鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)入門講義

§1.1 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史公元前200年，秦始皇時(shí)代，鐵造橋墩；公元60年，漢明帝時(shí)代，鐵鏈懸橋（蘭津橋）濟(jì)寧寺甘露寺大渡河鐵索橋廣州中山紀(jì)念堂圓屋頂錢塘江大橋南京長(zhǎng)江大橋首都體育館上海體育館大型企業(yè)廠房300多年前上世紀(jì)30年代上世紀(jì)50～60年代中國國際貿(mào)易中心京廣中心大廈深圳發(fā)展中心地王大廈黑龍江電視塔1990年北京亞運(yùn)會(huì)場(chǎng)館現(xiàn)在，金茂大廈421m，環(huán)球金融中心460m帝國大廈381m新加坡雙塔大廈450msearstower

443m世界貿(mào)易中心402m結(jié)論：材料：連接：上世紀(jì)80年代后國外結(jié)構(gòu)形式：橋

→塔

→工業(yè)與民用建筑鑄鐵

→鍛鐵

→鋼銷釘

→鉚釘

→焊接

→螺栓金茂大廈臺(tái)北101大廈448/508最 最高 高使 屋用 頂樓 高層 度438 448m m環(huán)球金融中心新加坡雙塔大廈95層世貿(mào)中心英國倫敦千年穹頂－D320m02年世界杯－韓國大邱體育場(chǎng)國家大劇院上海八萬人體育場(chǎng)上海八萬人體育場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)組合鋼管懸挑空間桁架—70m多澳門東亞運(yùn)動(dòng)會(huì)體育館澳門東亞運(yùn)動(dòng)會(huì)體育館－亞洲跨度最大的桁架上海南站鋼結(jié)構(gòu)圓屋頂－D265m長(zhǎng)31km東海大橋鋼結(jié)構(gòu)工程海上段28km 橋?qū)?1.5m336落m320時(shí)m建設(shè)中萌的迪拜縣塔建筑高很度是絕湊密，現(xiàn)耳已建成62挺9m迪拜宰塔效損果圖鳥巢水立疤方水立唯方中國工塞程院院士董石麟：歐“(水般立方)狼結(jié)構(gòu)形孩式我們摩現(xiàn)在高叫它多俗面體空翅間鋼架項(xiàng)結(jié)構(gòu)。期這一種映結(jié)構(gòu)在庫過去，拐不單單肯在我它們國家甚，在世置界上還避是沒有瘦的”。濟(jì)南永奧體值中心贊效果搏圖（十一相屆全運(yùn)四會(huì)）濟(jì)南滲奧體訊中心§1.腰2鋼結(jié)構(gòu)統(tǒng)的特點(diǎn)臭和應(yīng)用一.鋼結(jié)籠構(gòu)的煌特點(diǎn)自重葵輕、宿承載她力高絕；為同壁跨度穿、同聲荷載科鋼筋銷混凝鋪土屋月架的單（1/3～1/4）重。特別是盒地質(zhì)條包件差的劑地區(qū)，做降低地簽基、基趙礎(chǔ)的造娃價(jià)。鋼材的邀塑性和治韌性好費(fèi)；（后膜面介紹唯）接近獲于勻競(jìng)質(zhì)等碌向體??；內(nèi)部組蹤蝶織均勻聯(lián)，各方返向物理戲性能基荒本相同比，在使思用階宿段，變飲形較小拳。此特展點(diǎn)與力挺學(xué)假定虎吻合較墾好。焊接路性能削；指鋼鴉材在陵焊接電過程楚中和稅焊后邁，保蘿持焊擇接部漫分不虛開裂列的足完整把性的銹性質(zhì)融。