鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法

1、Steel Structure第第3 3章鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法章鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法導(dǎo)學(xué)提示導(dǎo)學(xué)提示本章主要介紹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的，鋼結(jié)構(gòu)的根本計本章主要介紹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的，鋼結(jié)構(gòu)的根本計算方法算方法容許應(yīng)力設(shè)計法、概率設(shè)計法、概率極限容許應(yīng)力設(shè)計法、概率設(shè)計法、概率極限狀態(tài)設(shè)計法的計算表達式。狀態(tài)設(shè)計法的計算表達式。Steel Structure本章要求本章要求1.理解鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的；2.了解容許應(yīng)力設(shè)計法；3.了解概率設(shè)計法的設(shè)計表達式；4. 理解概率極限狀態(tài)設(shè)計方法的設(shè)計表達式，掌握在不同極限狀態(tài)下荷載的計算。 Steel Structure關(guān)鍵知識關(guān)鍵知識1.概率極限狀態(tài)設(shè)計方法的設(shè)計表達式

2、。 重點講解重點講解1.概率極限狀態(tài)設(shè)計方法的設(shè)計表達式。 難點解析難點解析 1.極限狀態(tài)的概念和分類； 2.概率極限狀態(tài)設(shè)計方法的設(shè)計表達式。 Steel Structure3.1 3.1 概述概述 3.1.1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的 結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的在于使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的在于使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi)，滿足預(yù)定功能的根底上，要求既能平安年限內(nèi)，滿足預(yù)定功能的根底上，要求既能平安可靠的工作，又經(jīng)濟合理。可靠的工作，又經(jīng)濟合理。 1平安性 結(jié)構(gòu)能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種荷載及其它作用(如溫度變化、根底不均沉降等；當(dāng)發(fā)生爆炸、撞擊、人為錯誤等偶然事件時，結(jié)構(gòu)能保持

3、必需的整體穩(wěn)固性，不出現(xiàn)與起因不相稱的破壞后果，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，在規(guī)定的時間內(nèi)可保持足夠的承載力。Steel Structure 2適用性 指結(jié)構(gòu)在正常使用條件下，滿足預(yù)定使用要求的能力。例如不產(chǎn)生影響正常使用的過大變形等。 3耐久性 結(jié)構(gòu)在正常的維護下，應(yīng)隨時間的變化仍能滿足預(yù)定的功能要求，例如不發(fā)生嚴重侵蝕而影響結(jié)構(gòu)的使用壽命等。 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)定功能的能力稱為結(jié)構(gòu)的可靠性規(guī)定時間是指結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限，規(guī)定條件，是指正常設(shè)計、正常施工、正常使用和維護的條件，不包括非正常的，例如人為的錯誤等。 Steel Structuren1.結(jié)構(gòu)上的作

4、用n使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生效應(yīng)(M、N、V、T、f、)的各種因素的總和。n2.作用效應(yīng)( S )n結(jié)構(gòu)上的作用引起結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力和變形。 n S=CQn3.結(jié)構(gòu)抗力 R n結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受內(nèi)力和變形的能力。nR=f(、E、A、I )的函數(shù)。3.1.2 3.1.2 結(jié)構(gòu)上的作用和作用效應(yīng)結(jié)構(gòu)上的作用和作用效應(yīng) Steel Structuren4.結(jié)構(gòu)可靠工作的根本條件n結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能的工作狀態(tài)可用結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)Z來描述。SRZSteel Structure3.2 3.2 容許應(yīng)力設(shè)計法容許應(yīng)力設(shè)計法 容許應(yīng)力法由于采用一個定值的平安系數(shù)來衡量結(jié)構(gòu)的平安性，所以計算應(yīng)用簡便，是工程結(jié)構(gòu)中的一種保守的設(shè)計方法

5、，目前在公路、鐵路工程設(shè)計中仍在應(yīng)用。它的主要缺點是由于單一平安系數(shù)是一個籠統(tǒng)的經(jīng)驗系數(shù)，不從定量上度量結(jié)構(gòu)的可靠度，更不能使各類結(jié)構(gòu)的平安度到達同一水平，也未考慮荷載增大的不同比率或具有異號荷載效應(yīng)情況對結(jié)構(gòu)平安的影響，所以該方法對結(jié)構(gòu)可靠度的研究是處于以經(jīng)驗為根底的定性分析階段。 KSNsSteel Structure3.3 3.3 概率設(shè)計法概率設(shè)計法 3.3.1 3.3.1 半概率極限狀態(tài)設(shè)計法半概率極限狀態(tài)設(shè)計法 在概率設(shè)計法的研究過程中，首先考慮荷載和材料強度的不確定性，用概率的方法確定它們的取值，以經(jīng)驗確定分項系數(shù)，但仍沒有將結(jié)構(gòu)的可靠度與概率聯(lián)系起來，故稱為半概率極限狀態(tài)設(shè)計法

6、。 極限狀態(tài)定義：整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一局部超過某一特定狀態(tài)極限狀態(tài)定義：整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一局部超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計指定的某一功能要求，這個特定的狀態(tài)稱之就不能滿足設(shè)計指定的某一功能要求，這個特定的狀態(tài)稱之為該功能的極限狀態(tài)。為該功能的極限狀態(tài)。Steel Structure3.3.2 3.3.2 一次二階矩法一次二階矩法 1結(jié)構(gòu)的可靠度 結(jié)構(gòu)的可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量，即結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi)，在正常條件下，完成預(yù)定功能的概率。 結(jié)構(gòu)的可靠度是用可靠概率來描述的。 0)(dzZfPf失效概率： 可靠概率：0)(dzZfPSSteel Structure結(jié)構(gòu)的可靠指標 考慮到計算失效概

