* 1.3钢结构的组成原理 一、跨越结构 1937年建成的杭州钱塘江大桥 * 1.3钢结构的组成原理 * 1.3钢结构的组成原理 * 1.3钢结构的组成原理 二、高耸结构 高层房屋结构 塔架结构 桅杆结构 * 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 一、钢结构的极限状态 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，此特定状态就称为该功能的极限状态。 钢结构的极限状态 承载能力极限状态 正常使用极限状态 出现影响正常使用的变形、振动和局部破坏 倾覆 强度破坏 疲劳破坏 丧失稳定 结构变为机动体系 出现过度塑性变形 不可逆的，导 致结构失效 可逆的，引起人的不适 * 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 二、结构的荷载效应分析 弹性分析 非弹性分析 荷载效应的分析方法 一阶分析法 二阶分析法 * 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 三、钢结构设计变迁 1957年以前：采用总安全系数的容许应力计算法； 1957～1974：采用三个系数的极限状态计算法； 1974～1989：采用以结构极状态为依据，开云 开云体育平台进行多系数分 析，用单一的系数表示的容许应力计算法； 1989～ ：采用以概率论为基础的极限状态设计法。 * 1.5钢结构的发展 传统的容许应力法和最大荷载法（统 称单系数法）（1957年以前）； 缺点：安全系数凭工程经验确定的一定值，这样，各种构件的可靠性将不能保证比较一致的水平。 * 1.5钢结构的发展 三系数极限状态设计法（1957～1974） 特点：明确提出了两种极限状态，采用三个系数来考虑结构构件的安全储备问题，避免单一安全系数的缺陷。 缺点： 材质均匀系数概念重复。 强度标准不是明确概率取值，而是取钢的废品限值，不符合概率方法。 * 1.5钢结构的发展 缺点：各种载荷并不相同，各种构件承受荷载的情 况也不一定相同，构件的几何尺寸变异并不完全一致，采用统一的安全系数显然不可能获得相同的安全度。 以结构极限状态为依据，多系数分析后用单一安全系数的容许应力计算法 以结构极限状态为依据，多系数分析后用单一安全系数的容许应力计算法（1974～1989） * 1.5钢结构的发展 以概率为基础的极限状态设计法（1989～） 把各种参数（载荷效应、结构抗力等）作随机变量，运用概率分析法并考虑变异性来确定设计采用值。 把概率分析引入结构设计方法，显然比容许应力法先进，标志我国在设计理论上前进了一大步，迈入了国际先进水平。 * 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 四、概率极限状态法 1、极限状态：当结构或构件的抗力等于荷载效应时，此结构或构件达到极限状态。 2、极限状态设计法：是以概率理论为基础，把有变异性的设计参数通过概率分析引入结构设计中。 根据应用概率分析的程度分为三种水准： 半概率极限状态设计法； 近似概率极限状态设计法； 全概率极限状态设计法。 * 0结构处于可靠状态 =0结构处于极限状态 0结构处于失效状态 结构的抗力 荷载对结构的综合效应 极限状态方程： 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 * 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 3、可靠度 结构的可靠性包括结构的安全性、适用性和耐久性。而结构的可靠度则是结构可靠性的概率度量，即结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。用ps表示结构的可靠度。 当结构处于失效状态（Z＜0）时的概率，称为失效概率，用pf表示，即: * 结构可靠就是指失效概率小到人们可以接受的程度。可接受的失效概率为万分之几。 设计中，荷载、材料强度等指标大都是随机变量，多呈正态分布，一些非正态分布的随机变量（如风载）可以通过数学变换成当量的正态分布。 故此认为R、S为正态分布。 所以，极限状态函数Z=R-S也是正态分布的随机变量。 失效概率: 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 Z很难求出，而Z的特征值较易求。 * 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 ??z 可靠 失效 ?z Z f(z) Z=R-S o ?Z 功能函数Z的概率密度曲线 ?值越大，pf 就越小，经理论计算，β与pf 是一一对应的。?可以作为衡量结构可靠度的一个数量指 标。称为“可靠指标”。 