第一章 鋼結(jié)構(gòu)原理

華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理DesignPrinciplesofSteelStructure本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)了解鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、歷史和發(fā)展方向，掌握鋼結(jié)構(gòu)材料的工作性能，掌握鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件及各種連接的性能、受力分析與設(shè)計(jì)計(jì)算，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)。§1.1鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)史§1.2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用§1.4鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法§1.3鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式§1.5鋼結(jié)構(gòu)的新發(fā)展

由鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼以及鋼索為主材建造的工程結(jié)構(gòu)，如房屋、橋梁等，稱(chēng)為鋼結(jié)構(gòu)。什么是鋼結(jié)構(gòu)?

鋼結(jié)構(gòu)是土木工程的主要結(jié)構(gòu)形式之一。鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等都屬于按材料劃分的工程結(jié)構(gòu)的不同分支。結(jié)構(gòu)：基本構(gòu)件組成的受力體系，建筑物(構(gòu)筑物)的骨架§1.1鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)史古代鋼(steel)是鐵碳合金。人類(lèi)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。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。近代

1870年生產(chǎn)型鋼，標(biāo)志著人類(lèi)社會(huì)開(kāi)始由鑄鐵結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為鋼結(jié)構(gòu)。巴黎的標(biāo)志——艾菲爾鐵塔

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(chēng)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120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。芝加哥家庭保險(xiǎn)公司大廈HomeInsuranceBuilding

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。建國(guó)以來(lái)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況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(chǎng)房、大跨度公共建筑、鐵路橋梁以及塔桅結(jié)構(gòu)中采用。因此二十世紀(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,出現(xiàn)了新的發(fā)展時(shí)期,國(guó)家鼓勵(lì)建筑用鋼。中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用發(fā)展的三個(gè)時(shí)期剛解放時(shí)鋼產(chǎn)量幾乎是零1949 十幾萬(wàn)噸1990 5000萬(wàn)噸1995 7000萬(wàn)噸1996 1億噸20001.285億噸20042.72億20064.62億噸20074.89億噸20085.84億噸

6.92億噸

6.83億噸

7億噸？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)。鋼產(chǎn)量每年以15%-20%的水平遞增億噸我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀，與發(fā)達(dá)國(guó)家比較自1996年鋼產(chǎn)量超過(guò)1億噸，連續(xù)10年居世界第一。我國(guó)建設(shè)部建筑用鋼發(fā)展規(guī)劃“十五”期間建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼達(dá)到總鋼產(chǎn)量3％2015年建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼達(dá)到總鋼產(chǎn)量6％節(jié)約用鋼

開(kāi)始轉(zhuǎn)向

鼓勵(lì)用鋼§1.2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.2.1鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍1.強(qiáng)度高、重量輕（密度2400kg/m3

Vs7850

kg/m3）§1.2鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用2.材質(zhì)均勻，塑性、韌性好3.良好的加工性能和焊接性能4.密封性能好5.可重復(fù)性使用6.耐火性差7.耐腐蝕性差8.低溫冷脆傾向1.2.1鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)9.鋼結(jié)構(gòu)基本問(wèn)題：材質(zhì)構(gòu)造（計(jì)算和構(gòu)造并重）穩(wěn)定（核心問(wèn)題）疲勞SteelPierRCPier鋼橋墩和RC橋墩的設(shè)計(jì)截面比較良好的加工性能和焊接性能——易于工廠(chǎng)化生產(chǎn)，施工周期短、效率高、質(zhì)量好。密封性能好——儲(chǔ)存、運(yùn)輸可重復(fù)性使用性——綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的建筑材料，符合當(dāng)前節(jié)地節(jié)能政策。耐腐蝕性差——鋼材在潮濕、腐蝕環(huán)境中易銹蝕，維護(hù)費(fèi)用高。低溫冷脆現(xiàn)象——低溫下有脆性破壞的傾向。>>>>耐候鋼的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用>>>>高延性鋼(高性能鋼的一種)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用耐熱性較好，耐火性差鋼材雖為非燃燒體，但裸露鋼結(jié)構(gòu)耐火極限一般為15～20分鐘鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)措施1.2.2鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍

