鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第一章

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理4.了解桿件和板件穩(wěn)定的基本理論，理解影響穩(wěn)定性的主要因素及提高穩(wěn)定性的措施；3.掌握鋼結(jié)構(gòu)用鋼的主要性能及其主要影響因素，并能正確地選擇鋼材；2.理解“鋼結(jié)構(gòu)”的計算方法；1.了解鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展概況,掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點；本課程的基本要求5.掌握各種連接（焊接、螺栓連接）和各類構(gòu)件(梁、柱和屋架)的工作性能、破壞特征及其設(shè)計的基本方法。6.理解構(gòu)件間的連接方法、力的傳遞方式和過程以及構(gòu)造原則；教學(xué)參考書及規(guī)范:1.鋼結(jié)構(gòu)

肖亞明主編合肥工業(yè)大學(xué)出版社2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

（GB50017-2003)7.熟悉與土木工程相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。3.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范

（GB50205-2001)第一章緒論大綱要求1.掌握鋼結(jié)構(gòu)的特點和鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。2．理解鋼結(jié)構(gòu)按極限狀態(tài)的設(shè)計方法，掌握其設(shè)計表達式的應(yīng)用。3．了解鋼結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展趨勢和問題?！?.1鋼結(jié)構(gòu)的特點和應(yīng)用范圍1.輕質(zhì)高強;

由于鋼材強度高，結(jié)構(gòu)需要的構(gòu)件截面小,結(jié)構(gòu)自重輕。

a=容重/強度,a越小，結(jié)構(gòu)相對越輕。鋼材：a=1.7～3.7×10-4/m；

木材：a=5.4×10-4/m；鋼砼：a=18×10-4/m；一、鋼結(jié)構(gòu)的特點

2.鋼材的塑性和韌性好；

塑性和韌性是概念上完全不同的兩個物理量。

塑性——承受靜力荷載時，材料吸收變形能的能力。

塑性好，會使結(jié)構(gòu)一般情況下不會由于偶然超載而突然斷裂，給人以安全保證；

韌性——承受動力荷載時，材料吸收能量的多少。

韌性好，說明材料具有良好的動力工作性能。

3.材質(zhì)均勻、各向同性，接近理想的彈塑性體，與力

學(xué)假定符合較好;

鋼材屈服前看作彈性材料,屈服以后看作塑性或彈塑性材料4.制作、安裝簡便，工期短，符合工業(yè)化要求;

國家大劇院屋架安裝鋼結(jié)構(gòu)住宅5、密閉性好，不滲漏;6、鋼材耐熱性好，耐火性差;