不滲提漏；便于充做成志密閉共容器些。7.耐腐濫蝕性掙差；涂防誼腐漆怖混崇凝土褲包裹8.耐熱桐好，框防火符差。t<150℃，性襯能變化先不大t>15精0℃，體性能疤變化斷大t>60辦0℃，季強(qiáng)度伶為0涂防隔火涂疾料混凝磚土包所裹二.鋼結(jié)構(gòu)壓的應(yīng)用1.工業(yè)夫廠房跨度、才柱距較設(shè)大，有遺100根t以上河重級(jí)或悉中級(jí)工橋作制吊潮車的肅廠房，梯有熱輻推射的廠限房。現(xiàn)負(fù)什么廠絡(luò)房都可凡采用。2.大跨氧結(jié)構(gòu)解決石辦法解決蔬辦法→網(wǎng)架召、網(wǎng)殼釀、懸索周圍溫掠度超過笑150初℃，栽采取防云護(hù)措施廠房→鋼儀屋架妥體返育館赤、會(huì)施館高聳宿結(jié)構(gòu)盲和高要層結(jié)曉構(gòu)自重輕免、截面杰小，減須小風(fēng)荷雹載。受動(dòng)力中荷載作普用的結(jié)董構(gòu)鋼材六的韌尚性好辦，動(dòng)餐力性揀能高軍。容器尺與管損道可拆卸梁和移動(dòng)啄的結(jié)構(gòu)如流韻動(dòng)式層展覽鐘館、樓活動(dòng)眉房。其它。如海洋蠟平臺(tái)、北碼頭、窗輸煤棧奧橋等?？傊獠捎娩撨~結(jié)構(gòu)，跪工期短赴、造價(jià)匹高，應(yīng)敬從綜合按經(jīng)濟(jì)橫效益來睡考慮?！?.好3鋼結(jié)構(gòu)閃的設(shè)計(jì)差方法鋼結(jié)構(gòu)起設(shè)計(jì)時(shí)棗，必須蜘滿足一脫定的設(shè)騎計(jì)準(zhǔn)則桐，即在浴滿足功損能要帽求的邁前提話下，釀做到例安全檢可靠冤、技熔術(shù)先裳進(jìn)、悠確保插質(zhì)劣量和土經(jīng)濟(jì)惹合理筒。一.安全系痛數(shù)法（受容許應(yīng)蠢力設(shè)計(jì)躺法）KyσSA≤σf構(gòu)件鵝中應(yīng)匆力容許真應(yīng)力S：全部社荷載引換起的結(jié)爪構(gòu)構(gòu)件怒中的內(nèi)糠力；A：幾攤何特陪性，稀即截?cái)嚸婷骛W積或飛截面尾抵抗貼矩等途；fy：材茄料的累標(biāo)準(zhǔn)解強(qiáng)度間，針餃對(duì)鋼鈴材為委屈服恰點(diǎn)；K：安全宗系數(shù)。安全陸系數(shù)嚷憑經(jīng)牧驗(yàn)而卻定，姜因而虎不同寶構(gòu)件宏的安何全度維不可殖能簽相同忠，故肺不合嶺理。注意：澆疲勞計(jì)硬算還采解用此法徒。二.極限狀蔑態(tài)設(shè)計(jì)嗓法極限培狀態(tài)：當(dāng)結(jié)構(gòu)飛或其組恐成部分謀超過某較一特定務(wù)狀態(tài)，就不泄能滿科足設(shè)卡計(jì)規(guī)腐定的悠某一舊功能匠要求刺時(shí)，勵(lì)此特州定狀撞態(tài)就涼稱品為該覺功能鐮的極素限狀絞態(tài)。承載力軋極限狀剖態(tài)正裝常使用粉極限狀管態(tài)如傾耐覆。②結(jié)構(gòu)構(gòu)綠件或連當(dāng)接因超案過材料傍強(qiáng)度而檔破壞（險(xiǎn)包括姐疲勞強(qiáng)哭度），煌或因過歉度變形秩而不適遠(yuǎn)于繼續(xù)香承載爆；③結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)闄C(jī)成動(dòng)體系岸；④結(jié)構(gòu)或速結(jié)構(gòu)構(gòu)修件喪失較穩(wěn)定；⑤地基喪猛失承載理能力而片破壞。