鋼結(jié)構(gòu)課件-第一章

鋼

結(jié)

構(gòu)前言我國(guó)是最早應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的國(guó)家，但是歷史的原因致使現(xiàn)代建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及發(fā)展與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，已有相當(dāng)大的差距，最大的差距在于建筑鋼結(jié)構(gòu)。96年我國(guó)鋼產(chǎn)量已開(kāi)始超億噸，居世界首位，為鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)鋼材的使用已由“節(jié)約使用”變?yōu)椤昂侠碛娩摗?、“加大建筑用鋼”?7年新發(fā)布的《中國(guó)建筑技術(shù)政策》中強(qiáng)調(diào)要重點(diǎn)發(fā)展建筑鋼結(jié)構(gòu)，國(guó)家相關(guān)部門也多次發(fā)布文件，要求擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)住宅的市場(chǎng)占有率。當(dāng)今我國(guó)建筑業(yè)中發(fā)展最快的就是鋼結(jié)構(gòu)，最缺的人才也是鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)以帶動(dòng)其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已成為建筑業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)。隨著高層建筑鋼結(jié)構(gòu)、大跨度鋼結(jié)構(gòu)、輕型鋼結(jié)構(gòu)及大型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物的發(fā)展和應(yīng)用日漸廣泛，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用必然有較大發(fā)展趨勢(shì)。無(wú)論是在校學(xué)生還是工程技術(shù)人員對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)興趣日漸濃厚，從而日益顯示出本課程學(xué)習(xí)的重要性和積極性。課程性質(zhì)和目的《鋼結(jié)構(gòu)》為土木工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)主干課，是為培養(yǎng)學(xué)習(xí)者在鋼結(jié)構(gòu)方面的基本理論知識(shí)和設(shè)計(jì)應(yīng)用能力而設(shè)置的一門課程。課程的目的是使學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，了解鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和計(jì)算方法，深刻理解鋼材的基本性能，能較全面地掌握鋼結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)件和連接的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件、壓彎構(gòu)件以及鋼結(jié)構(gòu)連接的計(jì)算方法；同時(shí)在掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理基礎(chǔ)上，熟悉鋼結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)體系以及構(gòu)造特點(diǎn)等，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)服務(wù)。

前續(xù)課程《鋼結(jié)構(gòu)》專業(yè)知識(shí)是建立在材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等理論的基礎(chǔ)上，故其前續(xù)課程主要為：《建筑材料》、《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《單層工業(yè)廠房》、《材料力學(xué)》、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》等課程。此外，還要求學(xué)生具有畫(huà)法幾何與工程制圖、房屋建筑學(xué)等方面的知識(shí)，以便于學(xué)習(xí)者對(duì)各種結(jié)構(gòu)表達(dá)方法和構(gòu)造形式的認(rèn)識(shí)。教學(xué)要求1、了解鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、歷史現(xiàn)狀及應(yīng)用發(fā)展前景；2、掌握鋼結(jié)構(gòu)材料的工作性能；3、掌握鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件及連接的性能、受力分析與設(shè)計(jì)計(jì)算方法；4、掌握單層廠房屋蓋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；5、了解鋼結(jié)構(gòu)體系的組成原理和典型結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。6、了解鋼橋梁結(jié)構(gòu)的組成形式。鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)方法根據(jù)教學(xué)大綱要求，課程只講鋼結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件、基本原理部分；本課程的特點(diǎn)：由于學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)少，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，理論性強(qiáng)（特別是穩(wěn)定理論），所以學(xué)習(xí)中要注意聯(lián)系自己的實(shí)際工作、生活中常見(jiàn)的應(yīng)用情況，加深理解；學(xué)習(xí)中要從機(jī)理理解一些理論問(wèn)題，做到舉一反三；多做習(xí)題與思考題，避免眼高手低。鋼結(jié)構(gòu)第一章緒論第二章鋼結(jié)構(gòu)材料的選用

