第1章钢结构绪论
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钢结构第一章钢结构绪论
5/26/2020
图示为部分已建的高层钢结构
5/26/2020
80年代我国建造的11栋高层钢结构基本 上都是国外设计、施工承建。
目前我国已建和在建的高度超过100m的 钢结构有48栋。
5/26/2020
上海环球金融中心
由日本森大厦株式会社的 全额子公司森海外株式会社 及日本具有代表性的银行、 保险公司、商社等36家企业， 偕同政府系统机构日本海外 经济协力基金(OECF)联合投 资的上海环球金融中心，总 投资逾750亿日元。位于陆家 嘴金融贸易区，建筑总面积 335,420平方米，地下3层， 地上94层。建成后的高度达 460米 。总用钢量26000t， 钢筋混凝土核心筒，外框钢 骨混凝土及钢柱。
5/26/2020
1. 可靠性高
钢材在钢厂生产时，整个过程可严格控制，质量 比较稳定; 钢材组织均匀，接近于各向同性匀质 体； 钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作 的基本假定符合较好； 钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论 计算结果。 所以说钢结构的可靠性高。
5/26/2020
2. 材料的强度高，钢结构自重轻
5/26/2020
央 视 新 台 址
央视新台址建设工程位于北京朝阳区东三环中路、北京商务中心区 的核心地段，占地面积18.7万平方米，总建筑面积55万平方米, 230m。 央视新台址建设工程总投资约50亿元人民币，2003年10月开工建设， 2008年正式运行 。
5/26/2020
大连远洋大厦
大连远洋大厦由大 连远洋运输公司、中远 房地产开发公司与美国 ESPIRIT公司联合投资 14.8亿人民币开发的集 五星级酒店和甲级写字 楼为一体的智能大厦。 总建筑面积14.8万平方 米。其中：A座为五星级 酒店，地上51层，总高 200.8m。钢筋混凝土核 心筒，外框钢框架。设 计、加工、安装全部国 产化。
图示为部分已建的高层钢结构
5/26/2020
80年代我国建造的11栋高层钢结构基本 上都是国外设计、施工承建。
目前我国已建和在建的高度超过100m的 钢结构有48栋。
5/26/2020
上海环球金融中心
由日本森大厦株式会社的 全额子公司森海外株式会社 及日本具有代表性的银行、 保险公司、商社等36家企业， 偕同政府系统机构日本海外 经济协力基金(OECF)联合投 资的上海环球金融中心，总 投资逾750亿日元。位于陆家 嘴金融贸易区，建筑总面积 335,420平方米，地下3层， 地上94层。建成后的高度达 460米 。总用钢量26000t， 钢筋混凝土核心筒，外框钢 骨混凝土及钢柱。
5/26/2020
1. 可靠性高
钢材在钢厂生产时，整个过程可严格控制，质量 比较稳定; 钢材组织均匀，接近于各向同性匀质 体； 钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作 的基本假定符合较好； 钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论 计算结果。 所以说钢结构的可靠性高。
5/26/2020
2. 材料的强度高，钢结构自重轻
5/26/2020
央 视 新 台 址
央视新台址建设工程位于北京朝阳区东三环中路、北京商务中心区 的核心地段，占地面积18.7万平方米，总建筑面积55万平方米, 230m。 央视新台址建设工程总投资约50亿元人民币，2003年10月开工建设， 2008年正式运行 。
5/26/2020
大连远洋大厦
大连远洋大厦由大 连远洋运输公司、中远 房地产开发公司与美国 ESPIRIT公司联合投资 14.8亿人民币开发的集 五星级酒店和甲级写字 楼为一体的智能大厦。 总建筑面积14.8万平方 米。其中：A座为五星级 酒店，地上51层，总高 200.8m。钢筋混凝土核 心筒，外框钢框架。设 计、加工、安装全部国 产化。
《钢结构》第一章 钢结构绪论
能保证塑性变形和焊接性能的钢材。使用在抗震结 构构件和部位中；SN400C及SN490C具有非常好的