多層與高層建筑（賓館、辦公樓、住宅等）

大跨度建筑（體育館、會(huì)展、機(jī)場(chǎng)、廠(chǎng)房）

大跨度橋梁（公路橋、鐵路橋）

高聳構(gòu)筑物（電視塔、發(fā)射塔、輸電塔）

密閉結(jié)構(gòu)（油罐、煤氣罐、天然氣管道）

輕型鋼結(jié)構(gòu)

其它結(jié)構(gòu)

受動(dòng)力荷載影響的結(jié)構(gòu)可拆移結(jié)構(gòu)

國(guó)家體育場(chǎng)體形上像鳥(niǎo)巢，建筑面積25.8m2，可容納觀(guān)眾9.1萬(wàn)人，其中固定坐席8萬(wàn)座，臨時(shí)坐席1.1萬(wàn)座。平面為橢圓形，長(zhǎng)軸332.3m，短軸296.4m；最高點(diǎn)高度為68.5米，最低點(diǎn)高度為42.8米。大跨度屋蓋支撐在24根桁架柱上，主桁架?chē)@屋蓋中間的開(kāi)口放射形布置，有22榀主桁架直通或接近直通，少量主桁架在內(nèi)環(huán)附近截?cái)?。鋼結(jié)構(gòu)大量采用由鋼板焊接而成的箱形構(gòu)件，交叉布置的主桁架與屋面及立面的次結(jié)構(gòu)一起形成了“鳥(niǎo)巢”的特殊建筑造型。主看臺(tái)部分采用鋼筋混凝土框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系，與大跨度鋼結(jié)構(gòu)完全脫開(kāi)。建設(shè)中的鳥(niǎo)巢單根桁架柱立柱高70m!重600t!!

屋蓋為大跨度焊接鋼管拱形桁架網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)由7榀拱形主桁架通過(guò)次桁架和水平支撐組成。主桁架拱跨94.6m，矢高27.5m，相鄰主桁架軸線(xiàn)距為8m。華中科技大學(xué)光谷體育館順序橋名総延長(zhǎng)（ｋm）竣工年建設(shè)地1杭州灣大橋362008中國(guó)2港珠澳大橋35.62015年？中國(guó)3東海大橋32.52005中國(guó)4青島海灣大橋272011中國(guó)5法赫德國(guó)王大橋251986巴林6舟山大陸連島工程252009中國(guó)7大帶橋17.51997丹麥8厄勒海峽大橋162000丹麥9尼特羅伊大橋13.31974巴西10杭州灣嘉紹大橋10.12012年12月？中國(guó)世界10大跨海大橋杭州灣大橋港珠澳大橋東海大橋青島海灣大橋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理DesignPrinciplesofSteelStructure

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)到了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。

蕪湖長(zhǎng)江大橋廣播電視塔火箭發(fā)射塔輸電塔東京千年塔巴黎的埃菲爾鐵塔東京晴空塔東京天空樹(shù)東方明珠電視塔

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。她于1994年11月完工，總重量達(dá)12萬(wàn)噸。

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。

深圳地王大廈

高383.95m，地上78層，地下3層高342.95m，加桅桿總高383.95m。于1996年完工，其建筑形體的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于中世紀(jì)西方的教堂和中國(guó)古代文化中通、透、瘦的精髓，它的寬高比例為1:9，創(chuàng)造了世界超高層建筑最扁最瘦的記錄。地王大廈鋼結(jié)構(gòu)總量達(dá)2.45萬(wàn)t，高強(qiáng)度螺栓50萬(wàn)個(gè),焊縫長(zhǎng)60萬(wàn)m。

1996年竣工。日本水戶(hù)藝術(shù)館架橋機(jī)摩天輪

其它結(jié)構(gòu)化工廠(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備支架§1.3鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式§1.3鋼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)形式

