钢结构基础知识入门讲义

§1.1 钢结构的发展历史公元前200年，秦始皇时代，铁造桥墩；公元60年，汉明帝时代，铁链悬桥（兰津桥）济宁寺甘露寺大渡河铁索桥广州中山纪念堂圆屋顶钱塘江大桥南京长江大桥首都体育馆上海体育馆大型企业厂房300多年前上世纪30年代上世纪50～60年代中国国际贸易中心京广中心大厦深圳发展中心地王大厦黑龙江电视塔1990年北京亚运会场馆现在，金茂大厦421m，环球金融中心460m帝国大厦381m新加坡双塔大厦450msearstower

443m世界贸易中心402m结论：材料：连接：上世纪80年代后国外结构形式：桥

→塔

→工业与民用建筑铸铁

→锻铁

→钢销钉

→铆钉

→焊接

→螺栓金茂大厦台北101大厦448/508最 最高 高使 屋用 顶楼 高层 度438 448m m环球金融中心新加坡双塔大厦95层世男贸朱中单心英国框伦敦毛千年谅穹顶违－D3哑20签m02年世狱界杯伏－韩鸟国大煤邱体露育场国家嚷大剧仇院上海城八万牢人体箩育场上海椒八万喝人体蹲育场门施工弄现场组合伤钢管话悬挑鞠空间弟桁架—7解0m多澳门努东亚夏运动伯会体融育馆澳门轮东亚衫运动蛙会体评育馆彻－随亚洲血跨度群最大针的桁潮架上海任南站轧钢结乡丰构圆兔屋顶扭－D2匆65功m长31男km东海愿大桥顿钢结创构工奋程海上体段28端km桥宽31熊.5逝m33弊6m32叛0m建设京中的梨迪拜帖塔建筑易高度木是绝艇密，啄现已眉建成62击9m迪拜悄塔效句果图鸟巢水立尘方水立复方中国词工程锦院院士董石麟铁：“驶(水端立方达)结躬构形忆式我婶们现西在昂叫它端多面汽体空汉间钢蜻架结饺构。哪这一壮种结谊构在固过去犯，不梳单单挎在联我们军国家贼，在尚世界最上还研是没扭有的齿”。济南鬼奥体用中心傻效果抓图（十谎一届需全运搅会）济南全奥体傍中心§1.动2钢结国构的烫特点虑和应吸用一.钢结梁构的讨特点自重椒轻、据承载拣力高酒；为同伐跨度荡、同炭荷载腿钢筋絮混凝仅土屋居架的框（1/勿3～1/姑4）重。特别观是地民质条秤件差宪的地尚区，倘降低谷地基丧、基系础的荐造价冤。钢材厦的塑蹈性和冻韧性芽好；齿（后袖面介蚂绍）接近蜂于匀鲁质等促向体陈；内部替组织岛均匀坐，各颗方向浙物理真性能舰基本挖相同迫，在幻玉使用牢阶招段，统变形垫较小袜。此冈特点纱与力郊学假闹定吻魂合较凯好。焊接兽性能查；指钢伞材在抛焊接府过程胸中和滤焊后川，保祝持焊孩接部众分不乓开裂膨的食完整疲性的挥性质毯。不渗次漏；便于饶做成边密闭宣容器若。7.耐腐叉蚀性博差；涂防御腐漆谢混末凝土党包裹8.耐热揭好，便防火疯差。t<15领0℃，盆性能扒变化扑不大t>15咬0℃，叙性能登变化纠大t>60融0℃，场强度剧为0涂防斥火涂秒料混凝衔土包钉裹二.钢结察构的慎应用1.工业壳厂房跨度狂、柱饶距较知大，者有1乎00校t以弟上重丈级或恐中级贩工作虽制吊齐车首的厂箩房，奏有热尾辐射芳的厂旺房。法现什籍么厂择房都批可采聪用。2.大跨慢结构解决殃办法解决平办法→网蜡架、据网壳障、悬雨索周围抗温度以超过咬15菌0℃帝，歉采取绪防护肺措施厂房→钢貌屋架帽体私育馆川、会炊馆高耸唱结构旁和高渗层结鲜构自重份轻、蛋截面阶小，锤减小简风荷洒载。受动给力荷奔载作沫用的笼结构钢材番的韧召性好乡丰，动迎力性决能高粥。容器锋与管次道可拆宝卸和派移动仰的结晒构如流登动式愈展览撒馆、络活动弓房。其它韵。如海尤洋平沸台、症码头医、输睛煤栈喊桥等馒。总之粒，采脾用钢脏结构薯，工硬期短凶、造摇价高陪，应尽从综驻合经兼济需效益汪来考丢虑。§1.茄3钢结乖构的纽奉设计南方法钢结史构设科计时朴，必晋须满估足一被定的监设计代准则捕，即赔在满足功埋能要换求的狭前提附下，虎做到死安全踪蝶可靠侮、技卡术先茧进、唇确保揭质声量和稠经济谨合理努。一.安全论系数情法（躲容许质应力绞设计而法）Kyσ

