鋼結(jié)構(gòu)礎(chǔ)第1章

1、1、概述 了解鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用。理解鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)、概率極限狀態(tài)法的基本原理，掌握用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計表達(dá)式進(jìn)行計算的方法。2、鋼結(jié)構(gòu)的材料 認(rèn)識鋼材的破壞形式、鋼材的主要性能和影響鋼材性能的因素。熟悉建筑鋼材的類別及鋼材的選用。3、構(gòu)件的截面承載能力強(qiáng)度 了解各類構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式。認(rèn)識各類構(gòu)件截面的受力狀態(tài)、應(yīng)力分布特點(diǎn)，理解和掌握各類構(gòu)件的強(qiáng)度計算準(zhǔn)則和方法。4、單個構(gòu)件的承載力穩(wěn)定性 認(rèn)識各類構(gòu)件的整體失穩(wěn)形式及影響穩(wěn)定性的主要因素，理解和掌握各類構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算方法。認(rèn)識構(gòu)件各組成板件的屈曲問題，理解各類構(gòu)件的局部穩(wěn)定條件，并能正確進(jìn)行驗(yàn)算。了解板件的屈曲后強(qiáng)度的利用。本課程的基

2、本要求本課程的基本要求5、整體結(jié)構(gòu)中的壓桿和壓彎構(gòu)件了解影響桿件屈曲的主要因素，能正確、合理地確定桁架桿件、框架柱 的計算長度。6、鋼結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)了解正常使用極限狀態(tài)的主要內(nèi)容。掌握各類構(gòu)件的剛度驗(yàn)算方法。7、鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造了解鋼結(jié)構(gòu)的連接方法及特點(diǎn)。熟悉焊縫連接、螺栓連接的基本構(gòu)造要求，認(rèn)識焊縫連接、螺栓連接的工作性能，理解和掌握焊縫連接、螺栓連接在各種受力狀態(tài)下的強(qiáng)度計算條件。8、了解與土木工程相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。本課程的基本要求本課程的基本要求 課程計劃課程計劃-理論教學(xué)理論教學(xué) 4040學(xué)時學(xué)時第一章 概述 2學(xué)時第二章 鋼結(jié)構(gòu)的材料 4學(xué)時第三章 構(gòu)件的截面承載能

3、力強(qiáng)度 6學(xué)時第四章 單個構(gòu)件的承載力穩(wěn)定性 10學(xué)時第五章 整體結(jié)構(gòu)中的壓桿和壓彎構(gòu)件 4學(xué)時第六章 鋼結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài) 2學(xué)時第七章 鋼結(jié)構(gòu)的連接和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造 12學(xué)時課程考核平時成績：平時成績：20%20%（到課率，作業(yè)）；（到課率，作業(yè)）；考試成績：考試成績：80%80%（閉卷考試）。（閉卷考試）。課程體系圖示課程體系圖示第一章 概 述1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.2 1.2 鋼結(jié)構(gòu)的建造過程和內(nèi)在缺陷鋼結(jié)構(gòu)的建造過程和內(nèi)在缺陷1.3 1.3 鋼結(jié)構(gòu)的組成原理鋼結(jié)構(gòu)的組成原理 1.4 1.4 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法

4、1.5 1.5 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用材料的強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)重量輕材料的強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)重量輕 由于鋼材強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)需要的構(gòu)件截面小,結(jié)構(gòu)自重輕。 a=容重/強(qiáng)度, a越小，結(jié)構(gòu)相對越輕。 鋼材：a=1.73.710-4/m； 木材：a=5.410-4/m； 鋼砼：a= 1810-4/m；1.1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用 鋼材的塑性和韌性好鋼材的塑性和韌性好 塑性塑性和和韌性韌性是概念上完全不同的兩個物理量。是概念上完全不同的兩個物理量。 塑性塑性承受靜力荷載時，材料吸收變形能的能力承受靜力荷

5、載時，材料吸收變形能的能力。 塑性好，會使結(jié)構(gòu)一般情況下不會由于偶然超載而塑性好，會使結(jié)構(gòu)一般情況下不會由于偶然超載而 突然斷裂，給人以安全保證；突然斷裂，給人以安全保證； 韌性韌性承受動力荷載時，材料吸收能量的多少。承受動力荷載時，材料吸收能量的多少。 韌性好，說明材料具有良好的動力工作性能。韌性好，說明材料具有良好的動力工作性能。 1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用2. 2. 材質(zhì)均勻，和力學(xué)計算的假定比較符合材質(zhì)均勻，和力學(xué)計算的假定比較符合 各向同性，接近理想的彈塑性體，與力學(xué)假定符合較好; 鋼材屈服前看作彈性材料，屈服以后看作塑性或彈塑性材 料。3. 3. 鋼結(jié)構(gòu)制