第三章鋼結(jié)構(gòu)的連接第四章受彎構(gòu)件第五章軸心受力構(gòu)件第六章拉彎、壓彎構(gòu)件第七章單層廠房鋼屋蓋結(jié)構(gòu)第八章輕型門式剛架結(jié)構(gòu)第九章鋼結(jié)構(gòu)施工與施工圖識(shí)圖第一章緒論第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的組成和結(jié)構(gòu)類第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀與發(fā)展第四節(jié)《鋼結(jié)構(gòu)》課程的任務(wù)、內(nèi)容及學(xué)習(xí)方法第五節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理與方法第六節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用

鋼：鐵和碳的混合物，還有少量其他金屬用來(lái)改性，如鋁、硅等。

鋼結(jié)構(gòu)是由鋼板、熱軋型鋼和冷加工成型的薄壁型鋼和鋼管等構(gòu)件經(jīng)焊接、鉚接或螺栓連接組合而成的結(jié)構(gòu)以及以鋼索為主材建造的工程結(jié)構(gòu)。

與其他材料的結(jié)構(gòu)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）鋼材強(qiáng)度高，韌性、塑性好——適用于建大跨、高聳、高層、荷載大的、反復(fù)荷載作用的結(jié)構(gòu)；（2）質(zhì)量輕，強(qiáng)重比大，可降低基礎(chǔ)造價(jià)，方便施工吊裝，對(duì)抗震有利——大跨、抗震結(jié)構(gòu)；對(duì)可變荷載敏感；（3）材質(zhì)均勻，符合力學(xué)假定，計(jì)算結(jié)果比較可靠，安全可靠度高——重要結(jié)構(gòu)、對(duì)抗震要求較高的結(jié)構(gòu)；（4）制造簡(jiǎn)單，工廠化生產(chǎn)，工業(yè)化程度高，施工速度快，施工周期短——加固、改建、可拆卸結(jié)構(gòu)；（5）鋼結(jié)構(gòu)密閉性好——連接的水密性和氣密性好，高壓容器、油庫(kù)、氣罐、管道等；（6）具有一定的耐熱性。（7）鋼材為可持續(xù)發(fā)展的材料——材料可做到100%回收，真正做到綠色無(wú)污染。鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)有：（1）鋼材耐熱但不耐火

150攝氏度時(shí)強(qiáng)度無(wú)變化，600攝氏度時(shí)強(qiáng)度約為0；規(guī)范規(guī)定鋼材表面溫度超過(guò)150后要加隔熱防護(hù)措施；鋼結(jié)構(gòu)的防火應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)（防火涂料、外包防火材料）；（2）鋼材易銹蝕，耐腐蝕性能差，維護(hù)費(fèi)用高

必須采取防銹措施（除銹后涂油漆或金屬鍍層等），不留死角，設(shè)計(jì)文件要注明所要求的鋼材除銹等級(jí)和用的涂料及厚度；（3）鋼結(jié)構(gòu)在低溫和其他條件下，可能發(fā)生脆性斷裂。（4）鋼材價(jià)格相對(duì)較貴

高層建筑的上部結(jié)構(gòu)造價(jià)：鋼10%，混凝土2%，差價(jià)占總投資的少，但優(yōu)勢(shì)多（工期短、有效使用面積多、基礎(chǔ)造價(jià)低、抗震好等）。鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

1、大跨度結(jié)構(gòu)

上海體育館又稱為萬(wàn)人體育館，坐落在漕溪北路。1976年建，占地10.6公頃。體育館的主體是圓形的比賽館，直徑110米，高33米，頂蓋采用馬鞍型環(huán)形大懸挑鋼管網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，用9000多根無(wú)縫鋼管和938只鋼球拼焊而成，重達(dá)660噸，比賽館的面積為31，000平方米，大廳有座位18000余個(gè)。設(shè)備新穎，有活動(dòng)看吧，折迭式的籃球架，程序控制的調(diào)節(jié)設(shè)備，空氣調(diào)節(jié)設(shè)備，光電控制系統(tǒng)控制的計(jì)時(shí)記分牌等，各種國(guó)際比賽經(jīng)常在這里舉行。