抗层状撕裂性能，主要使用在如箱型柱的外部板材 等需要板厚方向性能（Z向性能）的构件和部位中。 SN B、C类钢材均对屈服点的上限值做出了规定，
以防构件需塑性变形耗能的部位不能进入塑性屈服； 并对碳当量及磷、硫的上限予以严格限制。
③不能精确地考虑结构体系与它的构件之间 的相互影响，无法在给定荷载下预测结构体 系的破坏模式；④需要花费大量时间进行各 构件的承载力验算，包括计算长度的计算； ⑤不便于基于计算机的分析和设计。
要克服上述问题，必须开展以整个框架结构 体系为对象的二阶非弹性分析，即所谓高等 分析和设计。此时，可求得在特定荷载作用 下框架体系的极限承载力和失效模态，而无 需对各个构件进行验算。
目前大多数国家(当然包括我国)采用计算长度法计 算钢结构的稳定问题。该方法的步骤是：采用一阶 分析求解结构内力，按各种荷载组合求出各杆件的 最不利内力，按第一类弹性稳定问题建立结构达临 界状态时的特征方程，确定各压杆的计算长度；将 各杆件隔离出来，按单独的压弯构件进行稳定承载 力验算，验算中考虑了弹塑性、残余应力和几何缺 陷等的影响。该方法的最大特点是采用计算长度系 数来考虑结构体系对被隔离出来的构件的影响，计 算比较简单，对比较规则的结构也可给出较好的结 果。
上述“各种作用”是指凡使结构产生内力或变形的各种原
因，如施加在结构上的集中荷载或分布荷载，以及引起结构外 加变形或约束变形的原因，例如地震、地基沉降、温度变化等。
二. 结构的可靠度 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预
定功能的能力，称为结构的可靠性(reliability)。结构 可靠度是对结构可靠性的定量描述，即结构在规定的 时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。对 结构可靠度的要求与结构的设计基准期长短有关，设 计基准期长，可靠度要求就高，反之则低。一般建筑 物的设计基准期为50年
抗层状撕裂性能，主要使用在如箱型柱的外部板材 等需要板厚方向性能（Z向性能）的构件和部位中。 SN B、C类钢材均对屈服点的上限值做出了规定，
以防构件需塑性变形耗能的部位不能进入塑性屈服； 并对碳当量及磷、硫的上限予以严格限制。
③不能精确地考虑结构体系与它的构件之间 的相互影响，无法在给定荷载下预测结构体 系的破坏模式；④需要花费大量时间进行各 构件的承载力验算，包括计算长度的计算； ⑤不便于基于计算机的分析和设计。
要克服上述问题，必须开展以整个框架结构 体系为对象的二阶非弹性分析，即所谓高等 分析和设计。此时，可求得在特定荷载作用 下框架体系的极限承载力和失效模态，而无 需对各个构件进行验算。
目前大多数国家(当然包括我国)采用计算长度法计 算钢结构的稳定问题。该方法的步骤是：采用一阶 分析求解结构内力，按各种荷载组合求出各杆件的 最不利内力，按第一类弹性稳定问题建立结构达临 界状态时的特征方程，确定各压杆的计算长度；将 各杆件隔离出来，按单独的压弯构件进行稳定承载 力验算，验算中考虑了弹塑性、残余应力和几何缺 陷等的影响。该方法的最大特点是采用计算长度系 数来考虑结构体系对被隔离出来的构件的影响，计 算比较简单，对比较规则的结构也可给出较好的结 果。
上述“各种作用”是指凡使结构产生内力或变形的各种原
因，如施加在结构上的集中荷载或分布荷载，以及引起结构外 加变形或约束变形的原因，例如地震、地基沉降、温度变化等。
二. 结构的可靠度 结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预
定功能的能力，称为结构的可靠性(reliability)。结构 可靠度是对结构可靠性的定量描述，即结构在规定的 时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。对 结构可靠度的要求与结构的设计基准期长短有关，设 计基准期长，可靠度要求就高，反之则低。一般建筑 物的设计基准期为50年
钢结构1绪论A
1.2 钢结构的建造过程和内在缺陷
第一章 绪论
成都大学城乡建设学院
1.3 钢结构的计算方法
钢结构设计变迁
建国～ 1957年 ：采用总安全系数的容许应力 计算法 1957～1974：采用三个系数的极限状态计算法 1974 ～ 1989：采用以结构极限状态为依据， 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