6、造簡便鋼結(jié)構(gòu)制造簡便, ,施工周期短。施工周期短。 工廠化機(jī)、械化加工，標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件、精度較高；工地大構(gòu)件吊裝和高強(qiáng)螺栓鏈接。4. 4. 密閉性好，不滲漏密閉性好，不滲漏 1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用5 5、鋼材耐熱性好，耐火性差鋼材耐熱性好，耐火性差 溫度200，強(qiáng)度變化很小。適應(yīng)該場所。 溫度600，鋼材將喪失承載能力。6 6、鋼材耐腐蝕性差，維護(hù)費(fèi)用高。鋼材耐腐蝕性差，維護(hù)費(fèi)用高。 在潮濕、腐蝕性介質(zhì)環(huán)境中，發(fā)生銹蝕，影響鋼結(jié)構(gòu)壽命。必須定期刷涂料等維護(hù)。7 7、鋼結(jié)構(gòu)在低溫條件下有冷脆傾向。鋼結(jié)構(gòu)在低溫條件下有冷脆傾向。 在低溫條件下，不僅可能發(fā)生脆性斷裂，而且容

7、易發(fā)生厚板的層狀撕裂等。1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.1.2 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍（1） 大跨度空間結(jié)構(gòu)1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)橋梁1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用天津體育場天津體育場千年穹頂千年穹頂西班牙迪加航空港上海會展中心1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用單層廠房單層廠房多層工業(yè)廠房多層工業(yè)廠房2. 重型工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)金陵石化總廠金陵石化總廠1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用帝王大廈帝王大廈3.多層、高層及超高層建筑金金茂茂大大廈廈8888層層420420

8、米米北北京京財財富富中中心心1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用東京千年塔東京千年塔4.高聳建筑1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用(1).(1).波紋拱殼結(jié)構(gòu)波紋拱殼結(jié)構(gòu)5. 輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用(2) (2) 門式剛架結(jié)構(gòu)門式剛架結(jié)構(gòu)5. 輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用（3 3）多層輕型房屋建筑）多層輕型房屋建筑5. 輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用活動車庫活動車庫6.可拆卸、移動房屋及 移動結(jié)構(gòu)1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和

9、應(yīng)用7.容器及其他構(gòu)筑物1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用8.鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用老山自行車館南通會展中心（11億）1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用3.空間桁架網(wǎng)架空間桁架網(wǎng)架上海浦東機(jī)場航站樓1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用4.懸索屋頂結(jié)構(gòu)懸索屋頂結(jié)構(gòu)北京南站華盛頓杜勒機(jī)場候機(jī)樓1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用5.張拉集成結(jié)構(gòu)張拉集成結(jié)構(gòu)美國亞特蘭大喬治亞穹頂1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用6.索膜結(jié)構(gòu)索膜結(jié)構(gòu)上海世博會-世博軸 索膜頂蓋1.1

10、1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.1.2 用于多層、高層及超高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式用于多層、高層及超高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式框架結(jié)構(gòu)、剛架框架結(jié)構(gòu)、剛架-支撐結(jié)構(gòu)、框筒、筒中筒、束筒等支撐結(jié)構(gòu)、框筒、筒中筒、束筒等1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.1.3 用于橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式用于橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式實(shí)腹板梁式結(jié)構(gòu)桁架式結(jié)構(gòu)拱式結(jié)構(gòu)拱與梁桁架組合結(jié)構(gòu)斜拉結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用武漢長江大橋九江長江大橋武漢天興洲長江大橋湖南矮寨特大橋1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)

11、的特點(diǎn)和應(yīng)用1.1.4用于塔桅的主要結(jié)構(gòu)形式用于塔桅的主要結(jié)構(gòu)形式1.1 1.1 鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用廣州電視塔1.2 1.2 鋼結(jié)構(gòu)的建造過程和內(nèi)在缺陷鋼結(jié)構(gòu)的建造過程和內(nèi)在缺陷1.2.1 鋼結(jié)構(gòu)的建造過程1.工廠制造驗(yàn)收、放樣、加工、裝配、矯正、除銹和涂漆2.工地安裝擴(kuò)大拼裝、吊裝就位、臨時固定、最后固定1.2.2 鋼結(jié)構(gòu)的初始缺陷1.幾何缺陷 初彎曲 初傾斜 桿件長度誤差2.材料缺陷 鋼材并非理想的勻質(zhì)體和各向同性體1.3 1.3 鋼結(jié)構(gòu)的組成原理鋼結(jié)構(gòu)的組成原理1.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的與內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的與內(nèi)容1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的（1）安全性 結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用