桁架結(jié)構(gòu)（桿系）

框架結(jié)構(gòu)（桿系）

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)（桿系）

拱結(jié)構(gòu)（曲桿）

板式結(jié)構(gòu)（板）

張拉結(jié)構(gòu)——索桁架、斜拉索、懸索、索膜※結(jié)構(gòu)的組成：由若干個(gè)單元所組成的結(jié)構(gòu)骨架?！締卧撼兄伢w系中具有獨(dú)立力學(xué)性能的構(gòu)件。可以是桿件、板件、索等單元或這些單元的組合。桁架(Truss)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理DesignPrinciplesofSteelStructure鋼屋架框架(Frame)剛架(RigidFrame)框架(Frame)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是由許多桿件按一定規(guī)律布置，通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接成空間桿系結(jié)構(gòu)，其外形成平板狀。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架(SpatialGridStructure;SpaceTrussStructure)網(wǎng)殼(SpatialShellStructure)

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一樣，網(wǎng)殼也是由許多桿件按一定規(guī)律布置，通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接成空間桿系結(jié)構(gòu)，但網(wǎng)架的外形呈平板狀，而網(wǎng)殼的外形呈曲面狀。一般為單層或雙層，按其外形為單曲面或雙曲面而構(gòu)成網(wǎng)狀穹頂、網(wǎng)狀筒殼以及雙曲拋物面網(wǎng)殼等多種形式。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：外形美觀(guān)、通透感好，建筑空間大、用材省，設(shè)計(jì)施工較復(fù)雜。加拿大蒙特利爾世界博覽會(huì)美國(guó)館直徑為76m，高60m上海商務(wù)中心（網(wǎng)狀網(wǎng)殼）拱結(jié)構(gòu)(ArchStructure)縱向跨度為240m，頂部高55m，拱形骨架有12度的傾角，其截面為3.5m2。

香港大球場(chǎng)板式結(jié)構(gòu)(PlatedStructure)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理DesignPrinciplesofSteelStructure

以一系列拉索為主要承重構(gòu)件，這些索按一定的規(guī)律組成各種不同的形式，懸掛于相應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)上，使材料強(qiáng)度在受拉情況下得到充分發(fā)揮的結(jié)構(gòu)形式。索(Cable)索桁架、斜拉索、懸索鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理DesignPrinciplesofSteelStructure武漢軍山長(zhǎng)江大橋（斜拉）美國(guó)舊金山大橋（懸索）張拉結(jié)構(gòu)——索膜結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理DesignPrinciplesofSteelStructure斜拉索在鋼結(jié)構(gòu)建筑物中的應(yīng)用

軸心受力構(gòu)件(ConcentricallyLoadedMember/AxialForceMember/AxialMember)

—拉桿(TensionMember)

—壓桿(CompressionMember)

受彎構(gòu)件(BendingMember)

—梁(Beam)

偏心受力構(gòu)件(EccentricallyLoadedMember/CombinedCompressionandBendingMember)

—拉彎桿（偏心受拉）EccentricallyLoadedTensionMember

—壓彎桿（偏心受壓）

EccentricallyLoadedComp.Member

拱(Arch)

索(Cable)結(jié)構(gòu)中構(gòu)件主要受力形式本課程學(xué)習(xí)§1.4鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法1.4.1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變遷1.4.2結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法1.4.3結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析方法1.4.1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變遷§1.4鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法1.4.1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變遷1957年以前：采用總安全系數(shù)的容許應(yīng)力計(jì)算法；1957～1974：采用三個(gè)系數(shù)的極限狀態(tài)計(jì)算法；1974～1989：采用以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù)，進(jìn)行多系數(shù)