分為具體這為承載力稅極限狀要態(tài)：指結(jié)構(gòu)住或構(gòu)件抹達(dá)到最刑大承載刑能力或爽是出現(xiàn)不黃適于繼龍續(xù)承載彎的變形參。包括儀靜力摸強(qiáng)度旬、動(dòng)較力強(qiáng)相度、叮穩(wěn)定這、傾側(cè)覆等微。①整個(gè)章結(jié)構(gòu)稠或結(jié)長(zhǎng)構(gòu)的菊一部已分作旅為剛鉗體失耍去平伴衡；正常帆使用消極限反狀態(tài)：指結(jié)構(gòu)干或構(gòu)件憑達(dá)到正頸常使用僅或耐久性的某奇項(xiàng)規(guī)定欣限值。①影響正常蝕使用或較外觀的釘變形；②影響正常菜使用或療耐久性秋的局部左損壞（啞包括恰裂縫）松；③影響正吊常使滑用的誦振動(dòng)其；④影響正喊常使鋼用的秩其它除特定丘狀態(tài)畜。具體身為1.極限狀揭態(tài)設(shè)計(jì)養(yǎng)法是以概稈率理論構(gòu)為基礎(chǔ)畏，把有植變異性拉的設(shè)計(jì)蛙參數(shù)通由過概速率分析顏引入結(jié)杯構(gòu)設(shè)計(jì)棚中。根據(jù)應(yīng)方用概率摟分析的炎程度分婚為三種柏水準(zhǔn)：半概率卻極限狀拌態(tài)設(shè)計(jì)堤法；滲近似潔概率極帖限狀態(tài)鉛設(shè)計(jì)法喊；全伯概率極棵限狀態(tài)統(tǒng)設(shè)計(jì)法灰。作用：是使結(jié)爐構(gòu)產(chǎn)生及內(nèi)力和旨變形的絲式所有原椅因。敘又稱荷沿載效應(yīng)到，以S表示。如荷純載、愉溫度拔變化淋、地缸震力昆等?？沽Γ航Y(jié)構(gòu)燭或構(gòu)肥件的赤承載哄力，以R表示。它取顧決于蝴材料桌的強(qiáng)殊度和錘構(gòu)件功的幾撐何因饞素?？煽啃裕褐附Y(jié)射構(gòu)在擾規(guī)定誼的時(shí)尺間內(nèi)困、規(guī)吳定的軌條件穿（正脆常設(shè)襯計(jì)榨、正叮常施晴工、辟正常倉使用朽、正建常維唯護(hù)）渴下，鋼完成鳳預(yù)苦定功衣能的通能力喝。預(yù)定功和能：就蝦是對(duì)于蒸規(guī)定的仍某種功鼻能來說濤，結(jié)構(gòu)不失竊效?？煽抗P性是姜結(jié)構(gòu)死安全索性、手適用紫性、涌耐久干性的且概稱尤。筆可靠流度：用來蒙衡量蘿結(jié)構(gòu)速可靠濟(jì)性的糠指標(biāo)編。指結(jié)需構(gòu)在零規(guī)定勿的時(shí)擺間內(nèi)膨、規(guī)趁定的討條件憤下完?duì)I成預(yù)雷定功能逃的概田率。當(dāng)結(jié)興構(gòu)或捆構(gòu)件成的抗蠶力等墾于荷刊載效竄應(yīng)時(shí)揚(yáng)，此貴結(jié)構(gòu)寺或謀構(gòu)件傭達(dá)極映限狀毫態(tài)。極限械狀態(tài)率方程Zg(忌R.求S)R-S0R>S時(shí)，可抽靠R<秒S時(shí)，恥失效由于基納本變量趨的不定鉗性，即胃各變量橋可能出搶現(xiàn)高值膏或低森值，因百而也不免能保證刊結(jié)構(gòu)絕恥對(duì)可靠顏。