鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理與材料設(shè)計(jì)二

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理4.了解桿件和板件穩(wěn)定的基本理論，理解影響穩(wěn)定性的主要因素及提高穩(wěn)定性的措施；3.掌握鋼結(jié)構(gòu)用鋼的主要性能及其主要影響因素，并能正確地選擇鋼材；2.理解“鋼結(jié)構(gòu)”的計(jì)算方法；1.了解鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展概況,掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；本課程的基本要求5.掌握各種連接（焊接、螺栓連接）和各類構(gòu)件(梁、柱和屋架)的工作性能、破壞特征及其設(shè)計(jì)的基本方法。6.理解構(gòu)件間的連接方法、力的傳遞方式和過(guò)程以及構(gòu)造原則；教學(xué)參考書(shū)及規(guī)范:1.鋼結(jié)構(gòu)

肖亞明主編合肥工業(yè)大學(xué)出版社2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

（GB50017-2003)7.熟悉與土木工程相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。3.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范

（GB50205-2001)第一章緒論大綱要求1.掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。2．理解鋼結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法，掌握其設(shè)計(jì)表達(dá)式的應(yīng)用。3．了解鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)和問(wèn)題?！?.1鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍1.輕質(zhì)高強(qiáng);

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(duì)越輕。鋼材：a=1.7～3.7×10-4/m；

木材：a=5.4×10-4/m；鋼砼：a=18×10-4/m；一、鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

2.鋼材的塑性和韌性好；

塑性和韌性是概念上完全不同的兩個(gè)物理量。

塑性——承受靜力荷載時(shí)，材料吸收變形能的能力。

塑性好，會(huì)使結(jié)構(gòu)一般情況下不會(huì)由于偶然超載而突然斷裂，給人以安全保證；

韌性——承受動(dòng)力荷載時(shí)，材料吸收能量的多少。

韌性好，說(shuō)明材料具有良好的動(dòng)力工作性能。

3.材質(zhì)均勻、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4.制作、安裝簡(jiǎn)便，工期短，符合工業(yè)化要求;

國(guó)家大劇院屋架安裝鋼結(jié)構(gòu)住宅5、密閉性好，不滲漏;6、鋼材耐熱性好，耐火性差;

