚的容市许应弄力。2.概率歉极限蛙状态液设计飘方法(束1钳)极谷限仗状郊态：当紧结辽构场或床其丧组技成闲部休分堡超买过乌某拳一赴特竖定泊状爽态絮就妈不曲能居满制足另设纷计叨规配定兰的劝某缘瑞一朋功拴能冶要御求毫时聚，输此判特蜻定馋状邻态丑称销为呈结耻构禽的饲极暗限涌状桂态选。(姨2肠)极风限打状键态吴分剖为腥两锦类滔：b兆.正们常狮使台用极限比状态:包括嫩：影击响惧正肚常缩慧使装用逼或钉外既观大的益变玻形偿、漆影谜响以正杜常夫使甲用释的萍振宗动蓄、魂影吼响漫正勇常私使细用务的僻或缸耐悄久法性货的话局姐部锁破价坏关等煌状肌态。a骨.承钉载冷能烤力极限段状态:包括缴：强度史破坏钟、疲壁劳破看坏、励不适糕于继荣续承话载的米变形右、失驶稳、绳倾覆辛、变腾为机勒动体烈系等挪状态岁。(夫3酱)根螺据索应峰用祖概槽率筐分弃析糟的探程黄度剂不模同闹，芬可剃分跌为孟三慰种业水溉准耍：半叮概惜率胶极概限范状灭态遣设要计众方贼法;近似掉概率指极限霞状态五设计广方法;全达概宏率冠设慰计姜方裂法迎。a肾.半概怨率极露限状序态设白计方南法;1)弱.三系唱数法（当阳时称煌为计算混极限宰状态亮法）:1谦9政5才7年至19界73年我霸国钢园结构浆设计怖采用张半概法率的诸分项疤系数哑法,结构聪设计让中引侦入三目个分额项系缩慧数，寸即:荷残载蒜分起项乖系掌数--考锣虑匪荷烘载哗的竞不相定陪性;材料度分项妹系数-粉-考运虑援材龙料孤的身不易均脑性;工作熊条件奔系数-匠-考虑自结构捎及构刷件的坟工作奥特点尺以及捡某些萄假定夹的计润算简显图与并实际条情况引不完怀全相壶符等轰因素。2)计算果公式N-瓶-构件春截面层的内圾力；A-比-构颠件用截换面渠几霉何礼特勇征配；K1--荷载纵系数谊；K2-泳-材塘料豪系侄数;K3--调整搬系数毫；fyk--钢材锋的屈怒服强赢度标停准值渡；[窜σ苍]吩-钢-钢瘦材蛮容得许载应昂力b、破近骂似泡概狭率钻极序限咸状粥态蚀设秩计某法（跨现要行呜钢支结颈构挣设猜计倾规页范(G振B5我00薯17－2跪0蜜0商3凑)）结结构晚的梢工割作叔性呜能症可妙用识结餐构侮的“功能床函数”来描围述：Z＝g（X1，X2，…，Xn）（1－3）式中和：g（·）-沃-结构柏的功储能函堂数；Xi(土i＝1，2垂,…,光n残)瞒-独-影废响迷结坊构叛可学靠的性样的滤各柱物绸理勤量隆。将仍各掀因辆素犯概惕括屠为淹两尝个性综脆合球随扔机兰变萌量-迟-结构撕的抗无力R、作喝用凶效眨应S，则漠公式腥（1纷-卷3）可监以写欣成：Z＝g（R，S）堤＝R－S（1-咽4）在实惰际工倦程结爸构中育，可僚能出冻现下湖列三裂种情队况：Z＞0表示铸结构木处于可靠状态汉；Z＝0表抓示扶结铜构凝处兰于极御限状态Z＜0表线示财结缠构展处妙于失盟效状棒态愉；判断斗结构叹是否游可靠岂，要膊看结爪构是然否达孝到极州限状刘态，为完此炊，鞋通岛常披将偿下庭式异：Z＝g段(劫R，S)＝R－S＝0(富1茶-捏5袜)称傅为极限壁状态纪方程。结钳构懂能纸完辣成纹预昏定券功惊能铺的五概柿率(可靠并度)用Ps表跌示工，腥则赔：Ps＝P{杂Z≥院0}（1-舞6）结子构节不挂能单完礼成摆预卡定票功吼能网的井概庙率(失响效捆概贱率)用Pf表黎示秀，秃则泛：Pf＝P单{涉Z得<蛋0｝（1-养7）由轨于吃事喉件欲｛Z握≥世0｝酱与陈事降件{虎Z＜0｝孟是悟对棚立斤事岛件拒，针所信以张结蹄构怠的售可押靠秤度照与淹结简构纵的北失源效走概睡率标满筋足:Ps＋Pf＝1或Ps＝1-剂Pf（1-固8）因为R和S都是威随机暖变量熊，且辞假定餐都服仆从正初态分州布，纽奉由概乒率辨论谁原筛理形知用功顾能冤函比数Z岗=际R沾-时S也畜服歼从凭正宇态攀分印布,则:令：Z、R、S的平症均值蛮分别际为μz、μR、μs，标估准方甘差分别爱为σz、σR、σs，则:f(z)PfμzZ的概率密度曲线Z=R-S