通常，緊認(rèn)為可知靠概率濟(jì)足夠大倘，或者園說，失傅效概率餓足夠小描，就道可認(rèn)喉為結(jié)丑構(gòu)是活安全腥的?？煽空摳怕什婕纯苫タ慷惹颍胮s表示，ps＝g(眨R-遇S吸>0勝)失效圈概率用pf表示傻，pf＝g(R冊(cè)-S<0灘)最pf+ps=1.0結(jié)構(gòu)可駝靠就是筋指失效足概率小魚到人們約可以接茶受的程瀉度。場(chǎng)可接受宜的失效疫概率為也萬分之胃幾。設(shè)計(jì)中臣，荷載木、材料油強(qiáng)度等舟指標(biāo)大儀都是隨帖機(jī)變量之，多呈正爹態(tài)分布些，一些步非正態(tài)者分布的疫隨機(jī)變暑量（如端風(fēng)載）龜可以注通過數(shù)滋學(xué)變換訪成當(dāng)量閘的正態(tài)尤分布。故此認(rèn)為R、S為正亮態(tài)分肚布。所以，并極限狀告態(tài)函數(shù)Z=R虎-S也是星正態(tài)莫分布吼的隨哈機(jī)變抱量。Z的概飛率分蘇布曲濾線Z<丹0失效概半率σR、σS表示R、S的標(biāo)準(zhǔn)爸差Zf(Z挨)μZβσZ即R-柄S<0失效0∫∞f(z琴)dzpfμZμR-μSR Sσ2σ2則Z的平羞均值Z的標(biāo)川準(zhǔn)差σZZ很難求彈出，而Z的特球征值良較易榆求。用μR、μS表示R、S的平琴均值從圖中毫看出，pf與μZ至原盼點(diǎn)的嫁距離陵有關(guān)喬，同計(jì)算挪復(fù)雜懶，想紅其它恩辦法剝。令μZβσZ，則pf與β之間也犁存在相葬應(yīng)關(guān)系砍，β大，則pf小，誕反之鉗亦然絲式，經(jīng)理論啞計(jì)算，β與pf一一對(duì)緒應(yīng)。故β也可遇作為孟衡量勸結(jié)構(gòu)夢(mèng)可靠花性的養(yǎng)一個(gè)杰指標(biāo)蓄，稱臥為當(dāng)然歐，要掛滿足澆結(jié)構(gòu)平構(gòu)件敲承載規(guī)能力忽的可墊靠指陪標(biāo)要煤求，β不應(yīng)小于?規(guī)范?規(guī)定值妥。由于R、S采用構(gòu)了近著似的裝正態(tài)攜分布蠢，故斑算得的β、Pf值是任近似高的，忙故稱承為近貝似概羅率極裝限狀睜?wèi)B(tài)設(shè)遠(yuǎn)計(jì)法繡。由于Z的分布飽很難求治出，Pf計(jì)算捧復(fù)雜荒，采用β代替Pf來度量拆結(jié)構(gòu)的拋可靠性些。據(jù)統(tǒng)貼計(jì)資四料，知R、S平均值緩和標(biāo)準(zhǔn)仔差后，洋即知β。2.設(shè)計(jì)命表達(dá)揮式按可靠天指標(biāo)設(shè)旱計(jì)不易擱掌握，?規(guī)銀范?謝將極讀限狀微態(tài)設(shè)蜂計(jì)故公式儀等效求地轉(zhuǎn)底化為謝分項(xiàng)輝系數(shù)越設(shè)計(jì)附公式磨。分項(xiàng)鼠系數(shù)設(shè)不是鎮(zhèn)憑經(jīng)健驗(yàn)而闊定，鮮是以題可靠顛指標(biāo)β為基礎(chǔ)采用餃概率對(duì)設(shè)計(jì)騾法求寸出。2sσ2RσμR-μS“可靠燭指標(biāo)”。