國(guó)家體育場(chǎng)坐落在奧林匹克公園中央?yún)^(qū)平緩的坡地上，場(chǎng)館設(shè)計(jì)如同一個(gè)的容器，高地起伏變化的外觀緩和了建筑的體量感，并賦予了戲劇性和具有震撼力的形體，國(guó)家體育場(chǎng)的形象完美純凈，外觀即為建筑的結(jié)構(gòu)，立面與結(jié)構(gòu)達(dá)到了完美的統(tǒng)一。結(jié)構(gòu)的組件相互支撐，形成了網(wǎng)絡(luò)狀的構(gòu)架，它就象樹(shù)枝編織的鳥(niǎo)巢。體育場(chǎng)的空間效果即具有前所未有的獨(dú)創(chuàng)性，卻又簡(jiǎn)潔而典雅，它為2008年奧運(yùn)會(huì)樹(shù)立了一座獨(dú)特的歷史性的標(biāo)志性建筑，國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”近觀效果。

國(guó)家體育場(chǎng)建筑體形上像鳥(niǎo)巢。可容納10萬(wàn)人。平面為橢圓形,長(zhǎng)軸340m，短軸292m。屋蓋中間有一個(gè)146m×76m的開(kāi)口，這部分設(shè)計(jì)成開(kāi)合屋蓋。采用加肋薄壁箱形截面。由瑞士赫爾佐格-德梅隆建筑事務(wù)所與中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合提出的方案。屋頂結(jié)構(gòu)采用鋼桁架懸挑結(jié)構(gòu)。屋蓋主體結(jié)構(gòu)是兩向不規(guī)則斜交的平面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架外形呈微彎形雙曲拋物面，周邊支承在不等高的24根立體桁架柱上，每榀桁架與約為140X70m長(zhǎng)橢圓內(nèi)環(huán)相切或接近相切。這是目前在設(shè)計(jì)、施工的世界上最大跨度的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。實(shí)景效果圖國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”方案的編織狀鋼結(jié)構(gòu)造型十分獨(dú)特，卻相應(yīng)地極大提高了施工難度和造價(jià)。一項(xiàng)名為“奧運(yùn)場(chǎng)館結(jié)構(gòu)選型及優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)”的課題，通過(guò)大幅減輕建筑鋼結(jié)構(gòu)自身重量的方法為“鳥(niǎo)巢”結(jié)構(gòu)“瘦身減負(fù)”。

該課題針對(duì)國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”結(jié)構(gòu)的初步優(yōu)化設(shè)計(jì)認(rèn)證目前已完成，將為“鳥(niǎo)巢”破土動(dòng)工之后的建筑施工方案提供可行性參照?！傍B(niǎo)巢”初始方案的用鋼量估計(jì)在13.6萬(wàn)噸左右，將直接造成造價(jià)高、施工難度大等不良后果。因此，降低“鳥(niǎo)巢”的結(jié)構(gòu)自重勢(shì)在必行。進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，必須要尊重建筑師的原創(chuàng)思想。

據(jù)介紹，在“瘦身減負(fù)”過(guò)程中，專家們將在保持建筑外形和構(gòu)件外廓尺寸的前提下，通過(guò)根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面厚度，采取局部構(gòu)造性增強(qiáng)等措施，為場(chǎng)館進(jìn)行整體的科學(xué)“瘦身”，以達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)自重的目的。經(jīng)過(guò)優(yōu)化，“鳥(niǎo)巢”結(jié)構(gòu)自重可降低至5.3萬(wàn)噸左右，減重8.3萬(wàn)噸，降幅達(dá)60%，將大大降低建筑成本。

“鳥(niǎo)巢”結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的對(duì)比顯示，“瘦身”后的場(chǎng)館各項(xiàng)性能指標(biāo)均得到提高。如優(yōu)化后的場(chǎng)館的負(fù)重變形大大減小，其穩(wěn)定性和穩(wěn)健性增強(qiáng)了，可抗8度地震。