失效可靠因σz＞0，酸故省：因服从标准正态分布，故上式又可写成：式中:φ(·)-昂-标很准塌正终态仗函妻数施；f(z)μzZ的概率密度曲线PfZ=R-S从图型中可绵以看艰出β与失惧效概洋率Pf间斥存大在剪着荡一越一条对遭应固关恼系,即:1)拼.β减候小时，绝阴首影互部危分的面什积增勿大，葬即失盘效概率Pf增大；2焦)楼.β增喊大时，默阴影总部分的顾面遥积汗减征少作，没亦加即捐失家效概率Pf减规小。说明β可循以鲜作屑为写衡秒量酷结构可警靠举度的松一号个封数横量揪指标。β—可恰靠显度树指辜标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的计赔算:将拥式(蚀1愧-威1错0睬)、(从1宾-箭1枝1丧)代入β的帐定化义式电得缘瑞：c.全姥概伤率禾设繁计秧法对漠结帆构扇的仔各筐种留基萝本俊变杯量条均促采减用金随税机挡变拉量毅或相随搬机踪蝶过袭程罗来页描索述呼，高对透结壳构蹄进狂行贩精既确友的收概刮率伴分催析术，饭求畅得弊结缝构问最票优害失覆效弦概辩率竞作雨为常结近构框可劲靠崇度恢的子直目接馅度齐量叉。二、末钢结阅构设抢计表叮达式a.采愿用浇以序概吨率瓣理歌论掏为狠基社础旗的瘦极弟限翼状汽态期设会计廊方雁法(疲劳师问题调除外)，用累分项宾系数栗的表填达式饮进行按计算脉；b大.结柄构库的闭可桂靠络度烈用唤可谅靠姐度追指亿标抱来筒度够量本，婚并芳以伞分屈项瞧系尾数黑的翅形剑式剃考略虑睡。（庄一烤）按承骑载能束力极独限状腔态设共计应赞考损虑闸荷欲载益效露应泡的蜜基德本丑组绩合煌或谨偶矩然乘组催合药进全行芦荷载（涛效应丈）组窃合，禽采用暗下列横表达闸式设钩计：式中陆：γo--结构忽重要龄性系称数；S遭--荷叮载名效萌应辣（荐组缩慧合坦）犁的门设至计峡值屋；R否--钢结福构构黎件或箱连接油材料千抗力检的设散计值箱。荷牛载霉效食应宣组桥合耕如菠下朝：2卵.由永眨久荷倦载效劈燕应控粒制的角组合刷：3.荷除载驴分敌项漫系肥数苦取叨值兔如坟下扛：1储.由可富变荷渠载效致应控祝制的耗组合赵：（1）永停久荷苦载分填项系稼数当其抵效应俊对结瞎构不之利时--对可弱变荷蛮载效菠应控装制的舞组合恰，应贝取1菊.贤2脉;--对滑永适久贵荷抛载这效冬应捉控欠制班的惩组证合针，后应梦取1务.灵3不5曾;当其素效应扬对结江构有粗利时--一般极情况霸下应救取1瓜.衰0；--对结玻构的布倾覆伪、滑匙移或活漂浮声验算纹，应顿取0专.涌9。（2）可巡寿变荷呆载的疮分项虚系数--一废般蜻情秩况布下奔应淡取1.烧4；-纺-对口标粥准撕值窗大驼于4雹k茄N畜/骆m2的工素业房枣屋楼默面结首构的活然荷止载郑标弊准涛值请应告取1.岛3。对于当钢结兔构这撕种单饱一材挠料，起可以革将荷光载效旺应表钻达式雁用应垄力形去式表执示。可变极荷载搞起控扔制作赶用时局：永房诚久棋荷故载起考控旺制鼓作腔用暑时独：式中：4、钢吗结构牌构件刮承载产能力碰极限谷状态度设计返表达掘式-晴-钢凯材减或朝连慌接剥材叼料遥强倚度设呢计撕值。--钢材仓或连钟接材造料强库度标绍准游值。-兵-钢材答或连买接材抬料抗铲力分榜项系铃数，免对于Q2景35钢γR=1凡.0贩87;耀Q蹄3概4慰5、Q匀3传9估0、Q4被20钢γR=1伙.1束11。钢待结博构鸦规裕范沫给挤出晚了户各屠类虽钢愁材篮和抢连帜接博的深强景度未设掠计饺值腐。(二)正常去使用茄极限紧状态1稿.对半于钓正街常训使跨用录极旱限侦状友态剩，骆要谋求以分醉别德采伏用荷佳载穿的汪标晶准妻组宁合搭、闹频绵遇逗组咐合更和强准颂永酷久胜组涛合，并轿使变菌形等嚼不超枕过相苗应的状规定好限值突。νG煎k-课-永此久停荷意载险标残准逼值在结脚构或栋结构筑构件止中产悲生的变密形祸值乞；νQ昨1搅k--第1个可盾变裹荷焰载超的筋标流准辩值在云结苦构份或羡结错构艰构跳件查中产蓄生柴的寸变巩形屠值改（宪该笑值菠使擦计吉算码结汁果槽为刺最漂大如）形；νQ叙i率k--其辟他辽第i个可揉变荷挨载标茶准值灭在结搏构或啄构件笔中产生胃的敬变鬼