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1、钢结构的设计方法,概述 结构的功能要求 安全、适用、耐久三大功能 。如何保证这三大功能呢？即结构的可靠与否如何衡量呢？规范规定：结构的安全可靠性是指满足下列四项功能：,1）能承受在正常施工正常使用时可能出现的各种作用。2）在正常使用时具有良好的工作性能。3）在正常使用下具有足够的耐久性能。4）在偶然条件发生时及发生后，仍然能够保持必要的整体稳定性，不致倒塌。,以上是从事物的本质上来说的结构可靠性，是定性的分析，在量上怎样去表示呢？（定量分析）这就是结构设计方法问题 。 我国目前结构设计方法是以概率理论为基础的极限状态设计法。,16.2 概率极限状态设计法 16.2.1 结构的极限状态 我国结构
2、设计统一标准规定：整个结构或结构的一部分，超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能的要求（前述四个功能），这种特定状态就称为该功能的极限状态。上述四个具体功能要求可分为两大极限状态： 承载能力极限状态，正常使用极限状态。,（1）承载能力极限状态： 此时结构达到了最大承载能力而破坏，或者达到了不适合继续承载的最大塑性变形的情况。 当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态。,整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如雨蓬倾覆）等 。结构构件或连接因材料强度被超过而破坏，或因产生过大的塑性变形而不适应于继续承载。结构转变为机动体系。结构或构件丧失稳定性，如压屈失稳等。,（2）
3、正常使用极限状态：此时结构或构件仍然具有承载力，但产生的变形，使人不能接受，（如很大的挠度、裂缝）这种对应正常使用或耐久性的某项规定限值的极限状态称为正常使用极限状态。 当结构或构件超过下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态。,影响正常使用或耐久性的局部损坏。影响正常使用的振动。影响正常使用或外观的变形。影响正常使用的其它特定状态。,两个极限状态比较，前者可导致人身伤亡和财产的巨大损失，而后者相对来说，损害程度较轻。 所以，在进行结构设计时，设法让超过第一极限状态的概率低一些，即承载力极限状态的失效概率低一些，而超过第二极限状态的概率可稍高一些。,16.2.2 失效概率 可靠度,失效概率
4、越小 ，有效概率越大，可靠度越大, 可靠度增大就意味着投入较多的财力 .怎样做到既经济又安全 呢？这就是要找到一个人们能接受的值。,结构设计规范就给出了 值，按钢结构设计规范的规定:,设计时，应根据结构破坏可能产生的后果，采用不同的安全等级，一般工业与民用建筑钢结构的安全等级可取二级 。,二级塑性破坏时,S 效应，是各种作用的函数，如,16.2.3 分项系数概率极限状态设计表达式 （1）承载能力极限状态： 最基本的表达式：,R 抗力，是材料强度、构件截面尺寸的函数。,在这一表达式中隐含着的可靠度的问题，如果在具体工程设计中每个设计都要将其可靠度计算出来是很麻烦的 。,规范从实际出发，通过控制失
5、效概率（可靠度）值，近似地把设计表达式转换为多系数。 荷载效应S的表达式： 1）可变荷载效应控制荷载效应的组合：,2）永久荷载效应控制荷载效应的组合,式中：o 结构重要性系数，对安全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；对安全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；对安全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；,永久荷载标准值在结构构件截面或连接 中产生 的应力（N/mm2）；,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）（N/mm2）；,其他第 I 个可变荷载标准值在结构构件截面或
6、连接中产生的应力（N/mm2）；,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1.2；但对式（15-8）则取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；,Q1、Qi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4.0kN/m2时，取1.3）有利时，取为0；, ,（2）对于正常使用极限状态 最基本的表达式：SC,其具体设计式为 ：,式中 ：,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
7、准值在结构或结构构件中产生的变形值；,结构或结构构件的允许变形值。,（3）抗力R的表示（钢结构设计指标） 设计计算中，由于抗力R是结构或构件的截面尺寸、材料强度等的函数，因此需要用相应的数值来表示。 考虑构件或结构的概率问题，同样抗力也有有效概率和失效概率的问题，比如：截面尺寸的理论值和实际值不可能完全相同，同样一种材料强度值也不可能完全一样。 因此结构抗力对应荷载效应取设计值来表示。,我国钢结构设计规范中通常用应力值来比较结构或构件的效应和抗力，如钢梁的弯矩（M是效应，是结构的内力，q是荷载），与之对应的弯曲应力是,抗力R既是材料的强度值。 钢材和连接的强度设计值，应根据钢材厚度或直径按表采用,