在奧林匹克公園內(nèi)與國(guó)家體育場(chǎng)（“鳥(niǎo)巢”）緊鄰的國(guó)家游泳中心，有著一個(gè)迷人的名字“水的立方”?！胺健钡男螤?，與“鳥(niǎo)巢”的圓形對(duì)應(yīng)，構(gòu)成了中國(guó)傳統(tǒng)文化“天圓地方”的理想境界。同時(shí)，藍(lán)色的建筑材料“膜”，又將“水的立方”晶瑩剔透的形象巧妙表現(xiàn)出來(lái)。國(guó)家游泳中心-水的立方

位于北京人民大會(huì)堂西側(cè)，西長(zhǎng)安街以南，總占地面積近12公頃，總建筑面積近15萬(wàn)平方米，總投資26.88億元。該工程外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長(zhǎng)軸212.2m，南北短軸143.64m，總高度46.285。內(nèi)設(shè)歌劇院（2416席）、音樂(lè)廳（2017席）及戲劇院（1040席）及公共大廳等。屋面采用鈦金屬板，整個(gè)網(wǎng)殼外環(huán)繞人工湖（35500m2）,各種通道及入口均設(shè)在水下。設(shè)計(jì)為法國(guó)巴黎機(jī)場(chǎng)公司安德魯建筑師，北京市建筑設(shè)計(jì)研究院參與主體設(shè)計(jì)

，整體結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)6750t，195kg/m。

國(guó)家大劇院

2、工業(yè)廠房3、受動(dòng)力荷載影響的結(jié)構(gòu)4、多層和高層建筑

上海金茂大廈是由中國(guó)上海對(duì)外貿(mào)易中心股份有限公司獨(dú)家投資5.6億美元建設(shè)的一座88層的超高層大廈，矗立于上海浦東核心地區(qū)。建筑高度365米，建筑面積28.9萬(wàn)平方米，于1998年8月28日竣工?？傆娩摿?4000t，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。設(shè)計(jì)者為建筑界享負(fù)盛名的美國(guó)S.O.M建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所。該公司設(shè)計(jì)的大廈遍布世界各大城市，SOM憑著高度的技術(shù)及豐富的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，將金茂大廈設(shè)計(jì)成為一幢智能式辦公大樓，大廈內(nèi)設(shè)施齊備，包括最先進(jìn)的電訊設(shè)施、能容納各項(xiàng)資訊科技設(shè)施的實(shí)用間隔、達(dá)至頂級(jí)水平的會(huì)議設(shè)施及一個(gè)多功能的會(huì)議廳。

上海環(huán)球金融中心

由日本森大廈株式會(huì)社的全額子公司森海外株式會(huì)社及日本具有代表性的銀行、保險(xiǎn)公司、商社等36家企業(yè)，偕同政府系統(tǒng)機(jī)構(gòu)日本海外經(jīng)濟(jì)協(xié)力基金(OECF)聯(lián)合投資的上海環(huán)球金融中心，總投資逾750億日元。位于陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，建筑總面積335,420平方米，地下3層，地上94層。建成后的高度達(dá)460米。總用鋼量26000t，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱，目前正在施工基礎(chǔ)。

央視新臺(tái)址建設(shè)工程位于北京朝陽(yáng)區(qū)東三環(huán)中路、北京商務(wù)中心區(qū)的核心地段，占地面積18.7萬(wàn)平方米，總建筑面積55萬(wàn)平方米,230m。央視新臺(tái)址建設(shè)工程總投資約50億元人民幣，2003年10月開(kāi)工建設(shè)，2008年正式運(yùn)行。5、高聳結(jié)構(gòu)

高聳結(jié)構(gòu)包括塔架和桅桿結(jié)構(gòu)，如電視塔、微波塔、通訊塔等。

東方明珠廣播電視塔座落在上海浦東新區(qū)黃浦江畔，以其468米的高度成為亞洲第一高塔。它于1991年3月開(kāi)始建造，1994年11月完工，總重量達(dá)12萬(wàn)噸，總投資8.3億元人民幣。東方明珠塔由三根直徑為九米的擎天立柱、太空艙、上球體、下球體、五個(gè)小球、塔座和廣場(chǎng)組成。

