第四章钢结构设计方法.docx

精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -第四章钢结构设计方法建筑结构荷载规范 （GB50009-2001）已于 20XX 年 3 月 1 日正式实施， 钢结构设计原就就是依据它制定的，采纳以概率为基础的极限状态设计法，用分项系数的设计表达式进行运算。第一节钢结构设计方法的进展从牢靠度的角度看， 钢结构设计方法经受了安全系数法、概率设计法两大步。最早结构设计纯粹是以体会为依据的，容许应力设计法规定结构构件的应力应不超过容许应力。 容许应力是将材料的屈服强度除以大于 1 的安全系数 K 。这种方法采纳的安全系数为定值且都凭体会选定， 因而设计的结构和不同构件的安全度不行能相等，这种设计方法明显是不合理的。到本世纪五十岁月， 显现了一种新的设计方法概率设计法，即依据结构或构件能否满意功能要求来确定它们的极限状态。它把有变异性的设计参数采纳概率分析引入了结构设计中。依据应用概率分析的程度可分为三种水准。 即半概率极限状态设计法、 近似概率极限状态设计法、全概率极限状态设计法。我国在五十岁月采纳的极限状态设计法属于半概率极限状态设 计法（水准一），只有少数设计参数，如钢材的设计强度、风雪荷载等，采纳了概率分析确定其设计采纳值。大多数荷载及其它不定性参数，由于缺乏统计资料仍采纳体会值。同时结构构件的抗力和作用效可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -应之间并未进行综合的概率分析。 因而不能使所设计的各种构件得到相同的安全度。六十岁月末， C.A.Cornell 等提出了近似概率设计法（水准二） ， 主要是引入了牢靠性设计理论。 它把影响结构或构件牢靠性的各种因素都视为独立的随机变量， 依据统计分析确定失效概率来度量结构或构件的牢靠性。其次节概率极限状态设计法的基本概念一、结构的功能要求结构设计的目的是要使结构能够满意各种预定功能要求，即：（1） ）安全性结构应能承担在正常施工和正常使用时可能 显现的各种 荷载及引起的结构外加变形或约束变形 等其他作用（如支座沉陷、温度变化），在偶然大事（如爆炸、冲击）发生时及发生后能保持必需的整体稳固，不致倒塌。（2） 适用性结构在正常使用荷载作用下应具有良好工作性能，满意预定的使用要求，例如不产生影响正常使用 的过大变形等。（3） 耐久性 结构在正常保护下，应随时间的变化仍能满意预定功能的要求，例如不发生严峻锈蚀而影响结构的使用寿命等。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -二、结构的牢靠性、牢靠度、失效概率结构的 牢靠性 指结构在规定的时间（设计基准期取50 年），在规定的条件（正常使用、正常施工、正常保护）下，完成预定的安 全性、适用性、耐久性等功能的才能。用来度量结构牢靠性的指 标叫 牢靠度，以表示牢靠程度的大小。用来度量安全性的指标叫安全度。结构能够完成预定功能的概率称为 牢靠概率 （ ps），反过来，结构不能完成预定功能的概率称为 失效概率 （ pf ）。其中ps+pf =1。三、结构上的荷载、荷载效应、结构（构件）抗力结构上的荷载可分为 永久荷载G：例如结构自重、土压力、预应力等。 可变荷载Q：例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。偶然荷载 ：例如爆炸力、撞击力等。荷载效应 S 是指结构上的荷载引起的结构或其构件的内力和变形，如轴力、弯矩、剪力、扭矩、应力、挠度、转角、应变等。结构（构件） 抗力 R 是指结构或构件承担内力和变形的才能，如构件的承载才能、刚度等，是与结构（构件）的材料性能（强度、弹性模量等）、几何参数、运算模式等有关的一个量。四、结构的极限状态和极限状态方程结构的 极限状态 指：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满意设计规定的某一功能要求。详细可分为两类：承载能可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -力极限状态和正常使用极限状态。承载才能极限状态 对应于结构或构件达到最大承载才能或不适于连续承载的变形。如：结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包括疲惫破坏）。或因过度的塑性变形而不适于连续承载。结构或构件丢失稳固，比如压杆屈曲。整个结构或结构的一部分作为刚体发生倾覆。结构转变为机动体系等。正常使用极限状态 对应于结构或构件达到正常使用或耐久性的某项限值。如：影响正常使用或外观的变形。影响正常使用的振动。影响正常使用或外观的局部损坏（包括裂缝）等。结构或构件的极限状态可用极限状态方程表示：Z=R-S当 Z>0 ，即 R>S，结构或构件处于牢靠状态。 当 Z<0 ，即 R<S，结构或构件处于失效状态。 当 Z=0 ，即 R=S，结构或构件处于极限状态。设 R 和 S 的概率统计值均听从正态分布，可分别算出它们的平可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结均值R ,S 和标准差R ,S ，就极限状态函数Z=R-S 也听从正态分布，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结它的平均值和标准差分别为：ZRS ;ZRS 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3 1 表示极限状态方程函数Z=R-S 的正态分布。