當(dāng)結(jié)構(gòu)表面長期受輻射熱達150℃以上或在短時間內(nèi)可能受到火焰作用時，須采用隔熱和防火措施。7、鋼材耐腐蝕性差。二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍1.大跨度結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)橋梁大連會展中心明石海峽大橋單層廠房多層工業(yè)廠房2.工業(yè)廠房金陵石化總廠3.承受動力荷載及地震作用的結(jié)構(gòu)4.高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)金茂大廈88層420米帝王大廈東京千年塔5.道路、橋梁結(jié)構(gòu)6.水利、水工結(jié)構(gòu)海上石油平臺船閘門攔污柵(1).波紋拱殼結(jié)構(gòu)7.輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)(2)門式剛架結(jié)構(gòu)（3）多貴層輕找型房財屋建棉筑活動車庫8.可拆針卸、犁移動站房屋書及移動麥結(jié)構(gòu)9.構(gòu)筑紹物10拾.建筑夠小品§1勢.2鋼結(jié)離構(gòu)的攀設(shè)計哀方法一、聲鋼結(jié)愉構(gòu)設(shè)午計方該法的庭演變1.傳統(tǒng)認的容蹤蝶許應(yīng)擁力方路法從20世紀郵初到20世紀5O年代銜，鋼匯結(jié)構(gòu)蔑采用嫂安全系翁數(shù)法杜設(shè)計彎，即:N--構(gòu)件譯截面躬的內(nèi)飲力；A--構(gòu)件菊截面叮幾何由特征捧；F--鋼材葛的最老大強化度；K-心-大于1的安漁全系規(guī)數(shù)；[σ炕]-開-鋼材恐的容夕許應(yīng)防力。2.概率升極限贊狀態(tài)挽設(shè)計臂方法(1聲)極限蟲狀態(tài)：當(dāng)結(jié)羽構(gòu)或扁其組拾成部侄分超顛過某絞一特斬定狀鉤態(tài)錫就不幸能滿慮足設(shè)腿計規(guī)的定的皂某一鞭功能秋要求勁時，親此特悅定狀重態(tài)稱闖為結(jié)事構(gòu)的屢極限烘狀態(tài)歪。(2盾)極限鏟狀態(tài)備分為下兩類勸：b.正常下使用極限席狀態(tài):包括棄：影響脅正?？肥褂枚蛲舛河^的齊變形棄、影繡響正南常使阿用的湯振動肅、影賤響正塘常使泄用的美或耐總久性栽的局擋部破淡壞等繼狀態(tài)。a.承載耽能力極限凱狀態(tài):包括系：強度糠破壞香、疲受勞破號壞、詳不適頑于繼吼續(xù)承封載的紗變形反、失殿穩(wěn)、馳傾覆豈、變雙為機何動體蘆系等詳狀態(tài)尊。(3叼)根據(jù)宴應(yīng)用晶概率籌分析番的程交度不慮同，蠅可分哄為三揮種水魄準：半概陰率極昆限狀鉆態(tài)設(shè)委計方惠法;近似睜概率煤極限甜狀態(tài)倦設(shè)計沈方法;全概址率設(shè)就計方撿法。a.半概棍率極賀限狀罷態(tài)設(shè)娛計方噸法;1)筒.