钢结构的设计方法

1、Steel Structure第第3 3章钢结构的设计方法章钢结构的设计方法导学提示导学提示本章主要介绍钢结构设计的目的，钢结构的根本计本章主要介绍钢结构设计的目的，钢结构的根本计算方法算方法容许应力设计法、概率设计法、概率极限容许应力设计法、概率设计法、概率极限状态设计法的计算表达式。状态设计法的计算表达式。Steel Structure本章要求本章要求1.理解钢结构设计的目的；2.了解容许应力设计法；3.了解概率设计法的设计表达式；4. 理解概率极限状态设计方法的设计表达式，掌握在不同极限状态下荷载的计算。 Steel Structure关键知识关键知识1.概率极限状态设计方法的设计表达式

2、。 重点讲解重点讲解1.概率极限状态设计方法的设计表达式。 难点解析难点解析 1.极限状态的概念和分类； 2.概率极限状态设计方法的设计表达式。 Steel Structure3.1 3.1 概述概述 3.1.1 钢结构设计的目的 结构设计的目的在于使所设计的结构在设计使用结构设计的目的在于使所设计的结构在设计使用年限内，满足预定功能的根底上，要求既能平安年限内，满足预定功能的根底上，要求既能平安可靠的工作，又经济合理。可靠的工作，又经济合理。 1平安性 结构能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载及其它作用(如温度变化、根底不均沉降等；当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时，结构能保持

3、必需的整体稳固性，不出现与起因不相称的破坏后果，防止出现结构的连续倒塌。当发生火灾时，在规定的时间内可保持足够的承载力。Steel Structure 2适用性 指结构在正常使用条件下，满足预定使用要求的能力。例如不产生影响正常使用的过大变形等。 3耐久性 结构在正常的维护下，应随时间的变化仍能满足预定的功能要求，例如不发生严重侵蚀而影响结构的使用寿命等。 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力称为结构的可靠性规定时间是指结构的设计使用年限，规定条件，是指正常设计、正常施工、正常使用和维护的条件，不包括非正常的，例如人为的错误等。 Steel Structuren1.结构上的作

4、用n使结构产生效应(M、N、V、T、f、)的各种因素的总和。n2.作用效应( S )n结构上的作用引起结构或构件的内力和变形。 n S=CQn3.结构抗力 R n结构或构件承受内力和变形的能力。nR=f(、E、A、I )的函数。3.1.2 3.1.2 结构上的作用和作用效应结构上的作用和作用效应 Steel Structuren4.结构可靠工作的根本条件n结构完成预定功能的工作状态可用结构的功能函数Z来描述。SRZSteel Structure3.2 3.2 容许应力设计法容许应力设计法 容许应力法由于采用一个定值的平安系数来衡量结构的平安性，所以计算应用简便，是工程结构中的一种保守的设计方法

5、，目前在公路、铁路工程设计中仍在应用。它的主要缺点是由于单一平安系数是一个笼统的经验系数，不从定量上度量结构的可靠度，更不能使各类结构的平安度到达同一水平，也未考虑荷载增大的不同比率或具有异号荷载效应情况对结构平安的影响，所以该方法对结构可靠度的研究是处于以经验为根底的定性分析阶段。 KSNsSteel Structure3.3 3.3 概率设计法概率设计法 3.3.1 3.3.1 半概率极限状态设计法半概率极限状态设计法 在概率设计法的研究过程中，首先考虑荷载和材料强度的不确定性，用概率的方法确定它们的取值，以经验确定分项系数，但仍没有将结构的可靠度与概率联系起来，故称为半概率极限状态设计法

6、。 极限状态定义：整个结构或结构的一局部超过某一特定状态极限状态定义：整个结构或结构的一局部超过某一特定状态就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定的状态称之就不能满足设计指定的某一功能要求，这个特定的状态称之为该功能的极限状态。为该功能的极限状态。Steel Structure3.3.2 3.3.2 一次二阶矩法一次二阶矩法 1结构的可靠度 结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即结构在设计使用年限内，在正常条件下，完成预定功能的概率。 结构的可靠度是用可靠概率来描述的。 0)(dzZfPf失效概率： 可靠概率：0)(dzZfPSSteel Structure结构的可靠指标 考虑到计算失效概

