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1、1 第一章第一章第一章第一章绪论绪论绪论绪论 第一节 钢结构的特点和应用第一节 钢结构的特点和应用 第二节 钢结构的设计方法第二节 钢结构的设计方法 一、结构设计方法的一、结构设计方法的基本概念基本概念 二、结构设计方法二、结构设计方法 三、用三、用分项系数分项系数表示的极限状态表示的极限状态 四、四、容许应力法容许应力法 五、钢结构设计过程五、钢结构设计过程 第三节 钢结构设计的基本要求第三节 钢结构设计的基本要求 2 （1 1）使结构产生使结构产生使结构产生使结构产生效应效应效应效应（作用效应（作用效应（作用效应（作用效应) ) 的各种原因的总的各种原因的总的各种原因的总的各种原因的总 称
2、称称称, , 属于属于属于属于外部因素外部因素外部因素外部因素 1 1 1 1、作用、作用、作用、作用 （2 2）直接作用直接作用直接作用直接作用荷载荷载荷载荷载（永久、可变、偶然）永久、可变、偶然）永久、可变、偶然）永久、可变、偶然） 恒载恒载恒载恒载( (G)G)，活载活载活载活载( (Q)Q)，风载风载风载风载( (W)W) 静载，动载静载，动载静载，动载静载，动载 - -建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范 （GB50001GB50001- -2001)2001) 间接作用间接作用间接作用间接作用 温度温度温度温度, , 沉降，地震沉降，地震沉降，地震沉降，
3、地震等等等等 永久作用永久作用永久作用永久作用 ， 可变作用可变作用可变作用可变作用，偶然作用偶然作用偶然作用偶然作用 一、 结构设计方法的一、 结构设计方法的基本概念基本概念 第二节第二节第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法 3 2 2 2 2、抗力、抗力、抗力、抗力（R R） （1 1）结构结构结构结构或或或或构件构件构件构件承受承受承受承受作用作用作用作用效应（内力和变形等）效应（内力和变形等）效应（内力和变形等）效应（内力和变形等） 的的的的能力能力能力能力，属于，属于，属于，属于结构结构结构结构自身的自身的自身的自身的特性特性特性特性。 如：
4、构件的承载力、刚度如：构件的承载力、刚度如：构件的承载力、刚度如：构件的承载力、刚度 （3 3）作用效应作用效应作用效应作用效应 （S S） ：作用引起的：作用引起的：作用引起的：作用引起的内力内力内力内力和和和和应力、位应力、位应力、位应力、位 移、应变、裂缝等。移、应变、裂缝等。移、应变、裂缝等。移、应变、裂缝等。存在变异性，是存在变异性，是存在变异性，是存在变异性，是随机变量。随机变量。随机变量。随机变量。 （2 2）抗力）抗力）抗力）抗力与与与与结构结构结构结构形式形式形式形式、几何参数几何参数几何参数几何参数、材料材料材料材料性能性能性能性能( (强强强强 度、弹性模量度、弹性模量度
5、、弹性模量度、弹性模量) ) 有关有关有关有关。也存在变异性，是也存在变异性，是也存在变异性，是也存在变异性，是随机变量随机变量随机变量随机变量 第二节第二节第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法 4 （2 2）结构安全等级（结构重要性）：）结构安全等级（结构重要性）：）结构安全等级（结构重要性）：）结构安全等级（结构重要性）：三级三级三级三级 国根据建筑结构破坏时可能产生的国根据建筑结构破坏时可能产生的后果严重后果严重与否，分为三个 安全等级： 一级 与否，分为三个 安全等级： 一级破坏后果很严重、重要的建筑物； 二级 破坏后果很严重、重要的建筑物；
6、二级破坏后果严重、一般的建筑物； 三级 破坏后果严重、一般的建筑物； 三级破坏后果不严重、次要建筑物。破坏后果不严重、次要建筑物。 3 3 3 3、功能、功能、功能、功能要求要求要求要求 第二节第二节第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法 结构的结构的设计使用年限设计使用年限，是指设计的结构或结构构件不需进 行大修即可按其预定目的使用的时期。 结构的设计使用年限虽与其使用寿命有联系，但不相同。 超过设计使用年限的结构并不是不能使用，而是指它的可靠度 降低了。 ，是指设计的结构或结构构件不需进 行大修即可按其预定目的使用的时期。 结构的设计使用年限虽与其使
7、用寿命有联系，但不相同。 超过设计使用年限的结构并不是不能使用，而是指它的可靠度 降低了。 （1 1 1 1）设计基准期设计基准期设计基准期设计基准期： 5 （3 3 3 3）满足功能要求）满足功能要求）满足功能要求）满足功能要求 承受承受承受承受各种各种各种各种作用，满足作用，满足作用，满足作用，满足功能功能功能功能要求：要求：要求：要求： 安全性：安全性：安全性：安全性：承受作用，保持稳定，不倒塌承受作用，保持稳定，不倒塌承受作用，保持稳定，不倒塌承受作用，保持稳定，不倒塌; ; 适用性：适用性：适用性：适用性：工作性能良好，满足使用要求工作性能良好，满足使用要求工作性能良好，满足使用要求
8、工作性能良好，满足使用要求; ; 耐久性：耐久性：耐久性：耐久性：随时间仍能满足使用要求。随时间仍能满足使用要求。随时间仍能满足使用要求。随时间仍能满足使用要求。 第二节第二节第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法 6 7 8 9 10 11 12 13 结构结构结构结构/ /构件验算方法构件验算方法构件验算方法构件验算方法二、 结构设计方法二、 结构设计方法 第二节第二节第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法 ?构件材料性能构件材料性能构件材料性能构件材料性能不确定性不确定性不确定性不确定性 ?几何参数几何参数几