三系池數(shù)法（當(dāng)勉時稱炊為計算蝕極限狼狀態(tài)犧法）:19積57年至19掀73年我慌國鋼葛結(jié)構(gòu)訓(xùn)設(shè)計然采用枯半概序率的名分項勞系數(shù)婦法,結(jié)構(gòu)昂設(shè)計戲中引堂入三確個分蘆項系格數(shù)，右即:荷載架分項欣系數(shù)--考慮輔荷載含的不特定性;材料遍分項妄系數(shù)--考慮居材料測的不城均性;工作裙條件憂系數(shù)--考慮剩結(jié)構(gòu)扶及構(gòu)欺件的訓(xùn)工作伶特點數(shù)以及致某些皇假定剛的計呼算簡晶圖與旗實際黨情況煮不完剩全相凡符等嘗因素。2)計算添公式N-讓-構(gòu)件辜截面擦的內(nèi)腿力；A-慈-構(gòu)件睛截面嶼幾何禍特征壟；K1--荷載府系數(shù)扮；K2--材料廳系數(shù);K3--調(diào)整腸系數(shù)翅；fyk--鋼材墓的屈屈服強厭度標墾準值皆；[σ震]-品-鋼材現(xiàn)容許抗應(yīng)力b、近呈似概框率極死限狀摧態(tài)設(shè)石計法（現(xiàn)睬行鋼銀結(jié)構(gòu)令設(shè)計憑規(guī)范(G膽B(tài)5炒00因17－20吸03如)）結(jié)構(gòu)察的工付作性販能可鈔用結(jié)叫構(gòu)的“功能纖函數(shù)”來描項述：Z＝g（X1，X2，…，Xn）（1－3）式中虹：g（·）--結(jié)構(gòu)惑的功肯能函威數(shù)；Xi(i＝1，2,…,n卸)-冤-影響支結(jié)構(gòu)度可靠來性的烏各物項理量美。將各酷因素喜概括徹為兩饅個綜燃合隨壩機變研量--結(jié)構(gòu)疾的抗茫力R、作用彎效應(yīng)S，則廈公式揮（1-勢3）可澡以寫改成：Z＝g（R，S）＝R－S（1-亂4）在實基際工席程結(jié)文構(gòu)中糊，可從能出寨現(xiàn)下降列三他種情級況：Z＞0表示柜結(jié)構(gòu)協(xié)處于可靠狀態(tài)膝；Z＝0表示秀結(jié)構(gòu)驕處于極限狀態(tài)Z＜0表示賽結(jié)構(gòu)危處于失效狀態(tài)喊；判斷磚結(jié)構(gòu)戲是否管可靠這，要生看結(jié)毒構(gòu)是唇否達烏到極拳限狀永態(tài)，為此唇，通廳常將巖下式巡壽：Z＝g(椒R，S)＝R－S＝0(1毒-5舅)稱為極限疼狀態(tài)待方程。結(jié)構(gòu)扁能完跳成預(yù)動定功飛能的忘概率(可靠攔度)用Ps表示裳，則傍：Ps＝P{鐘Z≥刮0}（1-串6）結(jié)構(gòu)異不能碌完成傅預(yù)定踐功能妨的概馳率(失效姑概率)用Pf表示訓(xùn)，則飄：Pf＝P{株Z<猜0｝（1-躺7）由于姜事件尺｛Z≥缺0｝與跪事件{Z＜0｝是奸對立賣事件某，所桃以結(jié)紛構(gòu)中的可忙靠度黑與結(jié)剝構(gòu)的理失效捉概率孩滿足:Ps＋Pf＝1或Ps＝1-德Pf（1-盒8）因為R和S都是豈隨機溫變量持，且禽假定兔都服眾從正能態(tài)分賤布，額由概率姐論原栗理知蘆功能授函數(shù)Z=掩R-勁S也服箭從正梢態(tài)分懼布,則:令：Z、R、S的平洲均值稱分別諷為μz、μR、μs，標據(jù)準方詠差分別為σz、σR、σs，則:f(z)PfμzZ的概率密度曲線Z=R-S

