鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理與材料設(shè)計三

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理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；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、力的傳遞方式和過程以及構(gòu)造原則；教學(xué)參考書及規(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)計規(guī)范。3.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(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)計方法，掌握其設(shè)計表達式的應(yīng)用。3．了解鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展趨勢和問題?！?.1鋼結(jié)構(gòu)的特點和應(yīng)用范圍1.輕質(zhì)高強;

由于鋼材強度高，結(jié)構(gòu)需要的構(gòu)件截面小,結(jié)構(gòu)自重輕。

a=容重/強度,a越小，結(jié)構(gòu)相對越輕。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

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物理量。

塑性——承受靜力荷載時，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突然斷裂，給人以安全保證；

韌性——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。

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、安裝簡便，工期短，符合工業(yè)化要求;

國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)表面長期受輻射熱達150℃以上或在短時間內(nèi)可能受到火焰作用時，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)海上石油平臺船閘門攔污柵(1).波紋拱殼結(jié)構(gòu)7.輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(2)門式剛架結(jié)構(gòu)（3）多層輕型房屋建筑活動車庫8.可拆卸標(biāo)、移動?xùn)|房屋及移動結(jié)構(gòu)9.構(gòu)筑物10.建筑小狂品§1.速2鋼結(jié)構(gòu)的億設(shè)計方法一、鋼結(jié)幫構(gòu)設(shè)計方示法的演變1.傳統(tǒng)的容啞許應(yīng)力方滴法從20世紀初忌到20世紀5O年代，鋼只結(jié)構(gòu)采用賓安全系數(shù)溜法設(shè)計充，即:N--構(gòu)件截面色的內(nèi)力；A--構(gòu)件截面頓幾何特征蹲；F--鋼材的最涼大強度；K--大于1的安全粘系數(shù)；[σ]-劇-鋼材的展容許應(yīng)酬力。2.概率極限煩狀態(tài)設(shè)計桌方法(1)極限狀濾態(tài)：當(dāng)結(jié)構(gòu)或勇其組成部俘分超過某田一特定狀監(jiān)態(tài)就不竄能滿足設(shè)洽計規(guī)定的煉某一功能熔要求時，楚此特定狀騙態(tài)稱為結(jié)乒構(gòu)的極限沈狀態(tài)。(2)極限狀態(tài)猜分為兩類欠：b.正常使用極限狀咬態(tài):包括：影響正霜常使用鑰或外觀敲的變形羞、影響岸正常使拍用的振期動、影迎響正常估使用的緊或耐久奧性的局雁部破壞弄等狀態(tài)。a.承載能力極限狀態(tài):包括：強度破壞私、疲勞破孫壞、不適隆于繼續(xù)承敏載的變形廈、失穩(wěn)、譽傾覆、變析為機動體拋系等狀態(tài)肉。(3)根據(jù)應(yīng)令用概率仰分析的績程度不塞同，可竹分為三停種水準(zhǔn)未：半概率蛇極限狀泊態(tài)設(shè)計男方法;近似概率曬極限狀態(tài)寧設(shè)計方法;全概率設(shè)攝計方法。a.半概率極沒限狀態(tài)設(shè)及計方法;1).三系數(shù)黃法（當(dāng)時撓稱為計算極癢限狀態(tài)插法）:195繁7年至197拖3年我國鋼棕結(jié)構(gòu)設(shè)計段采用半概早率的分項認系數(shù)法,結(jié)構(gòu)設(shè)賽計中引春入三個基分項系庭數(shù)，即:荷載分懶項系數(shù)--考慮荷載棒的不定性;材料分垮項系數(shù)--考慮材炒料的不稻均性;工作條就件系數(shù)--考慮結(jié)構(gòu)姨及構(gòu)件的柴工作特點現(xiàn)以及某些塑假定的計碰算簡圖與州實際情況厘不完全相踏符等因素。2)計算公式N--構(gòu)件截面沈的內(nèi)力；A--構(gòu)件截哭面幾何弄特征；K1--荷載系鴨數(shù)；K2--材料系數(shù);K3--調(diào)整系枯數(shù)；fyk--鋼材的襪屈服強把度標(biāo)準(zhǔn)種值；[σ]妙--鋼材容服許應(yīng)力b、近似概秧率極限狀瘋態(tài)設(shè)計法（現(xiàn)行卻鋼結(jié)構(gòu)滴設(shè)計規(guī)幟范(GB釣500切17－200憤3)）結(jié)構(gòu)的古工作性庸能可用爺結(jié)構(gòu)的“功能函因數(shù)”來描述豆：Z＝g（X1，X2，…，Xn）（1－3）式中：g（·）--結(jié)構(gòu)的廚功能函覺數(shù)；Xi(i＝1，2,…,n)須--影響結(jié)構(gòu)扣可靠性的印各物理量帥。將各因素橡概括為兩最個綜合隨魯機變量--結(jié)構(gòu)的仰抗力R、作用效應(yīng)S，則公播式（1-3）可以槽寫成：Z＝g（R，S）＝R－S（1-4）在實際梨工程結(jié)憑構(gòu)中，傍可能出順現(xiàn)下列虛三種情皆況：Z＞0表示結(jié)構(gòu)測處于可靠狀態(tài)；Z＝0表示結(jié)構(gòu)貝處于極限狀態(tài)Z＜0表示結(jié)演構(gòu)處于失效狀態(tài)；判斷結(jié)構(gòu)辣是否可靠崇，要看結(jié)民構(gòu)是否達喉到極限狀財態(tài)，為此，通搶常將下式懇：Z＝g(R，S)＝R－S＝0(1-5期)稱為極限狀態(tài)奮方程。結(jié)構(gòu)能完槍成預(yù)定功要能的概率(可靠度)用Ps表示，則濁：Ps＝P{Z亂≥0}（1-6）結(jié)構(gòu)不能行完成預(yù)定禁功能的概岸率(失效概徹率)用Pf表示，則棉：Pf＝P{Z巾<0｝（1-7）由于事件姜｛Z≥0｝與事響件{Z＜0｝是對立冬事件，所昨以結(jié)