當(dāng)結(jié)構(gòu)表面長(zhǎng)期受輻射熱達(dá)150℃以上或在短時(shí)間內(nèi)可能受到火焰作用時(shí)，須采用隔熱和防火措施。7、鋼材耐腐蝕性差。二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍1.大跨度結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)橋梁大連會(huì)展中心明石海峽大橋單層廠房多層工業(yè)廠房2.工業(yè)廠房金陵石化總廠3.承受動(dòng)力荷載及地震作用的結(jié)構(gòu)4.高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)金茂大廈88層420米帝王大廈東京千年塔5.道路、橋梁結(jié)構(gòu)6.水利、水工結(jié)構(gòu)海上石油平臺(tái)船閘門(mén)攔污柵(1).波紋拱殼結(jié)構(gòu)7.輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(2)門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)（3）多層環(huán)輕型房影屋建筑活動(dòng)車(chē)庫(kù)8.可拆卸爛、移動(dòng)成房屋及移動(dòng)結(jié)胃構(gòu)9.構(gòu)筑物10.建筑潮小品§1鄉(xiāng)豐.2鋼結(jié)構(gòu)費(fèi)的設(shè)計(jì)便方法一、辣鋼結(jié)攝構(gòu)設(shè)領(lǐng)計(jì)方悉法的追演變1.傳統(tǒng)膨的容路許應(yīng)責(zé)力方布法從20世紀(jì)初奪到20世紀(jì)5O年代，晌鋼結(jié)構(gòu)隱采用安全系逝數(shù)法辟設(shè)計(jì)色，即:N--構(gòu)件截揉面的內(nèi)暫力；A--構(gòu)件截特面幾何莊特征；F--鋼材的吩最大強(qiáng)脾度；K-怕-大于1的安和全系挎數(shù)；[σ史]-謀-鋼材的等容許應(yīng)茶力。2.概率極藝限狀態(tài)要設(shè)計(jì)方笨法(1)極限嚇狀態(tài)：當(dāng)結(jié)構(gòu)乏或其組脂成部分輔超過(guò)某話一特定派狀禁態(tài)就不北能滿足礦設(shè)計(jì)規(guī)脾定的某祖一功能暫要求時(shí)羞，此特佩定狀態(tài)廊稱為結(jié)索構(gòu)的極艙限狀態(tài)批。(2題)極限舞狀態(tài)骨分為行兩類轉(zhuǎn)：b.正常侄使用極限裙?fàn)顟B(tài):包括孔：影響除正常變使用灑或外尸觀的脂變形罰、影罵響正章常使觀用的飲振動(dòng)籌、影割響正炒常使乒用的帖或耐功久性偶的局巧部破等壞等閘狀態(tài)。a.承載能響力極限狀巖態(tài):包括楚：強(qiáng)度叢破壞摧、疲曠勞破飾壞、籠不適澆于繼體續(xù)承魯載的宋變形恭、失稀穩(wěn)、艱傾覆旁、變害為機(jī)鄙動(dòng)體載系等胃狀態(tài)炊。(3)根據(jù)鍬應(yīng)用移概率虛分析液的程鄭度不謹(jǐn)同，路可分朝為三避種水削準(zhǔn)：半概頑率極茅限狀炒態(tài)設(shè)刮計(jì)方屆法;近似概璃率極限趕狀態(tài)設(shè)窗計(jì)方法;全概坐率設(shè)落計(jì)方吳法。a.半概率播極限狀斃態(tài)設(shè)計(jì)儲(chǔ)方法;1).三系數(shù)過(guò)法（當(dāng)肅時(shí)稱婦為計(jì)算午極限毒狀態(tài)簽法）:19第57年至197摘3年我紋國(guó)鋼佩結(jié)構(gòu)握設(shè)計(jì)揪采用菌半概霉率的弓分項(xiàng)兇系數(shù)少法,結(jié)構(gòu)設(shè)踩計(jì)中引皆入三個(gè)友分項(xiàng)系界數(shù)，即:荷載分爭(zhēng)項(xiàng)系數(shù)--考慮荷驅(qū)載的不塘定性;材料脅分項(xiàng)述系數(shù)--考慮材嶼料的不喚均性;工作墨條件泡系數(shù)--考慮結(jié)乓構(gòu)及構(gòu)蘭件的工售作特點(diǎn)瘦以及某那些假定果的計(jì)算柴簡(jiǎn)圖與深實(shí)際情青況不完躍全相符雀等因素。2)計(jì)算持公式N--構(gòu)件季截面范的內(nèi)征力；A--構(gòu)件截肚面幾何嚼特征；K1--荷載系干數(shù)；K2--材料系饞數(shù);K3--調(diào)整系快數(shù)；fyk--鋼材的壤屈服強(qiáng)佩度標(biāo)準(zhǔn)勉值；[σ]均--鋼材容西許應(yīng)力b、近植似概療率極宋限狀窄態(tài)設(shè)保計(jì)法（現(xiàn)行潤(rùn)鋼結(jié)構(gòu)石設(shè)計(jì)規(guī)暖范(GB虎500蔬17－20福03診)）結(jié)構(gòu)的春工作性錘能可用碧結(jié)構(gòu)的“功能函詠數(shù)”來(lái)描拜述：Z＝g（X1，X2，…，Xn）（1－3）式中深：g（·）--結(jié)構(gòu)碎的功臉能函孫數(shù)；Xi(i＝1，2,…,n)遵--影響結(jié)違構(gòu)可靠漁性的各完物理量頸。將各因容素概括仗為兩個(gè)覽綜合隨榜機(jī)變量--結(jié)構(gòu)的敲抗力R、作用效騎應(yīng)S，則城公式祥（1-紡3）可蘿以寫(xiě)槳成：Z＝g（R，S）＝R－S（1-脫4）在實(shí)際太工程結(jié)旅構(gòu)中，控可能出幼現(xiàn)下列清三種情蛛況：Z＞0表示重結(jié)構(gòu)稀處于可靠狀態(tài)；Z＝0表示耐結(jié)構(gòu)抱處于極限狀態(tài)Z＜0表示結(jié)搭構(gòu)處于失效狀態(tài)；判斷幣結(jié)構(gòu)掌是否哄可靠纖，要濾看結(jié)南構(gòu)是鋼否達(dá)原到極卸限狀探態(tài)，為此，覺(jué)通常將尤下式：Z＝g(R，S)＝R－S＝0(1-顫5)稱為極限而狀態(tài)肥方程。結(jié)構(gòu)拼能完俘成預(yù)精定功鼠能的遼概率(可靠高度)用Ps表示箭，則百：Ps＝P{皇Z≥興0}（1-6）結(jié)構(gòu)不足能完成輩預(yù)定功渣能的概歌率(失效概做率)用Pf表示，蠻則：Pf＝P{Z歷<0｝（1-解7）由于事暈件｛Z≥0｝與級(jí)事件{Z＜0｝是對(duì)喝立事件供，所以駱結(jié)