令 从图中看出，pf 与μz至原点的距离有关， 则β与μz之间存在相应关系 pf 对应查出 平均值： 标准差： Z的 * 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 由于R、S采用了近似的正态分布，故算得的β、pf值是近似的，故称为近似概率极限状态设计法。 由于Z的分布很难求出， pf计算复杂，采用β代替pf来度量结构的可靠性。据统计资料，知R、S平均值和标准差后，即知β。 * 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 3.设计表达式 引入结构重要性系数 1.1 重要结构 0.9 次要结构 1.0 一般结构 按可靠指标设计不易掌握，?规范?将极限状态设计公式等效地转化为分项系数设计公式。为了便于应用并符合人们长期以来的习惯，利用式: 来完成。就设计而言，问题被转化为计算效应S和抗力R。 分项系数不是凭经验而定，是以可靠指标β为基础采用概率设计法求出。 * 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 4.荷载组合（荷载效应S） 应考虑 基本组合 偶然组合： 由可变荷载效应控制的组合 由永久荷载效应控制的组合 1）承载能力极限状态分项系数表达式 取最不利组合 偶然设计状况（如撞击、爆炸、火灾等） * 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 由永久荷载效应控制的组合： 由可变荷载效应控制的组合： 对于一般排架及框架结构，可采用下列简化的设计表达式： 只有一个可变荷载：
=1 有多个可变荷载：
=0.9 1）承载能力极限状态分项系数表达式（基本组合） * fd 或f——钢材或连接材料强度设计值。 fk——钢材或连接材料强度标准值。 ?R——钢材或连接材料抗力分项系数，对于Q235 钢?R =1.087；Q345、Q390、Q420钢?R=1.111 。 钢结构规范给出了各类钢材和连接的强度设计值。 （P335，附录3、4） 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 * 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 可变荷载的分项系数 （gQ） ——一般情况下应取1.4； ——对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载标准值应 取1.3。 永久荷载分项系数 （gG） 当其效应对结构不利时 ——对可变荷载效应控制的组合，应取1.2； ——对永久荷载效应控制的组合，应取1.35； 当其效应对结构有利时 ——一般情况下应取1.0； ——对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。 * 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 注意：①基本组合中的设计值适用于荷载与荷载效应线K无法判断时，轮次以各可变荷载为SQ1K，然后取不利者； ③当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，可变荷载仅取竖向荷载； * 1.4钢结构的极限状态和概率极限状态法 2）正常使用极限状态 对于正常使用极限状态，要求分别采用荷载的标准组合、频遇组合和准永久组合进行设计，并使变形等设计值不超过相应的规定限值。对于钢结构只考虑荷载的标准组合。 υGk --永久荷载标准值在结构或构件中产生的变形值； υQ1k—起控制作用的第1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）； νQik--其他第i个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形值。 [ν]--结构或结构构件的容许变形值。 * 1.5钢结构的发展 一、结构用钢的新发展 高强度高性能钢、低屈服点钢和耐火钢的开发和应用；Q420钢，该钢材已应用在九江长江大桥建设；压型钢板、薄壁型钢应用。 二、新型结构体系的应用和发展 网架和网壳结构 张弦桁架 悬挂结构 变截面轻钢门式刚架 金属拱型波纹屋盖 钢-混凝土组合结构和混合结构 三、设计方法的发展 * 课程内容体系： 材料 构件 结构 焊接 铆接 螺栓 焊接 铆接 螺栓 轴心构件 受弯构件 偏心构件 计算方法 设计原理 本课程的学习 * 课程主要内容、特点 钢结构设计原理 材料、连接、基本构件 结构设计 结构力学 稳定理论 材料力学 课程设计 材料学 工艺学 施工学 材料标准 设计规范 制作标准 验收标准 * 授课计划 课堂讲授内容 计划学时 第1章 绪论 2 第2章 钢结构的材料 4 第3章 构件的截面承载能力——强度 6 第4章 单个构件的承载能力——稳定 18 第5章 整体结构中的压杆和压
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