12、條件下，承受可能出出現(xiàn)的各種作用的能力。在偶然事件發(fā)生時和發(fā)生后，仍保持必要的整體穩(wěn)定性的能力。（2）適用性 結(jié)構(gòu)在正常使用條件下，滿足預(yù)定使用要求的能力。（3）耐久性 結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下，隨時間變化而仍能滿足預(yù)定功能要求的能力。結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。1.3 1.3 鋼結(jié)構(gòu)的組成原理鋼結(jié)構(gòu)的組成原理 任何結(jié)構(gòu)都必須是幾何不變的空間整體，并且在各類作用的效應(yīng)之下保持穩(wěn)定性能，必要的承載能力和剛度。當(dāng)結(jié)構(gòu)的承重主體是桁架、剛架等平面體系時，需要設(shè)置一些輔助構(gòu)件如支撐、橫隔等把他們連成空間整體。 除容器外，一般將結(jié)構(gòu)分為跨越

13、結(jié)構(gòu)和高聳結(jié)構(gòu)，前者是跨越地面上一定空間的結(jié)構(gòu)，包括橋梁和單層房屋結(jié)構(gòu)；后者則是從地面向上發(fā)展的結(jié)構(gòu)，包括高層房屋、塔架和桅桿結(jié)構(gòu)。曾數(shù)不多的房屋則介于兩者之間。1.3 1.3 鋼結(jié)構(gòu)的組成原理鋼結(jié)構(gòu)的組成原理1.3.1 跨越結(jié)構(gòu)1.平面體系加支撐 如：穿式桁架橋 單層廠房的屋蓋2.空間體系 如：平板網(wǎng)架 穹頂結(jié)構(gòu) 懸索屋蓋結(jié)構(gòu) 空間框架1.3 1.3 鋼結(jié)構(gòu)的組成原理鋼結(jié)構(gòu)的組成原理1.3.2 高聳結(jié)構(gòu) 高聳結(jié)構(gòu)不同于跨越結(jié)構(gòu)的一個重要特點(diǎn)是，水平荷載 （風(fēng)力、地震的水平作用）可能居于主導(dǎo)地位。1.高層房屋結(jié)構(gòu)-剛架（a） 框架-支撐或剪力墻(b,c)重型支撐（d）2.塔架本身就是一個空間桁

14、架3.桅桿用纖繩抵抗水平作用和保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 1.3 1.3 鋼結(jié)構(gòu)的組成原理鋼結(jié)構(gòu)的組成原理1.3.3 其他結(jié)構(gòu)形式的組成其他結(jié)構(gòu)形式的組成上述可以看出： 大部分鋼結(jié)構(gòu)為系桿結(jié)構(gòu)大部分鋼結(jié)構(gòu)為系桿結(jié)構(gòu) （除容器、管道）；（除容器、管道）；基本構(gòu)件可以概括為三大類：軸心受力構(gòu)件；軸心受力構(gòu)件；受彎構(gòu)件；受彎構(gòu)件；1.1.拉彎或壓彎構(gòu)件拉彎或壓彎構(gòu)件1.4 1.4 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法1.4.1 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)（2 2）. .正常使用正常使用極限狀態(tài)極限狀態(tài): : 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值的極限狀態(tài)，包括：影響正常使用或外觀的

15、變形、影響正常使用的振動、影響正常使用的或耐久性的局部破壞等狀態(tài)。（1 1）. .承載能力承載能力極限狀態(tài)極限狀態(tài): : 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力或達(dá)到不適應(yīng)于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)，包括：傾覆、強(qiáng)度破壞、疲勞破壞、失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C(jī)動體系等狀態(tài)。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（gb50017-2003)gb50017-2003)規(guī)定，規(guī)定，極限狀態(tài)分極限狀態(tài)分為兩類：為兩類： 1.4 1.4 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法1.4.2 結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)分析 設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)需要處理兩個方面的因素：一是結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的抗力；二是荷載施加于結(jié)構(gòu)的效應(yīng)。荷載效應(yīng)通過內(nèi)力分析來計