第一章 绪论
成都大学城乡建设学院
结构概率极限状态设计法
1、基本概念 结构可靠度： 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 结构的功能要求
安全性 适用性 耐久性
第一章 绪论
钢材的验收、整理、 钢材的验收、整理、保管 按图放样 加工如切割、 加工如切割、冲孔等 构件整平 构件装配 变形矫正 除锈涂漆
二、工地安装的工序： 工地安装的工序：
现场的扩大拼装 子结构吊装就位 精确就位后固定
1.2 钢结构的建造过程和内在缺陷
第一章 绪论
成都大学城乡建设学院
1.2 钢结构的建造过程和内在缺陷 1.2.2钢结构的内在缺陷 钢结构的内在缺陷
µZ µ µ Z = µR − S β = σZ 2
可见: 大则P 可见: β大则Pf小； β与Pf有一一对应关系 β称结构可 靠性指标
σ +σ
2 S
第一章 绪论
成都大学城乡建设学院
正态分布时β 正态分布时β与pf的对应关系
可靠度指标
4.5
4.2
4.0
3.7
3.5
第1章钢结构绪论
各种与钢结构有关 设计规范
防火、 防腐 设计 施工 规范
第三层次
各种与钢结构设计 规范配套的施工及 验收规范 与钢结构有关的各 种材料标准
第四层次
第五层次
图1.8 各种规范之间的相互关系
第 1章 绪 论
• 钢结构与实训是一门理论性和实践性较强的课程。 内容多、涉及面广；要求材料、力学、工厂加工、 施工机械、焊接工艺、工程测量等方面的基础知识。 • 钢结构的构造形式复杂，要求空间想象能力强； • 要处理好各个章节的独立性和联系性。 • 钢结构制作与安装的复杂性和多样性。 • 需积累收集钢结构典型的钢实际工程案例每个实训 项目确保学生将所学知识用于实际工程或模拟工程。
第 1章 绪 论
复习思考题
1.通过网上查阅近期有关钢结构方面的信息，了解目前 我国钢结构的发展趋势。 2.通过网上查阅目前我国和世界上各5座具有代表性的钢 结构建筑，按下表填写这些钢结构建筑的基本情况。 3.钢结构有哪些优缺点？ 4.与钢结构有关的现行规范、规程、规定有哪些？举例 说明。 5.试分析国家体育场“鸟巢”、游泳中心“水立方” 和 国家大剧院的钢结构分别属于那种结构形式。 6.钢结构施工课程有哪些主要内容和特点？ 7.根据学院和当地的实际情况，选择性的完成下篇第 13.2节的实训项目。
建筑底面面积为80,000m2，屋顶面积76,719m2，地上层数6层，最高 点高度53.00m，可容纳观众数60,000。 屋顶结构采用钢桁架悬挑结构 。屋面桁架落地，形似露珠 。
天津奥林匹克体育场俯瞰效果图
第 1章 绪 论
国家大剧院 位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近12公顷， 总建筑面积近15万平方米，总投资26.88亿元，目前已进行过网壳部分 设计与施工验收审查会议。 该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴 212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285。内设歌剧院（2416席）、 音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属 板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入口均设在水下 。 设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主 体设计 ，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。 第 1章 绪 论
第1章绪论3节
第一章 绪论
北京2008奥运场馆
第一章 绪论
第一章 绪论
第一章 绪论
第一章 绪论
第一章 绪论
第一章 绪论
第一章 绪论
第一章 绪论
第一章 绪论
第一章 绪论
第一章 绪论
3．多层、高层结构
北 京 金 宸 公 寓 （ 钢 结 构 多 层 住 宅 ）
第一章 绪论
第一章 绪论
4．塔桅结构
国家体育场，国家游泳中心，国家体育馆，天津 奥林匹克中心体育场，北京老山奥运自行车馆，2008 年奥运篮球馆（五棵松）， 2008年奥运羽毛球比赛馆 （在北京工业大学内）， 2008年奥运会摔跤馆（在中 国农业大学内），2008年奥运会乒乓球馆（在北京大学 内）．