分析，用單一的系數(shù)表示的容許應(yīng)力計(jì)算法；1989～：采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。缺點(diǎn)：安全系數(shù)憑工程經(jīng)驗(yàn)確定的一定值，這樣，各種構(gòu)件的可靠性將不能保證比較一致的水平?？偘踩禂?shù)容許應(yīng)力法三系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法特點(diǎn)：明確提出了兩種極限狀態(tài)，采用三個(gè)系數(shù)來(lái)考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全儲(chǔ)備問(wèn)題，避免單一安全系數(shù)的缺陷。缺點(diǎn)：材質(zhì)均勻系數(shù)概念重復(fù)。強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)不是明確概率取值，而是取鋼的廢品限值，不符合概率方法。容許應(yīng)力屈服應(yīng)力或者屈曲應(yīng)力缺點(diǎn)：各種載荷并不相同，各種構(gòu)件承受荷載的情況也不一定相同，構(gòu)件的幾何尺寸變異并不完全一致，采用統(tǒng)一的安全系數(shù)顯然不可能獲得相同的安全度。以結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為依據(jù)，多系數(shù)分析后用單一安全系數(shù)的容許應(yīng)力計(jì)算法以概率為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

把各種參數(shù)（載荷效應(yīng)、結(jié)構(gòu)抗力等）作隨機(jī)變量，運(yùn)用概率分析法并考慮變異性來(lái)確定設(shè)計(jì)采用值。

把概率分析引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，顯然比容許應(yīng)力法先進(jìn)，標(biāo)志我國(guó)在設(shè)計(jì)理論上前進(jìn)了一大步，邁入了國(guó)際先進(jìn)水平。1.4.2結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法1.4.2結(jié)構(gòu)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法1.基本概念結(jié)構(gòu)可靠度：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間（50年），規(guī)定的條件（正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用、正常維護(hù)）下，完成預(yù)定功能的概率。失效概率：結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率。結(jié)構(gòu)的功能要求：安全性，適用性，耐久性。結(jié)構(gòu)作用：施加在結(jié)構(gòu)上的各種荷載及引起外加變形或約束變形的原因（如荷載、地震、基礎(chǔ)下沉、溫度變化、焊接等）作用：永久作用，可變作用，偶然作用作用效應(yīng)（S）:結(jié)構(gòu)作用引起結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力（軸、彎、剪）和變形（撓度、轉(zhuǎn)角）。結(jié)構(gòu)抗力（R）：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受作用效應(yīng)的能力。（1）承載能力極限狀態(tài)

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，包括以下幾個(gè)方面：2.結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)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；結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接在循環(huán)荷載作用下發(fā)生的疲勞破壞；結(jié)構(gòu)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）。

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(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，這一特定狀態(tài)稱(chēng)為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)

不發(fā)生破壞、倒塌、失穩(wěn)、傾覆；（2）正常使用極限狀態(tài)

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定值：影響正常使用或外觀(guān)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)。

承載力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)相比，前者可能導(dǎo)致人身傷亡和大量的財(cái)產(chǎn)損失，而后者對(duì)生命的危害則較小，主要是引起人們的不適，所以也應(yīng)該給予足夠的重視。正常使用極限狀態(tài)

不發(fā)生過(guò)大變形、振動(dòng)、裂縫。3.概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原理

設(shè)計(jì)基本原則：技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量。將各因素概括為兩個(gè)綜合隨機(jī)變量——結(jié)構(gòu)的抗力R、作用效應(yīng)S。

>0，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)

功能函數(shù)

Z=R-S=0，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)<0，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)失效概率（1.3.3）Z=R-S稱(chēng)為極限狀態(tài)方程。這樣，結(jié)構(gòu)可靠概率為Ps=p{(R-S)≥0}且可靠度Ps=1-Pf絕對(duì)可靠的結(jié)構(gòu)是不存在的，只要Pf達(dá)到人們可以接受的程度是安全的?？煽恐笜?biāo)的引入結(jié)構(gòu)功能函數(shù)Z=R-S

由于S和R均為正態(tài)分布的隨機(jī)變量，其均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為s、s和

R、R。（1.3.7）設(shè)：（1.3.6）1z12z2可靠失效z1Z1z2Z2f(z)Z=R-SoPf2Pf1Z功能函數(shù)Z的概率密度曲線(xiàn)b2.52.73.23.74.2Pf5×10-33.5×10-36.9×10-41.1×10-41.3×10-5表1.3.1失效概率和可靠指標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系值越大，Pf