16、算。 結(jié)構(gòu)在荷載作用下必然有變形。當(dāng)變形和構(gòu)件的幾何尺寸相比微不足道時，內(nèi)力分析按結(jié)構(gòu)的原始位形進(jìn)行，即忽略變形的影響。這種做法稱為一階分析一階分析。 大跨度的鋼拱橋，拱肋的柔度就比較大，變形影響不再能被忽略?？紤]變形影響的內(nèi)力分析稱為二階分析二階分析，屬于幾何非線性分析。1.4 1.4 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法 構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的幾何缺陷，有些在確定構(gòu)件抗力時加以考慮，如壓桿的初始彎曲，有的則在內(nèi)力分析時予以考慮，如框架柱的初始傾斜。 結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析還可以區(qū)分為彈性分析和非彈性分析彈性分析和非彈性分析。傳統(tǒng)的做法是把結(jié)構(gòu)看做彈性體來分析。如果結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在達(dá)到承

17、載能力極限狀態(tài)之前不出現(xiàn)塑性，彈性分析正確反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況。如果結(jié)構(gòu)出現(xiàn)少量非彈性應(yīng)變，但對結(jié)構(gòu)的行為影響不大，為計算簡便計，仍然可以用彈性分析。多次超靜定的結(jié)構(gòu)如多層剛架，在達(dá)到承載極限之前會在多處出現(xiàn)塑性變形，精確反映這類結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的計算應(yīng)充分考慮鋼材的塑性性能。1.4 1.4 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法結(jié)構(gòu)有各種荷載所產(chǎn)生的效應(yīng)（內(nèi)力和變形）結(jié)構(gòu)和連接有材料性能和幾何因素等所決定的抗力或規(guī)定限值。保證結(jié)構(gòu)的可靠性荷載大小、材料強(qiáng)度、截面尺寸、施工質(zhì)量的隨機(jī)性結(jié)構(gòu)不可能百分之百可靠，做出一定概率保證現(xiàn)行現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范-概率極限狀態(tài)

18、設(shè)計方法概率極限狀態(tài)設(shè)計方法1.4 1.4 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法1.4.3 概率極限狀態(tài)法 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則是要做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用和確保質(zhì)量理、安全適用和確保質(zhì)量。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計要解決的根本問題是在結(jié)構(gòu)的可靠和經(jīng)濟(jì)之間選擇一種最佳的平衡，使由最經(jīng)濟(jì)的途徑建成的結(jié)構(gòu)能以適當(dāng)?shù)目煽慷葷M足各種預(yù)定的功能要求。結(jié)構(gòu)的可靠性理論近年來得到了迅速的發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)擺脫傳統(tǒng)的定值設(shè)計方法，進(jìn)入以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，簡稱概率極限狀態(tài)設(shè)計法。 1.4 1.4 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極

19、限狀態(tài)法鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法 結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)z，結(jié)構(gòu)的抗力結(jié)構(gòu)的抗力r r、作用效應(yīng)作用效應(yīng)s s， z zg g（r r，s s）r rs s 在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，可能出現(xiàn)下列三種情況：在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，可能出現(xiàn)下列三種情況： z z0 0 結(jié)構(gòu)處于結(jié)構(gòu)處于可靠可靠狀態(tài)；狀態(tài)； （1-1a1-1a） z zr rs s z =0 z =0 結(jié)構(gòu)達(dá)到結(jié)構(gòu)達(dá)到極限極限狀態(tài)；狀態(tài)； （1-1b1-1b） z z0 0 結(jié)構(gòu)處于結(jié)構(gòu)處于失效失效狀態(tài)；狀態(tài)； （1-1c1-1c） 判斷結(jié)構(gòu)是否可靠，要看結(jié)構(gòu)是否達(dá)到極限狀態(tài)，判斷結(jié)構(gòu)是否可靠，要看結(jié)構(gòu)是否達(dá)到極限狀態(tài)， 為此，通

20、常將下式：為此，通常將下式： z zg(rg(r，s)s)r rs s0 0 稱為稱為極限狀態(tài)方程極限狀態(tài)方程。 概率極限狀態(tài)設(shè)計原理1.4 1.4 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法p ps spz0pz0 （1-2a1-2a） 結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率-失效概率，失效概率，用用p pf f表示，則：表示，則：p pf fpz0pz0 （1-2b1-2b） 結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)、在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)、在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率功能的概率-可靠度可靠度，用，用p ps s表示，則：表示，則： 由于可靠度由于可