第一章 绪论
北京2008奥运场馆
ห้องสมุดไป่ตู้
第一章 绪论
第一章 绪论
第一章 绪论
2．大跨结构 主要用于飞机库、汽车库、火车站、大会堂、体
育馆、展览馆、影剧院等，其结构体系主要采用框架 结构、网架结构、网壳结构、悬索结构、充气结构、 张拉整体结构、膜结构、杂交结构及预应力钢结构等。
第一章 绪论
北京2008年奥运会为20项比赛项目建37座体育场 馆．其中32座在北京，19座为新建，13座为改建．另 5座在外省，3座新建在天津，沈阳和青岛，2座改建在 上海和秦皇岛．共新建22座，改建15座旧场馆，实为 我国当前一件非常具有挑战性的艰难任务．现已确定 下来并已施工或准备施工的有9个场馆，为：
第一章 绪论
特性
与混凝土高层相比： 自重轻，截面小，可降低基础造价，室内有效面积大，
与玻璃幕墙结合，建成现代感很强的建筑外形； 施工速度快、工业化程度高，可降低人工费用，增加
钢结构设计基本原理
二 极限状态设计法(limit-state design method)
极限状态设计法问世于20世纪50年代。它将变异性的设计 参数采用概率分析引入结构设计中。根据应用概率分析的程度 分为三种水准。即半概率极限状态设计法、近似概率极限状态 设计法和全概率极限状态设计法。目前，钢结构设计方法采用 的是近似概率极限状态设计法，有时也称为概率极限状态设计 法。
1ห้องสมุดไป่ตู้2钢结构的应用范围
站在现代建筑结构技术的发展前沿，可以说世 界上没有不能实现的结构，只有不合理的结构。根 据钢结构本身的特点，结合我国国民经济的发展， 钢结构在土木工程领域合理的应用范围大致如下：
1.工业厂房(industrial factory building)
工业厂房可分为轻型、中型和重型工业厂房，主要根 据是否设臵吊车以及吊车吨位的大小和运行频繁程度而定 。例如，炼钢车间、锻压车间等。近年来，轻型门式刚架 结构在工业厂房中的应用十分普遍。
7.其他构筑物
如高炉、运输通廊、栈桥、管道支架等。
1.3钢结构的设计方法
钢结构设计应遵循的一般原则是‚技术先 进、经济合理、安全适用、确保质量‛。钢结 构的设计方法可分为容许应力法和极限状态设 计法两种。分述如下：
一 容许应力法(allowable stress method)
“容许应力法‛也称为‚安全系数法‛或‚定值法‛。 即将影响结构设计的诸因素取为定值，采用一个凭经验选 定的安全系数来考虑设计诸因素变异的影响，以衡量结构 的安全度。其表达式为： (1-1)
n 0 G SGk Q1 SQ1k Qi ci SQik i 2
n 0 G S Gk Qi ci S Qik i 1
钢结构设计原理复习
钢结构设计原理复习第一章绪论1、钢结构的特点（前5为优点，后三为缺点）1）强度高、重量轻2）材质均匀，塑性、韧性好3）良好的加工性能和焊接性能（易于工厂化生产，施工周期短，效率高、质量好）4）密封性能好 5 )可重复性使用性 6 ) 耐热性较好，耐火性差7)耐腐蚀性差8)低温冷脆倾向2、钢结构的应用1）大跨结构【钢材强度高、结构重量轻】（体育馆、会展、机场、厂房）2）工业厂房【具有耐热性】3）受动力荷载影响的结构【钢材具有良好的韧性】4）多层与高层建筑【钢结构的综合效益指标优良】（宾馆、办公楼、住宅等）3、结构的可靠度：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。
4、结构的极限状态：承载能力极限状态（计算时使用荷载设计值）、正常使用极限状态（荷载取标准值）5、涉及标准值转化为设计值的分项系数：恒荷载取1.2 活荷载取1.4第二章钢结构的材料1、钢材的加工①热加工：指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状，生产出各种厚度的钢板和型钢。
（热加工的开轧和锻压温度控制在1150-1300℃）②冷加工：指在常温下对钢材进行加工。
（冷作硬化现象：钢材经冷加工后，会产生局部或整体硬化，即在局部或整体上提高了钢材的强度和硬度，降低了塑性和韧性的现象）③热处理：指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组织结构发生变化，以获得所需性能的加工工艺。