就越小。

可以作為衡量結(jié)構(gòu)可靠度的一個(gè)數(shù)量指標(biāo)?！煽慷戎笜?biāo)表1.3.2結(jié)構(gòu)構(gòu)建承載力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)破壞類(lèi)型安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2

建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)：一級(jí)；設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：50年；

設(shè)計(jì)使用年限：100年；

抗震設(shè)防分類(lèi)：乙類(lèi)；抗震設(shè)防烈度：8度；

場(chǎng)地類(lèi)別：Ⅲ類(lèi)；

設(shè)計(jì)地震分組：第一組。鳥(niǎo)巢結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特性將改寫(xiě)為

若規(guī)定了，并有μR、

μS、σR、

σS，就可利用上式進(jìn)行設(shè)計(jì)或驗(yàn)算。一次二階矩的近似概率方法結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)結(jié)構(gòu)抗力

GB50068-2001《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式，應(yīng)根據(jù)各種極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)要求，采用有關(guān)的荷載代表值、材料性能標(biāo)準(zhǔn)值、幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值以及各種分項(xiàng)系數(shù)等表達(dá)。

為了便于應(yīng)用并符合人們長(zhǎng)期以來(lái)的習(xí)慣，規(guī)范并不直接使用進(jìn)行設(shè)計(jì)，而利用式: 來(lái)完成。就設(shè)計(jì)而言，問(wèn)題被轉(zhuǎn)化為計(jì)算效應(yīng)S和抗力R。4.設(shè)計(jì)表達(dá)式鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理DesignPrinciplesofSteelStructure

在荷載效應(yīng)的基本組合條件下，式（1.3.11）可轉(zhuǎn)化為等效的以基本變量標(biāo)準(zhǔn)值、分項(xiàng)系數(shù)和組合系數(shù)，并以應(yīng)力形式表達(dá)的極限狀態(tài)公式。

可變荷載起控制作用時(shí)：永久荷載起控制作用時(shí)：1）承載能力極限狀態(tài)分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)式

對(duì)于一般排架和框架結(jié)構(gòu)：（1.3.14）（2）可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)（gQ）

--一般情況下應(yīng)取1.4；

--對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2的工業(yè)房屋樓面結(jié)構(gòu)的

活荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)取1.3。（1）永久荷載分項(xiàng)系數(shù)（gG）當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)不利時(shí)

--對(duì)可變荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.2;--對(duì)永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取1.35;當(dāng)其效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)

--一般情況下應(yīng)取1.0；--對(duì)結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗(yàn)算，應(yīng)取0.9。fd

或f——鋼材或連接材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。fk——鋼材或連接材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。R——鋼材或連接材料抗力分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)于Q235鋼R

=1.087；Q345、Q390、Q420鋼R=1.111

。鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范給出了各類(lèi)鋼材和連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。（P381－3頁(yè)，附錄1）

對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，要求分別采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合和準(zhǔn)永久組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，并使變形等設(shè)計(jì)值不超過(guò)相應(yīng)的規(guī)定限值。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)只考慮荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合。υGk--永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值；υQ1k—起控制作用的第1個(gè)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值（該值使計(jì)算結(jié)果為最大）；(1.3.15)2）正常使用極限狀態(tài)

νQik--其他第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中產(chǎn)生的變形值。[ν]--結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的容許變形值。(P384-5頁(yè)，附錄2)

1.4.3結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析方法1.4.3結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析方法1.一階彈性分析框架柱頂位移為：固端彎矩為：（1.3.16）（1.3.17）圖1.3.2b，e框架和懸臂柱按一階彈性分析：

力的平衡條件按變形前的結(jié)構(gòu)桿件軸線(xiàn)建立，不考慮結(jié)構(gòu)變形對(duì)內(nèi)力的影響，可以利用疊加原理。2hl2PPPEI=∞EIEI2PPPⅠPPⅠPPx2.框架結(jié)構(gòu)的近似二階彈性分析