钢结构原理第一章 绪论

第一章 钢结构绪论,钢结构设计原理,第一章 钢结构绪论,第一节 钢结构的特点、应用,及发展,第二节 钢结构的组成,及主要形式,第三节 钢结构的计算方法,第四节 钢结构课程的学习方法,钢结构的特点,钢结构的应用范围,钢结构的发展,第一节 钢结构的特点、应用及发展,一、,钢结构的特点,1,、优点,材料强度高、塑性好、韧性好,工业化程度高，工期短,材质均匀，和力学计算的假定比较符合,重量轻,如：,30M,钢架,4,T,5,T,30MR.C,屋架,14,T,17,T,密封性好,具有一定的耐热性,抗震性能好,一、钢结构的特点,2,、缺点,耐火性差,当钢表面的温度达,300,o,C400,o,C,以后，其强度，弹性模量显著下降，,600,o,C,时几乎为,0,。,耐锈蚀性差,需定期维护，增加了维护费用。,钢结构在低温条件下可能发生脆性断裂,二、,钢结构的应用范围,厂房结构,大跨度结度,多层、高层结构,塔桅结构,壳体结构,桥梁结构,各种轻钢结构房屋,厂 房 结 构,大跨度结度,大跨度结度,多层房屋,高层结构,高 层 结 构,塔桅结构,壳体结构,桥 梁 结 构,其 它 钢 结 构,三、钢结构的发展,高强度钢材的应用,构件和结构极限状态的深入了解,结构的革新,最优化原则的应用,第二节 钢结构的组成及主要形式,1,、单层房屋钢结构,传统作法，将一系列竖向平面承重结构，用支撑构件将之联成空间整体,竖向荷载,竖向承重结构,水平荷载,竖向承重结构,支撑构件,2.,多层房屋钢结构,刚架结构,由梁、柱组成的多层多跨刚架 承受水平，竖向,由于抗侧移刚度小，多用于,30,层建筑,带撑结构,设柱间支撑后形成竖向悬臂桁架，抗侧移刚度较高，适用于,2060,层,筒式结构,由以上可以看出，结构必须形成空间整体，才能有效而经济地承受荷载，具有较高的强度、刚度和稳定性,第三节 钢结构的计算方法,一、钢结构设计变迁,1957,年以前：采用总安全系数的容许应力计算法,19571974,：采用三个系数的极限状态计算法,19741989,：采用以结构极状态为依据，进行多系数分析，用单一的系数表示的容许应力计算法,1989,：采用以概率论为基础的极限状态设计法,1,、总安全系数容许应力法,缺点：,安全系数凭工程经验确定的一定值，这样，各种构件的可靠性将不能保证比较一致的水平。,2,、三系数极限状态设计法,特点,：,明确提出了两种极限状态，采用三个系数来考虑结构构件的安全储备问题，避免单一安全系数的缺陷,缺点：,材质均匀系数概念重复。,强度标准不是明确概率取值，而是取钢的废品 限值，不符合概率方法,3,、以结构极限状态为依据，多系数分析后用单一安全系数的容许应力计算法,缺点：,各种载荷并不相同，各种构件承受荷载的情 况也不一定相同，构件的几何尺寸变异并不完全一致，采用统一的安全系数显然不可能获得相同的安全度。,4,、以概率为基础的极限状态设计法,把各种参数（载荷效应、结构抗力等）作随机变量，运用概率分析法并考虑变异性来确定设计采用值。,把概率分析引入结构设计方法，显然比容许应力法先进，标志我国在设计理论上前进了一大步，迈入了国际先进水平。,二、结构概率极限状态设计法,1,、基本概念,结构可靠度：,结构在规定的时间（,50,年），规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成预定功能的概率。,失效概率,：,结构不能完成预定功能的概率。,结构的功能要求,安全性,适用性,耐久性,2,、结构作用 作用效应 结构构件抗力,结构作用：,施加在结构上的各种荷载及引起外加变形或约束变形的原因（如荷载、基础下沉、温度变化、焊接等）,作用：,永久作用,可变作用,偶然作用,作用效应（,S,）,:,结构作用引起结构或构件的内力（轴、弯、剪）和变形（挠度、转角）。,结构抗力（,R,）：,结构或构件承受作用效应的能力。,3,、结构的极限状态和极限状态方程,（,1,）结构的极限状态：,整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，这一特定状态称为结构的极限状态。,两种极限状态,承载能力极限状态,正常使用极限状态,（,2,）极限状态方程,用,RS R=S R0,结构处于可靠状态,z=0,结构处于极限状态,Z0,结构处于失效状态,Z=R-S,称为极限状态方程,这样，结构可靠概率为,Ps=p(R-S)0,结构失效概率为,P,s,=p(R-S)0,Z0,Z=0,R,s,（,3,）可靠指标,结构功能函数,Z=R-S,由于,R,和,S,均为正态分布的随机变量，其均值和标,准差分别为,失效概率,Z=R-S,P,f,f(z),概率密度函数,由于计算复杂，且必须知道,R,、,S,的分布密度函数，故用可靠性指标 来度量结构可靠性,可见,:,b,大则,P,f,小；,b,与,P,f,有一一对应关系,b,称结构可靠性指标,R,S,2,Z,R,Z,Z,Z,bs,b,s,s,=,-,=,+,设,则,=,S,2,s,（,4,）概率极限状态设计表达式,将 改写为,结构抗力 结构作用效应,若规定了,，,并有,R,、,S,、,R,、,S,，就可利用上式进行设计或验算。,三、钢结构设计的基本规定,1,、承载能力极限状态,对,一般排件及框架结构，可采用简化计算式,=,0.9,，其它情况取,=,1,。,2,、正常使用极限状态（如变形验算，按荷载,短期效应组合）,四、,钢结构设计的基本要求,结构需有足够有强度、刚度和稳定性，安全可靠,要符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性,尽可能节约钢材,尽可能缩短制造、安装周期,结构要便于运输、便于维护,在可能情况下，尽可能美观,第四节 钢结构课程的学习方法,根据教学大纲要求，学好钢结构的基本构件部分；,本课程的特点是：大家对钢结构的感性认识少，结构构造复杂，理论性强（特别是稳定理论）；,受课时限制，不能过多的详解例题，一定要记好笔记，从机理理解一些理论问题，加强课前预习与课后复习；,多作题，避免眼高手低,