9、何参数几何参数不确定性不确定性不确定性不确定性 ?计算模式计算模式计算模式计算模式不确定性不确定性不确定性不确定性 影响结构可靠性的影响因素影响结构可靠性的影响因素影响结构可靠性的影响因素影响结构可靠性的影响因素： 荷载荷载不确定性不确定性 抗力抗力不确定性不确定性 14 极限状态设计法极限状态设计法极限状态设计法极限状态设计法 以概率理论为基础，把有变异性的设计参数通过以概率理论为基础，把有变异性的设计参数通过以概率理论为基础，把有变异性的设计参数通过以概率理论为基础，把有变异性的设计参数通过 概率分析引入结构设计中。概率分析引入结构设计中。概率分析引入结构设计中。概率分析引入结构设计中。
10、建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准建筑结构可靠度设计统一标准 GB 50068GB 50068- -20012001 若结构或结构的某一部分超过某一若结构或结构的某一部分超过某一若结构或结构的某一部分超过某一若结构或结构的某一部分超过某一特定状态特定状态特定状态特定状态后，就后，就后，就后，就 不能满足某一规定功能要求，则此特定状态称为该功能不能满足某一规定功能要求，则此特定状态称为该功能不能满足某一规定功能要求，则此特定状态称为该功能不能满足某一规定功能要求，则此特定状态称为该功能 的极限状态。的极限状态。的极限状态。的极限状态。极限状态极限状态极
11、限状态极限状态是与是与是与是与结构特定功能结构特定功能结构特定功能结构特定功能对应的。对应的。对应的。对应的。 1 1）结构极限状态的基本概念）结构极限状态的基本概念）结构极限状态的基本概念）结构极限状态的基本概念 第二节第二节第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法 15 承载能力极限承载能力极限承载能力极限承载能力极限状态状态状态状态 不发生破坏、倒塌、失稳、倾覆不发生破坏、倒塌、失稳、倾覆不发生破坏、倒塌、失稳、倾覆不发生破坏、倒塌、失稳、倾覆 正常使用极限正常使用极限正常使用极限正常使用极限状态状态状态状态 不发生过大变形、振动、裂缝。不发生过大变
12、形、振动、裂缝。不发生过大变形、振动、裂缝。不发生过大变形、振动、裂缝。 2 2）两种极限状态）两种极限状态）两种极限状态）两种极限状态 作用作用作用作用、作用效应、作用效应、作用效应、作用效应S S 抗力抗力抗力抗力R R 3 3）基本）基本）基本）基本随机变量随机变量随机变量随机变量 第二节第二节第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法 16 Z0Z0，或或或或RSRS，安全状态；安全状态；安全状态；安全状态； Z0Z0，或或或或RSRS，失效状态；失效状态；失效状态；失效状态； Z=0Z=0，或或或或R=SR=S，极限状态极限状态极限状态极限状态 4
13、 4）功能函数）功能函数）功能函数）功能函数Z=RZ=R- -S (S (随机变量，表示一种结构功能）随机变量，表示一种结构功能）随机变量，表示一种结构功能）随机变量，表示一种结构功能） 若若若若S S、R R均为正态分布，则均为正态分布，则均为正态分布，则均为正态分布，则 Z Z也为正态分布，且有：也为正态分布，且有：也为正态分布，且有：也为正态分布，且有： - -均值均值均值均值 - -标准差标准差标准差标准差 SRz = 22 SR z += 第二节第二节第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法 17 可靠度可靠度可靠度可靠度度量结构可靠性的指标（度
14、量结构可靠性的指标（度量结构可靠性的指标（度量结构可靠性的指标（结构在规定时结构在规定时结构在规定时结构在规定时 间内、在规定条件下完成预定功能的概率间内、在规定条件下完成预定功能的概率间内、在规定条件下完成预定功能的概率间内、在规定条件下完成预定功能的概率） 5 5）可靠度及可靠度指标可靠度及可靠度指标可靠度及可靠度指标可靠度及可靠度指标 第二节第二节第二节第二节 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢结构的设计方法 规定时间规定时间规定时间规定时间是指结构的设计使用年限；是指结构的设计使用年限；是指结构的设计使用年限；是指结构的设计使用年限；规定条件规定条件规定条件规定条件是指
15、正常设是指正常设是指正常设是指正常设 计、正常施工、正常使用和维护的条件，不包括非正常的，例计、正常施工、正常使用和维护的条件，不包括非正常的，例计、正常施工、正常使用和维护的条件，不包括非正常的，例计、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。如人为的错误等。如人为的错误等。如人为的错误等。 结构的可靠度结构的可靠度结构的可靠度结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即结构在设计工作是结构可靠性的概率度量，即结构在设计工作是结构可靠性的概率度量，即结构在设计工作是结构可靠性的概率度量，即结构在设计工作 寿命内，在正常条件下，寿命内，在正常条件下，寿命内，在正常条件下，寿
16、命内，在正常条件下，完成预定功能的概率完成预定功能的概率完成预定功能的概率完成预定功能的概率。 18 可靠概率可靠概率可靠概率可靠概率（PsPs）失效概率失效概率失效概率失效概率（P P f f ） PsPs + P P f f =1 安全度安全度安全度安全度 结构的失效概率结构的失效概率结构的失效概率结构的失效概率PfPfPfPf 结构在规定的结构在规定的结构在规定的结构在规定的时间时间时间时间和和和和条件条件条件条件下下下下不能不能不能不能完成预定功能的概率。完成预定功能的概率。完成预定功能的概率。完成预定功能的概率。 5 5）可靠度及可靠度指标可靠度及可靠度指标可靠度及可靠度指标可靠度及可靠度指标 习惯上常用习惯上常用习惯上常用习惯上常用失效概率失效概率失效