東京千年塔巴黎的埃菲爾鐵塔信號(hào)塔6、可拆卸或移動(dòng)的結(jié)構(gòu)海上采油平臺(tái)7、活動(dòng)式結(jié)構(gòu)三峽工程的永久船閘8、容器和其他構(gòu)筑物大連西太平洋石化有限公司1500立方米的鋼球罐9、輕型鋼結(jié)構(gòu)輕型鋼結(jié)構(gòu)10、鋼和混凝土的組合結(jié)構(gòu)11、特種結(jié)構(gòu)

中華世紀(jì)壇坐落在北京西長(zhǎng)安街延長(zhǎng)線上，占地4.5公頃，總建筑面積3.5萬(wàn)平方米，由主體結(jié)構(gòu)、青銅甬道、圣火廣場(chǎng)、過(guò)街橋、世紀(jì)大廳、藝術(shù)大廳等組成。中華世紀(jì)壇是為了迎接21世紀(jì)新千年而興建的。現(xiàn)主要作為中華世紀(jì)壇世界藝術(shù)館使用，是中國(guó)第一家以世界藝術(shù)為收藏、展示、研究對(duì)象的公益性國(guó)家文化事業(yè)機(jī)構(gòu)。

12、鋼橋蕪湖長(zhǎng)江大橋

該橋是一座公鐵兩用橋，鐵路橋全長(zhǎng)10521m，公路橋全長(zhǎng)5681m，正橋鋼梁長(zhǎng)2193.7m，大橋采用了連續(xù)鋼桁梁結(jié)構(gòu)，考慮到主跨達(dá)到180+312+180m，在橋上的低塔和鋼桁梁之間設(shè)置了斜拉索參與受力，因此，蕪湖長(zhǎng)江大橋也叫做連續(xù)鋼桁梁斜拉橋。

2003年建成通車，采用全鋼結(jié)構(gòu)，是世界上跨度最大的鋼結(jié)構(gòu)拱橋。施工過(guò)程中采用全鋼結(jié)構(gòu)焊接，使橋身顯得簡(jiǎn)潔、輕盈、流暢，就像一道彩虹橫跨于黃浦江上。上海盧浦大橋蘇格蘭福斯大橋13、住宅第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)建筑的現(xiàn)狀與發(fā)展鋼(steel)是鐵碳合金，人類采用鋼結(jié)構(gòu)的歷史和煉鐵、煉鋼技術(shù)的發(fā)展是密不可分的。早在公元前2000年左右，在人類古代文明的發(fā)祥地之一的美索不達(dá)米亞平原（位于現(xiàn)代伊拉克境內(nèi)的幼發(fā)拉底河和底格里斯河之間）就出現(xiàn)了早期的煉鐵術(shù)。