SA≤

σ

f构件岗中应传力容许企应力S：全叹部荷亲载引教起的摔结构辈构件树中的步内力催；A：几炭何特属性，柱即截逮面面刻积或臣截面雨抵抗爬矩等提；fy：材凑料的黄标准疲强度秀，针辛对钢压材为吧屈服膀点；K：安勒全系遥数。安全商系数油凭经违验而记定，匆因而禽不同霜构件锻的安膛全度五不可或能猜相同斗，故咏不合驰理。注意弊：疲恶劳计梯算还船采用酬此法立。二.极限年状态喉设计哈法极限荣状态：当结钞构或蝇其组暴成部呜分超患过某顺一特买定状恶态，就不岩能满梯足设慨计规毯定的嗓某一滥功能据要求贿时，机此特秧定状月态就网称崭为该山功能躁的极宅限状霸态。承载犹力极岭限状衡态浮正常捐使用盈极限轨状态如倾推覆。②结构底构件拔或连港接因珍超过微材料创强度名而破蚕坏（他包贿括疲匆劳强常度）虫，或梦因过补度变鞠形而慕不适鸣于继纹续螺承载滩；③结构伴转变毯为机团动体俯系；④结构擦或结沙构构平件丧完失稳邀定；⑤地基显丧失缩慧承载胁能力唐而破宰坏。分为具体被为承载棍力极系限状抓态：指结腔构或喇构件雕达到塞最大美承载悬能力钥或是出现轰不适肚于继堆续承终载的纹变形盗。包括勺静力辱强度泄、动世力强数度、饥稳定贸、倾乐覆等手。①整个库结构败或结怪构的脊一部动分作旨为刚访体失掉去平即衡；正常钞使用肢极限亮状态：指结食构或农构件距达到诸正常的使用混或耐丝式久性的增某项谋规定邻限值痰。①影响正顾常使茫用或察外观蛋的变静形；②影响正义常使续用或您耐久峰性的捧局部绝损坏炉（包微括魔裂缝扮）；③影响正撞常使刮用的占振动互；④影响正酷常使珍用的爱其它碌特定友状态稠。具体残为1.极限畜状态星设计敬法是以兵概率格理论慌为基南础，娃把有懒变异宣性的远设计迹参数保通过喇概稠率分红析引覆入结岂构设郑计中忙。根据沿应用弱概率完分析络的程仓度分越为三笛种水诊准：半概除率极问限状运态设恩计法炼；繁近核似概丽率极肝限状厦态设宗计法亏；怠全概绑率极旁限状螺态设逗计法规。作用：是使滋结构哨产生越内力关和变刚形的甚所有乘原因眨。离又称扣荷载么效应熟，以S表示痕。如荷岂载、专温度竟变化但、地丹震力莲等。抗力：结构膝或构允件的扯承载春力，以R表示词。它取绪决于刊材料丸的强倍度和浮构件款的几纱何因西素。可靠滑性：指结贞构在蕉规定长的时命间内超、规五定的旅条件高（正僵常设楚计榆、正隐常施沟工、柏正常束使用塞、正段常维肤护）吃下，忠完成句预蕉定功焦能的纳能力蜓。预定蒙功能效：就全是对危于规嗓定的股某种绣功能变来说塑，结榴构不失重效。可靠蔽性是味结构升安全盏性、啄适用垃性、敏耐久寻性的冠概称嘉。叮可靠撒度：用来遗衡量盛结构豪可靠杯性的喜指标嫂。指结垃构在幼规定浆的时露间内劫、规统定的徐条件散下完熄成预胖定功能夜的概阶率。当结罢构或鹿构件仆的抗鄙力等侵于荷赞载效书应时远，此销结构完或黎构件豪达极劝限状饭态。极限完状态柄方程Z

g(善R.碰S)

R-S

0R>齿S时，建可靠R<华S时，断失效由于谢基本皇变量宫的不观定性属，即慎各变进量可创能出花现高拴值或哲低修值，享因而涂也不片能保宗证结秃构绝轿对可欣靠。通常丽，认锄为可哥靠概齿率足裳够大庄，或将者说灵，失形效概泄率足够小驳，就逗可认铲为结典构是鱼安全社的。可靠驳概率边即可陪靠度州，用ps表示，ps＝g(生R-绿S笼>0引)失效银概率用pf表示累，pf＝g(芽R-仅S<0资)关pf+葵ps=1.邮0结构过可靠朗就是傅指失贡效概畏率小吗到人汽们可吵以接候受的户程度葱。岛可接漫受的遵失效鸣概率辩为万胡分之虎几。设计途中，淋荷载镜、材烂料强斥度等蝇指标偿大都呼是随腹机变牲量，多呈梳正态洁分布袄，一分些非可正态姥分布议的随乱机变狱量（忠如风秩载）量可平以通醒过数挡学变唉换成施当量缠的正圈态分眯布。故此恨认为R、S为正盗态分哪布。所以潮，极贤限状治态函数Z=惜R-闭S也是讯正态险分布妈的随权机变证量。Z的概捷率分脚布曲县线Z<殊0失效坑概率σR、σS表示R、S的标倒准差Zf(Z统)μZβσZ即R-弯S<0失效0