图中由到 0 的阴影面积表示失效概率pf ，需要采纳积分求得。由图可见，平均 值Z 等 于Z ， 显 然值 和 失 效 概 率 pf存 在 着 对 应 关 系 ：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结pf ，称为牢靠指标：Z /ZRS /RS ，其失效可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结概率与牢靠指标的关系列入表3 1。表 3-1：失效概率与牢靠指标的对应值可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -2.52.73.23.74.2 3 34 4 5pf5×103.5×106.9×101.1× 101.3× 10当 R 和 S 的统计值不按正态分布时，结构构件的牢靠指标应以它们的当量正态分布的平均值和标准差代入公式来运算。由于 R 和 S的实际分布规律相当复杂， 我们采纳了典型的正态分布，因而算得的近似值和 pf值是近似的，故称为近似概率极限状态设计法。在推 导公式时，只采纳了 R 和 S 的二阶中心矩， 同时仍作了线性化的近似处理，故又称为“一次二阶矩法” 。这种设计方法只需知道R 和 S的平均值和标准差或变异系数，就可运算构件的安全指标，使满意规定值即可。我国采纳的安全指标为：3号钢3 3.1。对应的失 效 概 率 p f0.001 。 16Mn钢 3.2 3.3 。 对 应 的 失 效 概 率pf0.0005 。近似概率极限状态设计法有些因素尚缺乏统计资料，临时依据已往的设计体会确定， 仍有待于连续讨论和积存有关的统计资料，才能采纳更为科学的全概率极限状态设计法（水准三）。第三节分项系数概率极限状态设计表达式新的建筑结构荷载规范 规定增加了由永久荷载效应掌握的组合，在正常使用极限状态设计中分别给出标准和频遇两种组合，同时增加了可变荷载的频遇系数。详细规定如下：一、荷载的代表值可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -永久荷载采纳标准值为代表值。可变荷载采纳 标准值、组合值、频遇值或准永久值为代表值。二、荷载组合1承载才能极限状态应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载（效应）组合，并应按以下设计表达式进行设计：0 SR式中：0 结构重要性系数。S 结构效应组合的设计值。R结构构件抗力的设计值。（1） 基本组合 由可变荷载效应掌握的组合可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结SG SGkQ1SQ1knQici SQiki 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 由永久荷载效应掌握的组合可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结SG SGknQici SQiki 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 对一般的排架、框架结构，基本组合可采纳简化规章：对可变荷载效应掌握的组合：取以下两式的不利值SG SGkQ1 SQ1k可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结SG SGkn0.9i 1Qi SQik可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结对永久荷载效应掌握的组合不变（2） 偶然组合可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -偶然荷载的代表值不乘分项系数，按有关规定进行。2正常使用极限状态按以下表达式进行设计：S<C，其中 C 为结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值。（1） 对标准组合 ：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结SSGkSQ1 knci SQiki 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（2） 对频遇组合 ：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结SSGkf 1 SQ 1knqi SQiki 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（3） 对准永久组合 ：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结SSGknqi SQiki 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载