早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，我國(guó)的煉鐵技術(shù)已很盛行。我國(guó)是最早用鋼鐵建造承重結(jié)構(gòu)的國(guó)家1.鐵橋墩2.鐵鏈橋（如公元3~6世紀(jì)四川瀘定大渡河的瀘定橋）3.鐵塔（如建于1061年的湖北當(dāng)陽(yáng)玉泉寺的13層鐵塔）古代公元65年，漢明帝時(shí)代建造了鐵鏈懸橋——云南“蘭津橋”1705年建成的四川瀘定大渡河橋，橋?qū)?.8m，跨長(zhǎng)100m，由9根橋面鐵鏈和4根橋欄鐵鏈構(gòu)成，兩端系于直徑20cm、長(zhǎng)4m的生鐵鑄成的錨樁上。公元1061年（宋代）在湖北荊州玉泉寺建成的13層鐵塔近代十九世紀(jì)五十年代前為鑄鐵結(jié)構(gòu)，這是鋼結(jié)構(gòu)的前身結(jié)構(gòu)。1851年英國(guó)倫敦第一屆世博會(huì)的水晶宮是鑄鐵結(jié)構(gòu)的典型建筑(9萬(wàn)平米,6個(gè)月，用4500噸鑄鐵、10噸玻璃建成，1936年火毀)。它是英國(guó)工業(yè)革命時(shí)期的最具有代表性的建筑。1870年生產(chǎn)型鋼，標(biāo)志著人類社會(huì)開(kāi)始由鑄鐵結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為鋼結(jié)構(gòu)。1889年為紀(jì)念法國(guó)大革命100周年建造的艾菲爾鐵塔。于1887年11月26日動(dòng)工1889年3月31日竣工，歷時(shí)21個(gè)月，鐵塔占地12.5公頃，高320.7米,重7000噸,由18038個(gè)優(yōu)質(zhì)鋼鐵部件和250萬(wàn)個(gè)鉚釘鉚接而成，建筑設(shè)計(jì)中最著名的是防范強(qiáng)風(fēng)吹襲的對(duì)稱鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。以艾菲爾鐵塔為標(biāo)志，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用有110多年的歷史。第一座依照現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理建造起來(lái)的高層建筑是芝加哥家庭保險(xiǎn)公司大廈（1883-1885）共十層。這是真正意義上世界上建造的第一座鋼結(jié)構(gòu)大廈。

芝加哥是美國(guó)摩天大樓的發(fā)源地，從此人們建造的房屋越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)和功能都同傳統(tǒng)建筑相比發(fā)生了非常大的改變。芝加哥家庭保險(xiǎn)公司大廈中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的階段：解放前鋼產(chǎn)量幾乎為零50年代,為初盛時(shí)期（156項(xiàng)援建工程大部分為重型鋼結(jié)構(gòu)）。60-70年代,為限制使用時(shí)期，當(dāng)時(shí)中國(guó)鋼產(chǎn)量?jī)H1～2千萬(wàn)噸，主要用于國(guó)防、機(jī)械業(yè)。當(dāng)時(shí)國(guó)家政策建筑業(yè)中“凡是可用其它材料代替的，均不用鋼結(jié)構(gòu)建造”。由于受到鋼產(chǎn)量的制約，鋼結(jié)構(gòu)僅在重型廠房、大跨度公共建筑、鐵路橋梁以及塔桅結(jié)構(gòu)中采用。二十世紀(jì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)成為中國(guó)主導(dǎo)結(jié)構(gòu)。80-90年代后,出現(xiàn)了新的發(fā)展時(shí)期（鋼產(chǎn)量自1996年起連續(xù)多年超億噸),國(guó)家鼓勵(lì)建筑用鋼。

2003年中國(guó)鋼鐵行業(yè)產(chǎn)量、消費(fèi)量均占世界第一。歷史上鋼產(chǎn)過(guò)億噸國(guó)家僅有前蘇聯(lián)、美國(guó)和日本，過(guò)2億噸由中國(guó)開(kāi)創(chuàng)。

政策方面1956年國(guó)家頒發(fā)《1956年設(shè)計(jì)技術(shù)組織措施計(jì)劃綱要》強(qiáng)調(diào)最大限度采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，盡量節(jié)約鋼材。