∫

∞f(z宪)dzpfμZ

μR-μSR付Sσ2σ2则Z的平赖均值Z的标茶准差σZ

Z很难君求出贯，而Z的特非征值备较易腐求。用μR、μS表示R、S的平陪均值从图恒中看朝出，pf与μZ至原攀点的姨距离冶有关洒，锯计算载复杂座，想掌其它灶办法问。令μZ

βσZ，则pf与β之间泄也存谎在相延应关梢系，β大，则pf小，甘反之陈亦然律，经理傻论计随算，β与pf一一终对应羞。故β也可网作为合衡量惧结构滴可靠识性的漫一个颜指标滋，称亿为当然暴，要斯满足尝结构堆构件栏承载伯能力星的可潮靠指纱标要孕求，β不应丸小于«规范»规定朋值。由于R、S采用尖了近电似的屋正态刚分布启，故俗算得的β、Pf值是愚近似屡的，高故称饼为近连似概草率极雷限状察态设吃计法螺。由于Z的分咸布很辉难求汤出，Pf计算哑复杂薄，采用β代替Pf来度妨量结卖构的轨可靠循性。据统您计资波料，知R、S平均珠值和符标准罚差后政，即兆知β。2.设计翁表达惊式按可寻靠指现标设查计不夫易掌炼握，«规蓬范»轮将极碗限状出态设牙计焰公式摧等效汽地转纹化为识分项追系数久设计宪公式切。分项丽系数谅不是似凭经撑验而旷定，命是以哨可靠桃指标β为基督础采用卷概率桥设计俩法求撕出。2sσ2RσμR-μS“可雷靠指飞标”。β

对应觉查出Pf（1）承载蓄力极柳限状蜻态Z＝R-萍S＝0S≤R其中歇：RK：抗熊力标欺准值坏；②由控恒荷忆载效抖应控挪制的权组合

fKAγR1.嗓1重要稿结构1.落0一般勿结构0.秋9次要盖结构应考端虑偶然赵组合：偶然亩设计炊状况现（如祝撞击拳、爆泡炸、甲火灾猫等）S取值熟：基本哨组合①由贡活荷友载效淘应控咸制的获组合取不正利组军合

fdAR

RKγR引入夫结构断重要桂性系数γ

0γ0S≤Rγ：材遇料抗座力分五项系勉数；RfK：钢罩材强律度标堪准值乌；A：截面痒几何窃因素故；fd：材祝料强摘度设叼计值俗。①由活色荷载躺效应柏控制胖的组席合：永床久荷刷载的蜂分项助系数荣；此处飘不区磁分各包可变永荷载富作用短的大渣小。S∑ψγSSγ普γnQ1鞋KQ1GKGQiKQicii

2

S

Sγψγ搏SGKGQiKQicii

1S

∑（＊捆）式中：γGγ：第i个可嗽变荷宋载的轿分项捏系数厚；QiSGK：按歌永久蜘荷载黄标准借值GK计算读的荷展载效残应值展；SQiK：按熔可变坝荷载补标准值QiK计算久的荷姓载效交应值疫；ψci：可雁变荷仇载Qi的组论合值豆系数残（查煮规范提）。②由恒甚荷载稀效应卫控制蛋的组吵合nSγSGKG∑QiKQii

1S

γ

0.椒9取不独利组午合即：若仅姿有一线个可归变荷也载，垦组显合值秋系数为取为1.躬0②由恒毅荷载剩效应轧控制妇的组板合腾仍用雄（＊盈）式虚，或ψγSnSGKGQiKQicii

1

∑S

γ对框缺架、君排架谨，公梢式简偏化①为：由活榨荷载酸效应凉控制停的组侄合S

γSGK

γSQ1巩KGQ1n注：①基本券组合壁中的愚设计颤值适芽用于霉荷载窑与荷矿载效领应线租性牺的情撕况；②SQ1全K无法殃判断跪时，棉轮次焦以各甩可变拾荷载为SQ1鹅K，然后取踩不利糕者；③当考荡虑以膝竖向惊的永览久荷专载效上应控忘制的敞组合虎时，虹可讯变荷若载仅锄取竖俩向荷景载；（可例变荷肉载效固应控债制时）=1捷.0④γ取值：G时当）效应谱对结构不利时γ当效应Q对取结值构：有利时：=1大.4=1身.3(工业双楼面臂活荷痰标准离值≥4k齐N/幅m2)（2）正乖常使阔用极证限状国态S≤Cγ=1鲁.2GγGγ=1来.3战5（永模久荷科载效粱应控蝴制GS取值佣：钢结杏构只污考虑寻荷载船的标恢准组态合。ni

2SQ1K

∑ψciSQiK标准呈组