β對(duì)應(yīng)查賣出Pf（1）承載段力極后限狀運(yùn)態(tài)Z＝R-S＝0S≤R其中療：RK：抗宣力標(biāo)羞準(zhǔn)值長(zhǎng)；②由代恒荷撲載效胃應(yīng)控窯制的都組合fKAγR1.1重要問結(jié)構(gòu)1.0一般甲結(jié)構(gòu)0.9次要結(jié)額構(gòu)應(yīng)考慮偶然組搏合：偶然設(shè)豆計(jì)狀況炊（如撞廳擊、爆清炸、火棗災(zāi)等）S取值專：基本組合①由活數(shù)荷載效脅應(yīng)控制存的組合取不利詳組合fdARRKγR引入舍結(jié)構(gòu)飼重要杜性系數(shù)γ0γ0S≤Rγ：材料染抗力分菊項(xiàng)系數(shù)霜；RfK：鋼抱材強(qiáng)膜度標(biāo)川準(zhǔn)值姨；A：截面幾披何因素年；fd：材料殖強(qiáng)度設(shè)晃計(jì)值。①由活倉荷載償效應(yīng)點(diǎn)控制蜜的組距合：永暴久荷味載的昆分項(xiàng)嚴(yán)系數(shù)奶；此處不粱區(qū)分各徹可變荷映載作用管的大小蠢。S∑ψγSSγ γnQ1吹KQ1GKGQiKQicii2SSγψγ SGKGQiKQicii1S∑（＊新）式中：γGγ：第i個(gè)可變塑荷載的逮分項(xiàng)系秩數(shù)；QiSGK：按經(jīng)永久邊荷載風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)徒值GK計(jì)算稈的荷魂載效戒應(yīng)值膏；SQiK：按油可變汪荷載媽標(biāo)準(zhǔn)值QiK計(jì)算的磨荷載效胡應(yīng)值；ψci：可票變荷傍載Qi的組合夜值系數(shù)錄（查規(guī)版范）。②由恒荷傭載效應(yīng)清控制的訓(xùn)組合nSγSGKG∑QiKQii1Sγ0.9取不弱利組傭合即：若僅有險(xiǎn)一個(gè)可忘變荷載屈，組淘合值系和數(shù)取為1.0②由恒荷石載效應(yīng)濫控制的償組合始仍用（痰＊）式楊，或ψγSnSGKGQiKQicii1∑Sγ對(duì)框托架、羨排架財(cái)，公略式簡(jiǎn)惡化①為：由活絕荷載牧效應(yīng)捕控制綁的組絨合SγSGKγSQ1晨KGQ1n注：①基本鉆組合索中的鵝設(shè)計(jì)鉛值適爛用于賊荷載缺與荷斜載效災(zāi)應(yīng)線神性披的情減況；②SQ1穿K無法判極斷時(shí)，漸輪次以飛各可變距荷載為SQ1K，然后取敢不利謝者；③當(dāng)考慮絕以豎向樹的永久瓣荷載效莫應(yīng)控制借的組合麗時(shí)，可扛變荷搞載僅取快豎向荷川載；（可變驕荷載效幻玉應(yīng)控制時(shí)）=1羅.0④γ取值：G時(shí)當(dāng)）效應(yīng)對(duì)柿結(jié)構(gòu)不利時(shí)γ當(dāng)效應(yīng)Q對(duì)取結(jié)值構(gòu)：有利時(shí)：=1.植4=1.隔3(工業(yè)寇樓面鍛活荷狗標(biāo)準(zhǔn)謠值≥4kN穴/m2)（2）正常幅使用極丙限狀態(tài)S≤Cγ=1.居2GγGγ=1桌.3蜻5（永久隨荷載效尚應(yīng)控制GS取值：鋼結(jié)構(gòu)繼只考慮洪荷載的哪標(biāo)準(zhǔn)組士合。ni2SQ1K∑ψciSQiK標(biāo)準(zhǔn)跨組合：SSGK