1987年國(guó)家頒發(fā)《在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理使用鋼材的若干規(guī)定》規(guī)定“通過(guò)合理選擇結(jié)構(gòu)類型以節(jié)約鋼材，降低造價(jià)”。1985年~1995年間我國(guó)鋼產(chǎn)量達(dá)到5，000~8，000萬(wàn)噸/年已具備逐步發(fā)展建筑鋼結(jié)構(gòu)的條件，但技術(shù)政策尚未調(diào)整。1996年我國(guó)預(yù)期鋼產(chǎn)量將達(dá)到或超過(guò)1億噸/年，建設(shè)部編制了《1996~2020年建筑技術(shù)發(fā)展政策》提出了“合理使用鋼材，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)鋼結(jié)構(gòu)制造與安裝施工新技術(shù)”。1998年建設(shè)部編頒發(fā)《建筑業(yè)推廣應(yīng)用10項(xiàng)新技術(shù)其中第八項(xiàng)為“鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)”。1999年成立了“建筑用鋼技術(shù)協(xié)調(diào)組”，并成立了相應(yīng)的“鋼結(jié)構(gòu)專家組”與“鋼筋混凝土專家組”。1999年后“建筑用鋼技術(shù)協(xié)調(diào)組”制定了有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)政策：《鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則》及《國(guó)家建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)“十五”計(jì)劃和2015年發(fā)展規(guī)劃綱要》，明確了今后建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展重點(diǎn)。

概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法原理除疲勞計(jì)算外，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。1、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)定義：當(dāng)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求時(shí)，此特定狀態(tài)為該功能的極限狀態(tài)。分類：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。

第五節(jié)鋼結(jié)構(gòu)建筑的現(xiàn)狀與發(fā)展承載能力極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形。整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過(guò)材料強(qiáng)度而破壞（包括疲勞破壞），或因過(guò)度變形而不適于繼續(xù)承載；結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）；地基喪失承載能力而破壞（如失穩(wěn)等）。正常使用極限狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。影響正常使用或外觀的變形；影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；影響正常使用的振動(dòng)；影響正常使用的其它特定狀態(tài)。2、功能函數(shù)結(jié)構(gòu)的工作性能可用結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)Z來(lái)描述，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)可取荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R兩個(gè)基本隨機(jī)變量來(lái)表達(dá)結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)，即Z=g（R，S）＝R－S

顯然，Z是隨機(jī)變量，有以下三種情況：Z＞0結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；Z＝0結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)；Z＜0結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)?？梢?jiàn)，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)由可靠轉(zhuǎn)變?yōu)槭У呐R界狀態(tài)。由于R和S受到許多隨機(jī)性因素影響而具有不確定性，Z≥0不是必然性的事件。因此科學(xué)的設(shè)計(jì)方法是以概率為基礎(chǔ)來(lái)度量結(jié)構(gòu)的可靠性。3、可靠度按照概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，結(jié)構(gòu)的可靠度定義為結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率?！巴瓿深A(yù)定功能”指對(duì)某項(xiàng)規(guī)定功能而言結(jié)構(gòu)不失效。結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足的功能有：

(1)在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；(2)在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；(3)在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性；(4)在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期）是指設(shè)計(jì)規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目使用的年限。大陸規(guī)范規(guī)定建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。若以Ps表示結(jié)構(gòu)的可靠度，則有Ps=P（Z≥0） 記Pf為結(jié)構(gòu)的失效概率，則有Pf=P（Z<0） 顯然Ps=1－Pf因此結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算可轉(zhuǎn)換為失效概率的計(jì)算?？煽康慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指的是使失效概率小到可以接受程度的設(shè)計(jì)，絕對(duì)可靠的結(jié)構(gòu)（失效概率等于零）是不存在的。Z的分布難求，實(shí)際計(jì)算困難。20世紀(jì)60年代末，美國(guó)學(xué)者康奈爾(Cornell,C.A)提出一次二階矩的設(shè)計(jì)方法，使概率設(shè)計(jì)法進(jìn)入實(shí)用階段。如果Z的分布是正態(tài)分布，則令稱作可靠指標(biāo)可靠指標(biāo)

為了使結(jié)構(gòu)達(dá)到安全可靠與經(jīng)濟(jì)上的最佳平衡，必須選擇一個(gè)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)失效概率或目標(biāo)可靠指標(biāo)?？刹捎谩靶?zhǔn)法”求得,即通過(guò)對(duì)原有規(guī)范作反演分析，找出隱含在現(xiàn)有工程中相應(yīng)的可靠指標(biāo)值，經(jīng)過(guò)綜合分析，確定設(shè)計(jì)規(guī)范采用的目標(biāo)可靠指標(biāo)值。《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)。鋼結(jié)構(gòu)的各種構(gòu)件，其可靠指標(biāo)在3.2左右，屬延性破壞，安全等級(jí)為二級(jí)。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。