構(gòu)密的可靠度雹與結(jié)構(gòu)的水失效概率減滿足:Ps＋Pf＝1或Ps＝1-Pf（1-8）因為R和S都是隨機繼變量，且吵假定都服你從正態(tài)分順布，由概率論原壺理知功能悔函數(shù)Z=R-臣S也服從正裝態(tài)分布,則:令：Z、R、S的平均值賺分別為μz、μR、μs，標(biāo)準(zhǔn)方眾差分別為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，故上式又可寫成：式中:φ(·)--標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)蒸函數(shù)；f(z)μzZ的概率密度曲線PfZ=R-S從圖中丑可以看拍出β與失效抹概率Pf間存在慘著一一婆對應(yīng)關(guān)植系,即:1).β減小時，陰影俯部分的面積冤增大，歷即失效穗概率Pf增大；2).β增大時，陰姥影部分的面積粒減少，愁亦即失劍效概率Pf減小。說明β可以作顯為衡量火結(jié)構(gòu)可靠度的一個禁數(shù)量指標(biāo)。β—可靠度擠指標(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)分布時與的對應(yīng)值4.03.17X10-53.71.08X10-43.26.87X10-41.35X10-33.0β的計算:將式(1-1惕0)、(1-1才1)代入β的定義式得：c.全概率設(shè)忽計法對結(jié)構(gòu)歸的各種伶基本變第量均采挪用隨機性變量或鹽隨機過書程來描莊述，對幟結(jié)構(gòu)進鬧行精確設(shè)的概率紹分析，刮求得結(jié)叫構(gòu)最優(yōu)毛失效概面率作為瞎結(jié)構(gòu)可他靠度的刪直接度癢量。二、鋼結(jié)甚構(gòu)設(shè)計表蕩達式a.采用以課概率理丈論為基發(fā)礎(chǔ)的極懼限狀態(tài)巷設(shè)計方賴法(疲勞問題竟除外)，用分項棵系數(shù)的表紡達式進行液計算；b.結(jié)構(gòu)的可摟靠度用可神靠度指標(biāo)享來度量，丹并以分項股系數(shù)的形阿式考慮。（一）按承載驅(qū)能力極照限狀態(tài)合設(shè)計應(yīng)考慮棗荷載效俱應(yīng)的基煌本組合沈或偶然走組合進薄行荷載（效區(qū)應(yīng)）組悼合，采傅用下列屈表達式騎設(shè)計：式中：γo--結(jié)構(gòu)重要那性系數(shù)；S--荷載效從應(yīng)（組價合）的絹設(shè)計值虹；R--鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)倉件或連接震材料抗力愿的設(shè)計值暑。荷載效蓮應(yīng)組合病如下：2.由永久荷廟載效應(yīng)控痕制的組合漆：3.荷載分醫(yī)項系數(shù)監(jiān)取值如亮下：1.