21、靠度z0z0與失效概率與失效概率zz0 0是兩個是兩個相反的概率，所以兩者的關(guān)系應(yīng)滿足相反的概率，所以兩者的關(guān)系應(yīng)滿足: : p ps s p pf f 1 1 或或 p ps s1- p1- pf f1.4 1.4 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法 結(jié)構(gòu)的可靠度結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。及結(jié)構(gòu)不失效（z0） 若可靠概率記為ps，失效概率記為pf ；則：ps+ pf =1 結(jié)構(gòu)的可靠度通常受荷載、材料性能、幾何參數(shù)和計算公式精確性等因素的影響。這些具有隨機(jī)性的因素稱為“基本變量”。對于一般建筑結(jié)構(gòu)，可以歸并為荷載效應(yīng)(s)和結(jié)構(gòu)抗力（

22、r），并設(shè)這二者服從正態(tài)分布，這樣z=r-s也是正態(tài)分布。以代表平均值，以代表標(biāo)準(zhǔn)差，可進(jìn)行概率分析得： 值越大，pf 就越小。)(1fspp22srsrf(z)f(z)z z圖圖1-17 1-17 與與的對應(yīng)關(guān)系的對應(yīng)關(guān)系p pf fzz=r-sz=r-sp pf f1.4 1.4 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法 從圖中可以看出從圖中可以看出與與p pf f 間存在著一一對應(yīng)關(guān)系間存在著一一對應(yīng)關(guān)系, ,即即: : 1). 1).減小減小時時，陰影部分的面積增大，即失效概率，陰影部分的面積增大，即失效概率p pf f增大增大； 2).2).增大增大時，陰影部

23、分的面積減少，亦即失效概率時，陰影部分的面積減少，亦即失效概率p pf f減小減小。 說明說明可以作為衡量結(jié)構(gòu)可以作為衡量結(jié)構(gòu)可靠度可靠度的一個數(shù)量指標(biāo)的一個數(shù)量指標(biāo)。f(z)f(z)z z圖圖1-17 z 1-17 z 的概率密度函數(shù)曲線的概率密度函數(shù)曲線p pf fzz=r-sz=r-s 可靠度指標(biāo)可靠度指標(biāo)? ? ? ?zz（1-51-5）失效 可靠zpsps1.4 1.4 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法 規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的值可以稱之為目標(biāo)可靠指標(biāo)。目標(biāo)可靠指標(biāo)的取值從理論上說應(yīng)根據(jù)各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性、破壞性質(zhì)及失效后果，以優(yōu)化方法確定。但是，實(shí)際上這些

24、因素還難以找到合理的定量分析方法。因此，目前各個國家在確定目標(biāo)可靠指標(biāo)時都采用“校準(zhǔn)法”，通過對原有規(guī)范作反演算，找出隱含在現(xiàn)有工程結(jié)構(gòu)中相應(yīng)的可靠指標(biāo)值，經(jīng)過綜合分析后確定設(shè)計規(guī)范中相應(yīng)的可靠指標(biāo)值。這種方法的實(shí)質(zhì)是從整體上繼承原有的可靠度水準(zhǔn)，是一種穩(wěn)妥可行的辦法。1.4 1.4 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各類構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時的可靠指標(biāo)見表1-3，一般的工業(yè)與民用建筑的安全等級屬于二級。鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度破壞和大多數(shù)失穩(wěn)破壞都具有延性破壞性質(zhì)，所以鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計的目標(biāo)可靠指標(biāo)一般為3.2。但是也有少數(shù)情況，主要是某些殼體結(jié)構(gòu)和圓管壓桿及一部分方管壓桿失穩(wěn)時具有脆性破壞特征。對這些構(gòu)件，可靠指標(biāo)按表1-3應(yīng)取3.7。疲勞破壞也具有脆性特征，但我國現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范對疲勞計算仍然采用容許應(yīng)力法。鋼結(jié)構(gòu)連接的承載能力極限狀態(tài)經(jīng)常是強(qiáng)度破壞而不是屈服，可靠指標(biāo)應(yīng)比構(gòu)件為高，一般推薦用4.5。破壞類型安全等級一級二級三級延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2 目標(biāo)可靠指標(biāo) 表1-21.4 1.4 鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)和概率極限狀態(tài)法1.4.4 設(shè)計表達(dá)式式中 sgk和sqk按規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值算得的永久荷載的效 應(yīng)和可變荷載的效應(yīng)