延性破壞，可靠指標(biāo)低，脆性破壞，可靠指標(biāo)高。二階矩的設(shè)計(jì)表達(dá)式：由可得：由于統(tǒng)計(jì)參數(shù)不夠完善，此計(jì)算式子跟以前用的計(jì)算方法相差甚遠(yuǎn)，不易接受，故對(duì)其等效地轉(zhuǎn)化為分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)式：4、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式除疲勞計(jì)算外，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算

結(jié)構(gòu)荷載術(shù)語(yǔ)（1）對(duì)于承載能力極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用荷載效應(yīng)的基本組合和偶然組合進(jìn)行設(shè)計(jì)?；窘M合（永久荷載和可變荷載的組合）：

按下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式中最不利值確定

由可變荷載效應(yīng)控制的組合：

由永久荷載效應(yīng)控制的組合：

0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按下列規(guī)定采用：對(duì)安全等級(jí)為一級(jí)或設(shè)計(jì)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(duì)安全等級(jí)為二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.0；對(duì)安全等級(jí)為三級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為5年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于0.9；G——永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用：當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不利時(shí)，對(duì)由可變荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.2，對(duì)由永久荷載效應(yīng)控制的組合應(yīng)取1.35；當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力有利時(shí)，一般情況下取1.0，驗(yàn)算傾覆、滑移或漂浮時(shí)取0.9；Q1,

Qi——第1個(gè)和第i個(gè)可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按下列規(guī)定采用：當(dāng)可變荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不利時(shí)，在一般情況下應(yīng)取1.4，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于4.0kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的活荷載取1.3；當(dāng)可變荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力有利時(shí)，應(yīng)取為0；

S——永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

SQ1k——在基本組合中起控制作用的第1個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

SQik——第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；

ci——第i個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)，其值不應(yīng)大于1；

R——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計(jì)值，R=Rk/R，Rk為結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力標(biāo)準(zhǔn)值，R為抗力分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)于Q235鋼，R=1.087；對(duì)于Q345、Q390和Q420鋼，R=1.111。

對(duì)于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，可以采用簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)表達(dá)式：由可變荷載效應(yīng)控制的組合：

——簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)表達(dá)式中采用的荷載組合系數(shù)，一般情況下可取=0.9，當(dāng)只有一個(gè)可變荷載時(shí)，取=1.0。由永久荷載效應(yīng)控制的組合仍按式計(jì)算。

永久荷載起控制作用的情況：第一個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)為1的樓蓋（儀器車間倉(cāng)庫(kù)、金工車間、輪胎廠準(zhǔn)備車間等）或屋蓋（高爐附近的屋面積灰），有大型混凝土屋面板的重型屋蓋等。偶然組合（永久荷載、可變荷載和一個(gè)偶然作用的組合）：對(duì)于偶然組合，極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式宜按下列原則確定：偶然作用的代表值不乘以分項(xiàng)系數(shù)；與偶然作用同時(shí)出現(xiàn)的可變荷載，應(yīng)根據(jù)觀測(cè)資料和工作經(jīng)驗(yàn)采用適當(dāng)?shù)拇碇怠?2)對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)不同設(shè)計(jì)目的，分別選用荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合（采用標(biāo)準(zhǔn)值或組合值為荷載代表值的組合）、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，使變形、裂縫等荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)值符合下式的要求：Sd≤C

Sd——變形、裂縫等荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)值；C——設(shè)計(jì)對(duì)變形、裂縫等規(guī)定的相應(yīng)限值。

鋼結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)只涉及變形驗(yàn)算，僅需考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合：

荷載分類1永久荷載permanentload

在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間變化，或其變化與平均值相比可以忽略不計(jì)，或其變化是單調(diào)的并能趨于限值的荷載。如結(jié)構(gòu)自重、土壓力