钢结构原理 第一章 绪论

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1、第一章钢结构绪论第一节钢结构的特点、应用及发展第二节钢结构的组成及主要形式第三节钢结构的计算方法第四节钢结构课程的学习方法钢结构的特点钢结构的应用范围钢结构的发展第一节钢结构的特点、应用及发展一、钢结构的特点1、优点材料强度高、塑性好、韧性好工业化程度高，工期短材质均匀，和力学计算的假定比较符合重量轻如：30M钢架4T~5T30MR.C屋架14T~17T密封性好具有一定的耐热性抗震性能好一、钢结构的特点2、缺点耐火性差当钢表面的温度达300oC~400oC以后，其强度，弹性模量显著下降，600oC时几乎为0。耐锈蚀性差需定期维护，增加了

2、维护费用。钢结构在低温条件下可能发生脆性断裂二、钢结构的应用范围厂房结构大跨度结度多层、高层结构塔桅结构壳体结构桥梁结构各种轻钢结构房屋厂房结构大跨度结度大跨度结度多层房屋高层结构高层结构塔桅结构壳体结构桥梁结构其它钢结构三、钢结构的发展高强度钢材的应用构件和结构极限状态的深入了解结构的革新最优化原则的应用第二节钢结构的组成及主要形式1、单层房屋钢结构传统作法，将一系列竖向平面承重结构，用支撑构件将之联成空间整体竖向荷载竖向承重结构水平荷载竖向承重结构支撑构件2.多层房屋钢结构刚架结构由梁、柱组成的多层多跨刚架承受水平

3、，竖向由于抗侧移刚度小，多用于≤30层建筑带撑结构设柱间支撑后形成竖向悬臂桁架，抗侧移刚度较高，适用于20~60层筒式结构由以上可以看出，结构必须形成空间整体，才能有效而经济地承受荷载，具有较高的强度、刚度和稳定性第三节钢结构的计算方法一、钢结构设计变迁1957年以前：采用总安全系数的容许应力计算法1957~1974：采用三个系数的极限状态计算法1974~1989：采用以结构极状态为依据，进行多系数分析，用单一的系数表示的容许应力计算法1989~：采用以概率论为基础的极限状态设计法1、总安全系数容许应力法缺点：安全系数凭工程经验确定的一

4、定值，这样，各种构件的可靠性将不能保证比较一致的水平。2、三系数极限状态设计法特点：明确提出了两种极限状态，采用三个系数来考虑结构构件的安全储备问题，避免单一安全系数的缺陷缺点：材质均匀系数概念重复。强度标准不是明确概率取值，而是取钢的废品限值，不符合概率方法3、以结构极限状态为依据，多系数分析后用单一安全系数的容许应力计算法缺点：各种载荷并不相同，各种构件承受荷载的情况也不一定相同，构件的几何尺寸变异并不完全一致，采用统一的安全系数显然不可能获得相同的安全度。4、以概率为基础的极限状态设计法把各种参数（载荷效应、结构抗力等）作随机变量

5、，运用概率分析法并考虑变异性来确定设计采用值。把概率分析引入结构设计方法，显然比容许应力法先进，标志我国在设计理论上前进了一大步，迈入了国际先进水平。二、结构概率极限状态设计法1、基本概念结构可靠度：结构在规定的时间（50年），规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成预定功能的概率。失效概率：结构不能完成预定功能的概率。结构的功能要求安全性适用性耐久性2、结构作用作用效应结构构件抗力结构作用：施加在结构上的各种荷载及引起外加变形或约束变形的原因（如荷载、基础下沉、温度变化、焊接等）作用：永久作用可变作用偶然作用作用效

6、应（S）:结构作用引起结构或构件的内力（轴、弯、剪）和变形（挠度、转角）。结构抗力（R）：结构或构件承受作用效应的能力。3、结构的极限状态和极限状态方程（1）结构的极限状态：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，这一特定状态称为结构的极限状态。两种极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态（2）极限状态方程用R>SR=SR0结构处于可靠状态z=0结构处于极限状态Z<0结构处于失效状态Z=R-S称为极限状态方程这样，结构可

7、靠概率为Ps=p{(R-S)≥0}结构失效概率为Ps=p{(R-S)<0}且Ps+Pf=1绝对可靠的结构是不存在的，只要Pf达到人们可以接受的程度是安全的Z>0Z<0Z=0Rs（3）可靠指标β结构功能函数Z=R-S由于R和S均为正态分布的随机变量，其均值和标准差分别为失效概率Z=R-SPff(z)概率密度函数由于计算复杂，且必须知道R、S的分布密度函数，故用可靠性指标来度量结构可靠性可见:b大则Pf小；b与Pf有一一对应关系b称结构可靠性指标RS2ZRZZμZμμbsbss=-=+设则=Sμ2s（4）概率极限状态设计表达式将改写为结构抗

8、力结构作用效应若规定了β，并有μR、μS、σR、σS，就可利用上式进行设计或验算。三、钢结构设计的基本规定1、承载能力极限状态对一般排件及框架结构，可采用简化计算式=0.9，其它情况取=1。2、正常使用