鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)課件1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的與功能要求

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)滿足各種預(yù)定的功能要求。

這預(yù)定的功能是指：①安全性結(jié)構(gòu)能承受在正常施工和正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種荷載及其它作用(如溫度變化、基礎(chǔ)不均沉降等)；在偶然事件（如地震）發(fā)生時(shí)及發(fā)生后仍能保持必需的整體穩(wěn)定性，不致倒塌。②適用性結(jié)構(gòu)在正常使用時(shí)應(yīng)具有良好的工作性能，滿足預(yù)定的使用要求，例如不產(chǎn)生影響正常使用的過(guò)大變形等。③耐久性結(jié)構(gòu)在正常的維護(hù)下，應(yīng)隨時(shí)間的變化仍能滿足預(yù)定的功能要求，例如不發(fā)生嚴(yán)重侵蝕而影響結(jié)構(gòu)的使用壽命等。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的與功能要求安全性、耐久性、耐久性統(tǒng)稱結(jié)構(gòu)的可靠性2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1）根據(jù)建筑物的使用要求、具體條件和方案設(shè)計(jì)中已確定的內(nèi)容，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用和確保質(zhì)量；2）確定選用的鋼材牌號(hào)；3）建立結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，確定其所受的各類(lèi)荷載；4）按不同荷載分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，進(jìn)行內(nèi)力組合，確定各個(gè)構(gòu)件在最不利組合下產(chǎn)生的最大內(nèi)力；5）進(jìn)行各構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)；6）進(jìn)行構(gòu)件相互間的連接設(shè)計(jì)；7）繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的與功能要求鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)課件1.極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法當(dāng)以整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過(guò)某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，則此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)，按此狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法稱極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法分為：三系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法2.三系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法從1957年開(kāi)始，我國(guó)采用了前蘇聯(lián)提出的三系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。它的特點(diǎn)是明確提出了兩種極限狀態(tài)（承載力極限狀態(tài)和變形極限狀態(tài)）的概念。對(duì)于承載力極限狀態(tài)，針對(duì)荷載、材料的不同變異性，不再采用單一的安全系數(shù)，而采用多系數(shù)表達(dá)。①荷載的超載系數(shù)②工作條件系數(shù)③材料勻質(zhì)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法3.半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法自1975年起，我國(guó)試行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TJ17-74)，規(guī)范中采用對(duì)承載力極限狀態(tài)進(jìn)行多系數(shù)分析，而后用單一安全系數(shù)表達(dá)的容許應(yīng)力法，表達(dá)式和傳統(tǒng)容許應(yīng)力法基本相同；但安全系數(shù)的確定是對(duì)影響結(jié)構(gòu)安全的諸因素采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，并結(jié)合我國(guó)工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行多系數(shù)分析后，綜合求出的單一安全系數(shù)，實(shí)質(zhì)上是半概率半經(jīng)驗(yàn)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法4.概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法自1989年7月起，我國(guó)開(kāi)始施行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ17-88。其設(shè)計(jì)方法采用概率極限狀態(tài)法。概率極限狀態(tài)法是將影響結(jié)構(gòu)功能的諸因素（荷載效應(yīng)，材料抗力等）作為隨機(jī)變量，運(yùn)用概率分析法并考慮其變異性來(lái)確定設(shè)計(jì)值；這樣對(duì)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的功能也只作出了一定的概率保證，即認(rèn)為任何設(shè)計(jì)都不能保證絕對(duì)安全，而是存在一定風(fēng)險(xiǎn)。但是，只要其失效概率小到人們可以接受的程度，便可認(rèn)為所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是安全可靠的。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)課件第一階段傳統(tǒng)的容許應(yīng)力法（20世紀(jì)初到1957年）我國(guó)目前采用的方法1.我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法發(fā)展的四個(gè)階段第二階段三系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（1957-1974年）第三階段半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（1975-1988年）第四階段概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（1989-至今）2.我國(guó)目前采用的方法——概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

概率極限狀態(tài)法是將影響結(jié)構(gòu)功能的諸因素（荷載效應(yīng)，材料抗力等）作為隨機(jī)變量，運(yùn)用概率分析法并考慮其變異性來(lái)確定設(shè)計(jì)值；這樣對(duì)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的功能也只作出了一定的概率保證，即認(rèn)為任何設(shè)計(jì)都不能保證絕對(duì)安全，而是存在一定風(fēng)險(xiǎn)。但是，只要其失效概率小到人們可以接受的程度，便可認(rèn)為所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是安全可靠的。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

①可靠概率、失效概率結(jié)構(gòu)的可靠性（安全性、適用性、耐久性）用“可靠度”來(lái)衡量，它的定義是：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率，稱為結(jié)構(gòu)的可靠度，或稱為可靠概率。反之，結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率，稱為失效概率。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法（1）可靠概率、失效概率與可靠指標(biāo)②可靠指標(biāo)度量結(jié)構(gòu)可靠性的一種數(shù)量指標(biāo)，可靠指標(biāo)的數(shù)值與失效概率在進(jìn)行極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)是一一對(duì)應(yīng)的。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)可靠指標(biāo)值和失效概率值

極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

（2）概率極限狀態(tài)法與計(jì)算表達(dá)式極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)：系指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求的臨界狀態(tài)，超過(guò)這一狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不再能滿足設(shè)計(jì)要求。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可為下列兩類(lèi)：1）承載力極限狀態(tài)2）正常使用極限狀態(tài)1）承載力極限狀態(tài)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法①概念

承載力極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力或不適合于繼續(xù)承載的變形。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了承載力極限狀態(tài)：a整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡，如結(jié)構(gòu)發(fā)生傾覆等；b結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度被超過(guò)而破壞（包括疲勞破壞），或因過(guò)度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載；c結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系；d結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定，如壓桿彎曲等。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法基本表達(dá)式：γ0S≤R

γ0—結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)

S—內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值，載力極限狀態(tài)采用荷載效應(yīng)的基本組合（永久荷載與可變荷載設(shè)計(jì)值效應(yīng)的組合）進(jìn)行設(shè)計(jì)。R—按材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以抗力分項(xiàng)系數(shù)）算得的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力設(shè)計(jì)值

R=RK/γR

②承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法具體表達(dá)式：（選以下組合值中最不利值確定）由可變荷載控制的組合：由永久荷載控制的組合：

②承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)，安全等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)時(shí)分別為1.1、1.0、0.9；

——永久荷載分項(xiàng)系數(shù)；——第一個(gè)、第i個(gè)可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)；——第一個(gè)、第i個(gè)關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)，設(shè)計(jì)使用年限為5年、50年和100年時(shí)的分別為0.9、1.0、1.1；——按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值；——按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值，其中為諸可變荷載效應(yīng)中起控制作用者；——可變荷載的組合值系數(shù)n——參與組合的可變荷載數(shù)

極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

由可變荷載控制的組合：由永久荷載控制的組合：

備注：對(duì)于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，表達(dá)式可簡(jiǎn)化如下，且選以下組合值中最不利值確定2）正常使用極限狀態(tài)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法①概念

正常使用極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項(xiàng)限值。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過(guò)了正常使用極限狀態(tài)：a影響正常使用或外觀的變形；b影響正常使用或耐久性的局部損壞（包括裂縫）；c影響正常使用的震動(dòng)；d影響正常使用的其他特定狀態(tài)。

②正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，在設(shè)計(jì)中主要是控制結(jié)構(gòu)或