失效可靠因σz＞0，故映：因服從標準正態(tài)分布，故上式又可寫成：式中:φ(·)-臥-標準飲正態(tài)選函數(shù)榴；f(z)μzZ的概率密度曲線PfZ=R-S從圖否中可額以看渠出β與失貢效概售率Pf間存富在著如一一帳對應(yīng)童關(guān)系,即:1)箭.β減小時，陰包影部租分的面蛋積增帖大，餐即失浮效概率Pf增大；2)猾.β增大時，核陰影盟部分的面棕積減閃少，輩亦即夾失效概率Pf減小。說明β可以蘋作為瓦衡量虎結(jié)構(gòu)可靠圾度的一木個數(shù)在量指標。β—可靠目度指菌標f(z)μzZ的概率密度曲線PfZ=R-S

失效可靠標準正態(tài)分布時與的對應(yīng)值4.03.17X10-53.71.08X10-43.26.87X10-41.35X10-33.0β的計幣算:將式(1被-1刪0)、(1功-1嶼1)代入β的定晴義式得邊：c.全概真率設(shè)告計法對結(jié)致構(gòu)的椅各種關(guān)基本斤變量種均采名用隨化機變饑量或梁隨機弟過程純來描假述，滴對結(jié)鎮(zhèn)構(gòu)進信行精售確的查概率蔥分析女，求分得結(jié)于構(gòu)最澆優(yōu)失怨效概膝率作芹為結(jié)湖構(gòu)可禮靠度選的直感接度費量。二、贏鋼結(jié)黎構(gòu)設(shè)澡計表育達式a.采用撒以概盤率理衰論為鬧基礎(chǔ)笨的極幼限狀歪態(tài)設(shè)奔計方喬法(疲勞最問題惜除外)，用設(shè)分項蜂系數(shù)位的表掏達式序進行蠢計算部；b.結(jié)構(gòu)井的可鑼靠度傾用可貪靠度寄指標乘來度否量，府并以飛分項味系數(shù)撐的形墓式考精慮。（一旗）按承篩載能套力極迎限狀和態(tài)設(shè)底計應(yīng)考醉慮荷共載效已應(yīng)的往基本鳴組合顏或偶作然組孟合進唇行荷載（雞效應(yīng)薦）組麥合，攤采用完下列套表達浴式設(shè)霉計：式中確：γo--結(jié)構(gòu)斑重要陜性系看數(shù)；S誼--荷載赴效應(yīng)黎（組圣合）唐的設(shè)膽計值垂；R情--鋼結(jié)甘構(gòu)構(gòu)販件或枝連接叫材料址抗力份的設(shè)伏計值放。荷載信效應(yīng)滋組合彈如下侄：2.由永擠久荷溫載效條應(yīng)控致制的是組合誘：3.荷載介分項露系數(shù)求取值寸如下樸：1.由可謝變荷兩載效序應(yīng)控待制的搬組合船：（1）永爬久荷男載分長項系伐數(shù)當(dāng)其離效應(yīng)忽對結(jié)秒構(gòu)不紛利時--對可船變荷單載效自應(yīng)控本制的慎組合愉，應(yīng)董取1.輝2;--對永擊久荷毀載效斤應(yīng)控曠制的英組合屋，應(yīng)化取1.步35錢;當(dāng)其擱效應(yīng)執(zhí)對結(jié)奏構(gòu)有焦利時--一般妙情況多下應(yīng)子取1.鏡0；--對結(jié)棕構(gòu)的會傾覆槳、滑棄移或狂漂浮糟驗算軟，應(yīng)踩取0.廁9。（2）可俊變荷鉤載的床分項倘系數(shù)--一般律情況斬下應(yīng)掉取1.莖4；--對標景準值渠大于4k獸N/濾m2的工另業(yè)房曬屋樓弄面結(jié)畏構(gòu)的活荷辜載標刺準值桌應(yīng)取1.言3。對于籃鋼結(jié)肚構(gòu)這阿種單煮一材橡料，趨可以遼將荷慢載效難應(yīng)表燭達式晶用應(yīng)慶力形鍵式表弄示?？勺兤购奢d慌起控集制作誓用時熟：永久量荷載起控喚制作釋用時賺：式中：4、鋼飾結(jié)構(gòu)帆構(gòu)件嘩承載磚能力揚極限湊狀態(tài)距設(shè)計感表達行式--鋼材稈或連蝴接材支料強標度設(shè)計聽值。--鋼材壘或連矮接材閣料強效度標準霜值。--鋼材黃或連舟接材渡料抗派力分什項系隙數(shù)，盼對于Q2你35鋼γR=1喚.0條87;Q詢34強5、Q3趣90、Q4返20鋼γR=1公.1消11。鋼結(jié)叫構(gòu)規(guī)嗚范給遵出了忌各類大鋼材唱和連叔接的游強度繁設(shè)計浸值。(二)正常喝使用徐極限規(guī)狀態(tài)1.對于洞正常押使用壁極限壁狀態(tài)氣，要鴿求分甚別采座用荷載繩的標襯準組叫合、群頻遇漲組合無和準喬永久給組合，并潤使變扁形等奧不超喚過相疊應(yīng)的份規(guī)定掃限值杯。νGk--永久互荷載芬標準自值在結(jié)球構(gòu)或宿結(jié)構(gòu)闖構(gòu)件模中產(chǎn)閣生的變形戀值；νQ1瞇k--第1個可變吃荷載帳的標嚷準值在結(jié)羊構(gòu)或率結(jié)構(gòu)多構(gòu)件川中產(chǎn)生紫的變檔形值隊（該巨值使沒計算貝結(jié)果故為最侄大）抗；νQi班k--其他稻第i個可的變荷澤載標研準值永在結(jié)婚構(gòu)或狗構(gòu)件籠中產(chǎn)生的欣變形料值。[ν釀]-漸-結(jié)構(gòu)芳或結(jié)稠構(gòu)構(gòu)跌件的