7、率比較復(fù)雜，故引入可靠指標代替失效概率來具體度量結(jié)構(gòu)的可靠性。Steel Structure3.4 3.4 概率極限狀態(tài)設(shè)計法概率極限狀態(tài)設(shè)計法 3.4.1 目前我國建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用的方法1.承載能力極限狀態(tài)n結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件到達最大承載能力或者到達不適于繼續(xù)承載的變形狀態(tài)，稱為承載能力極限狀態(tài)。n超過承載能力極限狀態(tài)后，結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件就不能滿足平安性的要求。Steel Structuren當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)以下狀態(tài)之一時，應(yīng)認為超過了承載能力極限狀態(tài)：n 結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過材料強度而破壞，或因過度變形而不適于繼續(xù)承載；n 整個結(jié)構(gòu)或其一局部作為剛體失去平衡如傾覆等；n 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體

8、系；n 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定如壓屈等；n 結(jié)構(gòu)因局部破壞而發(fā)生連續(xù)倒塌；n 地基喪失承載力而破壞如失穩(wěn)等；n 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞破壞。Steel Structure 2.正常使用極限狀態(tài) 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件到達正常使用或耐久性能中某項規(guī)定限度的狀態(tài)稱為正常使用極限狀態(tài)。超過了正常使用極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件就不能保證適用性和耐久性的功能要求。當(dāng)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)以下狀態(tài)之一時，應(yīng)認為超過了正常使用極限狀態(tài)： 影響正常使用或外觀的變形如過大變形、過寬裂縫等； 影響正常使用或耐久性能的局部損壞； 影響正常使用的振動； 影響正常使用的其他特定狀態(tài)。Steel Structure現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準除疲

9、勞計算外，采用以概率理論為根底的極限狀態(tài)設(shè)計方法，用分項系數(shù)的設(shè)計表達式進行計算。fniQiKciQiKQQGKG2110fniQiKciQiGKG103.4.2 承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計表達式 2永久荷載效應(yīng)控制的組合 1.承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)的根本組合 1可變荷載效應(yīng)控制的組合Steel Structure 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對平安等級為一級或設(shè)計使用年限為 100年及以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.1；對平安等級為二級 或設(shè)計使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.0；對平安 等級為三級或設(shè)計使用年限為5年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于0.9；0GKKQ 1QiK永久荷載標準值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)

10、生的應(yīng)力；起控制作用的第一個可變荷載標準值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力(該值使計算結(jié)果為最大)；其他第i個可變荷載標準值在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面或連接中產(chǎn)生的應(yīng)力；Steel Structure 永久荷載分項系數(shù)，當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載 能力不利時取l.2，但當(dāng)永久荷載效應(yīng)控制的組合時取1.35 。當(dāng)永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力有利時，取為1.0 ；驗算結(jié)構(gòu)傾覆、滑移或漂浮時取0.9；GQiQ,1ci 第1個和其他第i個可變荷載分項系數(shù)，當(dāng)可變荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不利時，取1.4(當(dāng)樓面活荷載大于4.0kNm2時，取1.3)；有利時，取為0；第i個可變荷載的組合值系數(shù)，可按荷載標

11、準的規(guī)定采用。Steel StructurefniQiKQiGKG10fniQiKciQiGKG10 2.對于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可采用簡化式計算1可變荷載效應(yīng)控制的組合2永久荷載效應(yīng)控制的組合簡化式中采用的荷載組合值系數(shù)，一般情況下可采用0.9；當(dāng)只有一個可變荷載時，取為1.0。Steel Structure QiKniciKQGK21GKKQ 1QiK 3.4.3 正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計表達式 正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)的標準組合永久荷載的標準值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值；起控制作用的第一個可變荷載的標準值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值(該值使計算結(jié)果為最大)；其他第i個可變荷載標準值在

12、結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的容許變形值。Steel Structuren注意：注意：n1.1.正常使用極限狀態(tài)下應(yīng)采用正常使用極限狀態(tài)下應(yīng)采用荷載標準值荷載標準值n2.2.承載力極限狀態(tài)下應(yīng)采用承載力極限狀態(tài)下應(yīng)采用荷載設(shè)計值荷載設(shè)計值n3.3.二者之間關(guān)系二者之間關(guān)系: :n荷載設(shè)計值荷載設(shè)計值= =荷載標準值荷載標準值荷載分項系數(shù)荷載分項系數(shù)Steel StructureSteel StructureSteel Structuren鋼材的強度設(shè)計值鋼材的強度設(shè)計值 fy /R n 砌體結(jié)構(gòu)材料抗力分項系數(shù)砌體結(jié)構(gòu)材料抗力分項系數(shù) R = 1.6 1.6、1.81.8nR R 混凝土結(jié)構(gòu)材料抗力分項系數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)材料抗力分項系數(shù) R =1.41.4n 鋼結(jié)構(gòu)材料抗力分項系數(shù)鋼結(jié)構(gòu)材料抗力分項系數(shù) Q235 R =1.087 n Q345 Q390 Q420 R=1.111n根據(jù)厚度或直徑進行分組。厚度越小，強度越高根據(jù)厚度或直徑進行分組。厚度越小，強度越高n鋼材的抗壓、抗拉、抗彎強度設(shè)計值相同鋼材的抗壓、抗拉、抗彎強度設(shè)計值相同 fn