7、率比较复杂，故引入可靠指标代替失效概率来具体度量结构的可靠性。Steel Structure3.4 3.4 概率极限状态设计法概率极限状态设计法 3.4.1 目前我国建筑钢结构设计中采用的方法1.承载能力极限状态n结构或结构构件到达最大承载能力或者到达不适于继续承载的变形状态，称为承载能力极限状态。n超过承载能力极限状态后，结构或结构构件就不能满足平安性的要求。Steel Structuren当结构或结构构件出现以下状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：n 结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载；n 整个结构或其一局部作为刚体失去平衡如倾覆等；n 结构转变为机动体

8、系；n 结构或结构构件丧失稳定如压屈等；n 结构因局部破坏而发生连续倒塌；n 地基丧失承载力而破坏如失稳等；n 结构或结构构件的疲劳破坏。Steel Structure 2.正常使用极限状态 结构或结构构件到达正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态称为正常使用极限状态。超过了正常使用极限状态，结构或结构构件就不能保证适用性和耐久性的功能要求。当结构或结构构件出现以下状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态： 影响正常使用或外观的变形如过大变形、过宽裂缝等； 影响正常使用或耐久性能的局部损坏； 影响正常使用的振动； 影响正常使用的其他特定状态。Steel Structure现行钢结构设计标准除疲

9、劳计算外，采用以概率理论为根底的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。fniQiKciQiKQQGKG2110fniQiKciQiGKG103.4.2 承载能力极限状态的设计表达式 2永久荷载效应控制的组合 1.承载能力极限状态荷载效应的根本组合 1可变荷载效应控制的组合Steel Structure 结构重要性系数，对平安等级为一级或设计使用年限为 100年及以上的结构构件，不应小于1.1；对平安等级为二级 或设计使用年限为50年的结构构件，不应小于1.0；对平安 等级为三级或设计使用年限为5年的结构构件，不应小于0.9；0GKKQ 1QiK永久荷载标准值在结构构件截面或连接中产

10、生的应力；起控制作用的第一个可变荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力(该值使计算结果为最大)；其他第i个可变荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力；Steel Structure 永久荷载分项系数，当永久荷载效应对结构构件的承载 能力不利时取l.2，但当永久荷载效应控制的组合时取1.35 。当永久荷载效应对结构构件的承载能力有利时，取为1.0 ；验算结构倾覆、滑移或漂浮时取0.9；GQiQ,1ci 第1个和其他第i个可变荷载分项系数，当可变荷载效应对结构构件的承载能力不利时，取1.4(当楼面活荷载大于4.0kNm2时，取1.3)；有利时，取为0；第i个可变荷载的组合值系数，可按荷载标

11、准的规定采用。Steel StructurefniQiKQiGKG10fniQiKciQiGKG10 2.对于一般排架、框架结构，可采用简化式计算1可变荷载效应控制的组合2永久荷载效应控制的组合简化式中采用的荷载组合值系数，一般情况下可采用0.9；当只有一个可变荷载时，取为1.0。Steel Structure QiKniciKQGK21GKKQ 1QiK 3.4.3 正常使用极限状态的设计表达式 正常使用极限状态荷载效应的标准组合永久荷载的标准值在结构或结构构件中产生的变形值；起控制作用的第一个可变荷载的标准值在结构或结构构件中产生的变形值(该值使计算结果为最大)；其他第i个可变荷载标准值在

12、结构或结构构件中产生的变形值；结构或结构构件的容许变形值。Steel Structuren注意：注意：n1.1.正常使用极限状态下应采用正常使用极限状态下应采用荷载标准值荷载标准值n2.2.承载力极限状态下应采用承载力极限状态下应采用荷载设计值荷载设计值n3.3.二者之间关系二者之间关系: :n荷载设计值荷载设计值= =荷载标准值荷载标准值荷载分项系数荷载分项系数Steel StructureSteel StructureSteel Structuren钢材的强度设计值钢材的强度设计值 fy /R n 砌体结构材料抗力分项系数砌体结构材料抗力分项系数 R = 1.6 1.6、1.81.8nR R 混凝土结构材料抗力分项系数混凝土结构材料抗力分项系数 R =1.41.4n 钢结构材料抗力分项系数钢结构材料抗力分项系数 Q235 R =1.087 n Q345 Q390 Q420 R=1.111n根据厚度或直径进行分组。厚度越小，强度越高根据厚度或直径进行分组。厚度越小，强度越高n钢材的抗压、抗拉、抗弯强度设计值相同钢材的抗压、抗拉、抗弯强度设计值相同 fn