由可變賓荷載效慌應(yīng)控制本的組合已：（1）永久逗荷載分獸項系數(shù)當(dāng)其效顧應(yīng)對結(jié)謠構(gòu)不利企時--對可變荷唇載效應(yīng)控洗制的組合廈，應(yīng)取1.2魯;--對永久荷懇載效應(yīng)控憶制的組合洋，應(yīng)取1.3趙5;當(dāng)其效應(yīng)防對結(jié)構(gòu)有逝利時--一般情況宗下應(yīng)取1.0；--對結(jié)構(gòu)的襲傾覆、滑翅移或漂浮雹驗算，應(yīng)榴取0.9。（2）可變荷泡載的分項配系數(shù)--一般情暑況下應(yīng)蟲取1.4；--對標(biāo)準(zhǔn)楊值大于4kN冰/m2的工業(yè)劍房屋樓鉆面結(jié)構(gòu)旅的活荷載絨標(biāo)準(zhǔn)值祥應(yīng)取1.3。對于鋼詞結(jié)構(gòu)這瞎種單一窯材料，壟可以將堆荷載效余應(yīng)表達奴式用應(yīng)距力形式奪表示?？勺兒奢d紫起控制作蘋用時：永久荷載起控制吧作用時穩(wěn)：式中：4、鋼結(jié)切構(gòu)構(gòu)件衰承載能叼力極限苗狀態(tài)設(shè)壩計表達木式--鋼材或范連接材煩料強度設(shè)計值。--鋼材或連刮接材料強倆度標(biāo)準(zhǔn)值。--鋼材或紹連接材常料抗力負分項系殖數(shù)，對鵲于Q235鋼γR=1.刑087;Q34巾5、Q39源0、Q42孩0鋼γR=1.壺111。鋼結(jié)構(gòu)規(guī)隸范給出了川各類鋼材念和連接的彼強度設(shè)計越值。(二)正常使用吩極限狀態(tài)1.對于正載常使用史極限狀頌態(tài)，要澆求分別博采用荷載的由標(biāo)準(zhǔn)組啊合、頻胞遇組合酬和準(zhǔn)永侵久組合，并使橋變形等勢不超過絲式相應(yīng)的面規(guī)定限選值。νGk--永久荷載銳標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或楚結(jié)構(gòu)構(gòu)件都中產(chǎn)生的變形值傲；νQ1k--第1個可變荷載攜的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)宗或結(jié)構(gòu)磁構(gòu)件中產(chǎn)生的變?yōu)男沃担ㄔ摫刂凳褂嬎闩K結(jié)果為最各大）；νQik--其他第i個可變賢荷載標(biāo)任準(zhǔn)值在葉結(jié)構(gòu)或紐奉構(gòu)件中笑產(chǎn)生的變垂形值。[ν]-視-結(jié)構(gòu)或溝結(jié)構(gòu)構(gòu)夢件的容涌許變形鄉(xiāng)豐值。2.對于受壓、受拉構(gòu)件，規(guī)范謊規(guī)定應(yīng)缺限制其貴長細比掏，即:λ≤[λ茄]駛(1臣-24）式中：λ--受壓、受瞧拉構(gòu)件的份計算長細法比；[λ]-怖-規(guī)范規(guī)底定的受俗拉、受墻壓構(gòu)件賽容許長細比，按現(xiàn)規(guī)范采用村。（三）貫使用設(shè)橋計表達藝式的注綠意事項1.計算靜謊力強度本和穩(wěn)定碼時，采賄用荷載谷的設(shè)計鉤值；疲屢勞計算鈔、變形都計算采撒用荷載話的標(biāo)準(zhǔn)澆值。