構(gòu)散的可靠曉度與結(jié)分構(gòu)的失結(jié)效概率蹲滿足:Ps＋Pf＝1或Ps＝1-卡Pf（1-領(lǐng)8）因?yàn)镽和S都是隨啟機(jī)變量青，且假減定都服過(guò)從正態(tài)大分布，碧由概率論爬原理知助功能函信數(shù)Z=景R-污S也服從掩正態(tài)分慮布,則:令：Z、R、S的平均踏值分別三為μz、μR、μs，標(biāo)赤準(zhǔn)方掙差分別為σz、σR、σs，則:f(z)PfμzZ的概率密度曲線Z=R-S

失效可靠因σz＞0，故：因服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，故上式又可寫(xiě)成：式中:φ(·)-鏡-標(biāo)準(zhǔn)茂正態(tài)生函數(shù)濫；f(z)μzZ的概率密度曲線PfZ=R-S從圖中宅可以看薯出β與失尿效概未率Pf間存囑在著釣一一偷對(duì)應(yīng)蔑關(guān)系,即:1).β減小時(shí)，陰逃影部輪分的面鵲積增最大，龜即失趙效概率Pf增大；2)伐.β增大時(shí)，陰該影部分的面濱積減披少，駐亦即果失效概率Pf減小。說(shuō)明β可以痰作為建衡量墊結(jié)構(gòu)可靠度的一個(gè)婚數(shù)量指標(biāo)。β—可靠度仿指標(biāo)f(z)μzZ的概率密度曲線PfZ=R-S

失效可靠標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布時(shí)與的對(duì)應(yīng)值4.03.17X10-53.71.08X10-43.26.87X10-41.35X10-33.0β的計(jì)鍬算:將式(1-肚10)、(1-費(fèi)11)代入β的定糾義式得：c.全概淘率設(shè)捎計(jì)法對(duì)結(jié)構(gòu)非的各種考基本變逼量均采任用隨機(jī)炸變量或呢隨機(jī)過(guò)糧程來(lái)描真述，對(duì)家結(jié)構(gòu)進(jìn)策行精確艇的概率離分析，從求得結(jié)攤構(gòu)最優(yōu)禽失效概敢率作為惜結(jié)構(gòu)可剝靠度的膀直接度差量。二、鋼弱結(jié)構(gòu)設(shè)悟計(jì)表達(dá)睛式a.采用以平概率理衰論為基您礎(chǔ)的極壇限狀態(tài)是設(shè)計(jì)方詳法(疲勞膊問(wèn)題廳除外)，用騎分項(xiàng)

b.

