材料力学第四版课件-第一张绪论

湖南科技大学土木工程学院

建筑工程系钢结构设计原理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

武汉工业大学出版社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.冷弯薄壁型钢结构技术规范

（GB50018-2002)4.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。§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、钢结构的特点澳大利亚啤酒中心

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;

200℃以上则出现兰脆和徐变；600℃以上不能承载。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，低温冷脆。二、钢结构的应用范围1、大跨度结构网架结构拱结构桥梁天津体育场千年穹顶西班牙迪加航空港上海会展中心国家大剧院“鸟巢”单层厂房多层工业厂房2.工业厂房梯形屋架3.承受动力荷载及地震作用的结构帝王大厦4.高层建筑与高耸结构

高宽比限制：高层建筑2～6高耸结构由工艺决定金茂大厦88层420米北京财富中心东京千年塔迪拜塔帝国大厦5.道路、桥梁结构6.水利、水工结构海上石油平台(1)波纹拱壳结构7.轻型房屋钢结构(2)门式刚架结构（3）多层轻型房屋建筑活动车库8.可拆卸、移动房屋及移动结构9.构筑物10.建筑小品§1.2钢结构的设计方法一、钢结构设计方法的演变1.容许应力方法

从20世纪初到20世纪50年代，钢结构采用安全系数法设计，即:N--构件截面的内力；A--构件截面几何特征；f--钢材的最大强度；[σ]--钢材的容许应力；k--大于1的安全系数，用以考虑各种不定性，凭工程经验取值。特点:计算简单；但没有与抗力和作用的变异性相联系。2.概率极限状态设计方法(1)极限状态：当结构或其组成部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特定状态称为结构的极限状态。(2)

极限状态分为两类：b.正常使用极限状态:包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常使用的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破坏等状态。a.承载能力极限状态:包括：强度破坏、疲劳破坏、不适于继续承载的变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。

(3)根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准：

半概率极限状态设计方法;近似概率极限状态设计方法;（现行规范采用方法）全概率设计方法。a.半概率极限状态设计方法;1).三系数法（当时称为计算极限状态法）

:1957年至1973年我国钢结构设计采用半概率的分项系数法,结构设计中引入三个分项系数，即:荷载分项系数--考虑荷载的不定性;

材料分项系数--考虑材料的不均性;

工作条件系数--考虑结构及构件的工作特点以及某些假定的计算简图与实际情况不完全相符等因素。2)半经验半概率极限状态设计法(容许应力法）

N--构件截面的内力；A--构件截面几何特征；K1--荷载系数；K2--材料系数;K3--调整系数；fyk--钢材的屈服强度标准值；[σ]--钢材容许应力b、近似概率极限状态设计法

（现行钢结构设计规范(GB50017－2003)）

结构工作性能可用结构的“功能函数”来描述：

Z＝g（X1，X2，…，Xn）

（1－3）

式中：g（·）--结构的功能函数；Xi(i＝1，2,…,n)--影响结构可靠性的各物理量。

将各因素概括为两个综合随机变量--结构的抗力R、

作用效应S，则公式（1-3）可以写成：

Z＝g（R，S）＝R－S

（1-4）在实际工程结构中，可能出现下列三种情况：

Z＞0表示结构处于可靠状态；Z＝0表示结构处于极限状态Z＜0表示结构处于失效状态；

判断结构是否可靠，要看结构是否达到极限状态，为此，通常将下式：

Z＝g(R，S)＝R－S＝0

(1-5)

称为极限状态方程。结构能完成预定功能的概率(可靠度)用Ps表示，则：Ps＝P{Z≥0}（1-6）结构不能完成预定功能的概率(失效概率)用Pf表示，则：Pf＝P{Z<