华中科技大学钢结构设计原理第1章绪论1.ppt

6.理解构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及构造原则； 第一章 绪 论 大纲要求 §1.2钢结构的特点和应用范围 1.轻质高强;材质均匀 由于钢材强度高，结构需要的构件截面小,结构自重轻。 a=容重/强度, a越小，结构相对越轻。 钢材：a=1.7～3.7×10-4/m； 木材：a=5.4×10-4/m； 钢砼：a= 18×10-4/m； 3、加工性能和焊接性能好； 便于专业化大生产，进行工地拼接和吊装，既可保证质量，又可缩短工期。 4、有低温冷脆倾向； 随着温度降低，钢材强度提高，塑性韧性降低 5、可重复使用； 钢结构加工过程中的余料和碎屑，以及废弃和破坏了的钢结构或构件，均可回炉冶炼重复使用。因此钢材被称为绿色建筑材料或可持续发展的材料。 6、密闭性好，不渗漏; 7、钢材耐热性好，耐火性差;当结构表面长期受辐射热达 150 ℃以上或短时间内可能受到火焰作用时，须采用隔热和防火措施。 8、钢材耐腐蚀性差。 9，破坏具有多样性。 二、钢结构的应用范围及类型 §1.3 钢结构的设计方法 一、钢结构设计方法的演变 1.容许应力方法 从20世纪初到20世纪5O年代，钢结构采用安 全系数法设计，即: 2.概率极限状态设计方法 (1) 极限状态：当结构或其组成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时，此特定状态称为结构的极限状态。 (3) 根据应用概率分析的程度不同，可分为三种水准： 半概率极限状态设计方法; 近似概率极限状态设计方法; 全概率设计方法。 a. 半概率极限状态设计方法; 1).三系数法（当时称为计算极限状态法） : 1957年至1973年我国钢结构设计采用半概率的分项系数法,结构设计中引入三个分项系数，即: 荷载分项系数--考虑荷载的不定性; 材料分项系数--考虑材料的不均性; 工作条件系数--考虑结构及构件的工作特点以及某些假定的计算简图与实际情况不完全相符等因素。 2) 半经验半概率极限状态设计法(容许应力法） b.近似概率极限状态设计法(疲劳问题除外) （现行钢结构设计规范(GB50017－2003)）  结构的工作性能可用结构的“功能函数”来描述： Z＝g（X1，X2，…，Xn） （1－ 3） 因为R和S都是随机变量，且假定都服从正态分布，由 概率论原理知功能函数 Z=R-S 也服从正态分布,则: 因σz＞0，故： 从图中可以看出β与失效概率Pf 间存在着一一对应关系,即: 1).β减小时，阴影部分 的面积增大，即失效概 率Pf增大； 2).β增大时，阴影部分 的面积减少，亦即失效 概率Pf减小。 说明β可以作为衡量结 构可靠度的一个数量指 标。β—可靠度指标。结构的可靠度用可靠度指标来度量 （一）按承载能力极限状态设计 应考虑荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷 载（效应）组合，采用下列表达式设计： 式中:γo--结构重要性系数； S --荷载效应（组合）的设计值； R --钢结构构件或连接材料抗力的设计值。 （1）永久荷载分项系数 当其效应对结构不利时 --对可变荷载效应控制的组合，应取1.2; --对永久荷载效应控制的组合，应取1.35; 当其效应对结构有利时 --一般情况下应取1.0； --对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。 （2）可变荷载的分项系数 --一般情况下应取1.4； --对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的 活荷载标准值应取1.3。 结构内力分析方法 1 一阶弹性分析 2 框架结构的近似二阶弹性分析 二阶弹性分析 P-Δ效应的基本概念 单层框架的近似二阶弹性分析 多层框架的近似二阶弹性分析  §1.3 钢结构的发展研究 一、材料方面 发展高强度钢材和新品种型钢，如强度更高的钢材、耐火耐候钢（抗腐蚀）以及提高厚板材的质量（抗层状撕裂Z向钢）。 二、结构设计方法研究（考虑非线性高等分析 三、新结构的推广应用（大跨及高层建筑） ? (二) 正常使用极限状态 1. 对于正常使用极限状态，要求分别采用荷载的标准组合、频遇组合和准永久组合，并使变形等不超过相应的规定限值。钢结构只考虑荷载的标准组合 νGk --永久荷载标准值在结构或结构构件中产生的 变形值； νQ1k--第1个可