結(jié)構(gòu)的可靠度用可靠度指標(biāo)來(lái)度量，并以分項(xiàng)系數(shù)的形式考慮。（一梳）按承緣瑞載能認(rèn)力極從限狀玻態(tài)設(shè)雖計(jì)應(yīng)考心慮荷闊載效爐應(yīng)的猜基本徹組合井或偶依然組糠合進(jìn)怪行荷載（顛效應(yīng)全）組維合，卸采用夫下列捆表達(dá)往式設(shè)搭計(jì)：式中謀：γo--結(jié)構(gòu)重鉗要性系哀數(shù)；S飛--荷載效存應(yīng)（組填合）的仍設(shè)計(jì)值分；R捷--鋼結(jié)構(gòu)潮構(gòu)件或振連接材留料抗力橡的設(shè)計(jì)偏值。荷載珠效應(yīng)爆組合豆如下粥：2.由永開(kāi)久荷價(jià)載效唉應(yīng)控娛制的肚組合甚：3.荷載農(nóng)分項(xiàng)心系數(shù)成取值主如下歡：1.由可廟變荷毒載效敵應(yīng)控逢制的孕組合班：（1）永久脹荷載分禮項(xiàng)系數(shù)當(dāng)其竿效應(yīng)宗對(duì)結(jié)稈構(gòu)不神利時(shí)--對(duì)可閘變荷膏載效彩應(yīng)控休制的興組合未，應(yīng)檔取1.阿2;--對(duì)永久緒荷載效類應(yīng)控制凍的組合磁，應(yīng)取1.3敢5;當(dāng)其破效應(yīng)斗對(duì)結(jié)未構(gòu)有你利時(shí)--一般擁情況叛下應(yīng)盤(pán)取1.穴0；--對(duì)結(jié)構(gòu)絨的傾覆糟、滑移湖或漂浮基驗(yàn)算，匠應(yīng)取0.9。（2）可詳變荷分載的旦分項(xiàng)縣系數(shù)--一般情陶況下應(yīng)匆取1.4；--對(duì)標(biāo)準(zhǔn)六值大于4kN丈/m2的工業(yè)逝房屋樓破面結(jié)構(gòu)爺?shù)幕詈奢d俗標(biāo)準(zhǔn)值旱應(yīng)取1.3。對(duì)于栽鋼結(jié)循構(gòu)這君種單替一材專料，鴨可以旺將荷瀉載效滔應(yīng)表治達(dá)式絨用應(yīng)券力形柴式表牲示?？勺兒杀孑d起控由制作用喪時(shí)：永久炒荷載起控掀制作魄用時(shí)究：式中：4、鋼結(jié)康構(gòu)構(gòu)件俯承載能組力極限邁狀態(tài)設(shè)論計(jì)表達(dá)趟式--鋼材或挑連接材堅(jiān)料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。--鋼材似或連圾接材孕料強(qiáng)造度標(biāo)準(zhǔn)聾值。--鋼材或題連接材夢(mèng)料抗力牧分項(xiàng)系縫數(shù)，對(duì)暈于Q23休5鋼γR=1.勁087;Q3英45、Q3判90、Q42呼0鋼γR=1吃.1曬11。鋼結(jié)構(gòu)漸規(guī)范給乎出了各白類鋼材拘和連接愿的強(qiáng)度滾設(shè)計(jì)值狹。(二)正常使法用極限護(hù)狀態(tài)1.對(duì)于正秒常使用謀極限狀飽態(tài)，要咬求分別驕采用荷載的焰標(biāo)準(zhǔn)組宋合、頻素遇組合月和準(zhǔn)永賓久組合，并使鳴變形等溜不超過(guò)格相應(yīng)的侮規(guī)定限霉值。νGk--永久荷句載標(biāo)準(zhǔn)斑值在結(jié)構(gòu)茄或結(jié)構(gòu)齒構(gòu)件中宵產(chǎn)生的變形陣值；νQ1k--第1個(gè)可變奸荷載費(fèi)的標(biāo)詠準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)受或結(jié)構(gòu)識(shí)構(gòu)件中產(chǎn)生釘?shù)淖兞w形值額（該豆值使廟計(jì)算未結(jié)果雕為最稿大）檔；νQi柱k--其他森第i個(gè)可宮變荷保載標(biāo)鞏準(zhǔn)值稠在結(jié)尸構(gòu)或古構(gòu)件