（退火、正火、淬火和回火）3、钢材的六大机械性能指标屈服点f y：它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。
（作为钢结构设计可以达到的最大应力）抗拉强度f u：它是钢材破坏前所能承受的最大应力。
（强度的安全储备）伸长率δ：代表材料断裂前具有的塑性变形能力。
断面收缩率ψ：断面收缩率ψ越大，钢材的塑性越好。
冷弯性能（塑性）：钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。
冲击韧性：【韧性：反映钢材抵抗冲击荷载、动力荷载的能力，是钢材在变形和断裂中吸收能量的度量。
第1章绪论
普通高等学校土木工程专业规范推荐教材
钢结构基本原理
第1章 绪 论
大连交通大学土木与安全工程学院 建筑工程教研室
第1章 绪 论
主要内容：
1 钢结构的特点 2 钢结构的发展现状及合理应用范围 3 钢结构构件的分类 4 钢结构设计的基本方法
重点：
钢结构的特点及钢结构设计的基本方法
第1章 绪 论
1.1 钢结构的特点
对应于构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继 续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。
正常使用极限状态
对应于影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响 正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏。
第1章 绪 论
1.4 钢结构设计的基本方法
2.钢结构的设计表达式
采用 。
R ——结构抗力分项系数，Q235钢构件取1.087，Q345、Q390和Q420
钢构件取1.111。 SGk、SQk ——永久荷载效应和可变荷载效应 。
Rk ——按标准的材料性能、几何参数和抗力计算公式求得的构件抗力值。
第1章 绪 论
1.4 钢结构设计的基本方法
（1）承载能力极限状态设计表达式
➢对于拉杆和压杆，变形是指长细比。 ➢对于受弯的梁和桁架，变形是指挠度。容许变源自值见相关规范规定第1章 绪 论
本章小结及学习指导
➢钢结构与钢筋混凝土结构和木结构相比，具有工业化程度高，强度高且抗震性 能优良，绿色环保并可再生等优势。在设计和施工中，要特别注意钢结构容易失 稳、脆性状态下裂纹容易扩展和抗火性能差等不利因素
➢根据钢结构的优点和缺点，不难确定其合理的使用范围。大跨度、高层、重型、 密闭结构和压力容器、抗震要求高的应优先采用钢结构，另外一方面，住宅和轻 型厂房、拆装频繁的设施应采用钢结构。
钢结构基本原理
第1章 绪 论
大连交通大学土木与安全工程学院 建筑工程教研室
第1章 绪 论
主要内容：
1 钢结构的特点 2 钢结构的发展现状及合理应用范围 3 钢结构构件的分类 4 钢结构设计的基本方法
重点：
钢结构的特点及钢结构设计的基本方法
第1章 绪 论
1.1 钢结构的特点
对应于构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继 续承载，结构和构件丧失稳定，结构转变为机动体系和结构倾覆。
正常使用极限状态
对应于影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响 正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部损坏。
第1章 绪 论
1.4 钢结构设计的基本方法
2.钢结构的设计表达式
采用 。
R ——结构抗力分项系数，Q235钢构件取1.087，Q345、Q390和Q420
钢构件取1.111。 SGk、SQk ——永久荷载效应和可变荷载效应 。
Rk ——按标准的材料性能、几何参数和抗力计算公式求得的构件抗力值。
第1章 绪 论
1.4 钢结构设计的基本方法
（1）承载能力极限状态设计表达式
➢对于拉杆和压杆，变形是指长细比。 ➢对于受弯的梁和桁架，变形是指挠度。容许变源自值见相关规范规定第1章 绪 论
本章小结及学习指导
➢钢结构与钢筋混凝土结构和木结构相比，具有工业化程度高，强度高且抗震性 能优良，绿色环保并可再生等优势。在设计和施工中，要特别注意钢结构容易失 稳、脆性状态下裂纹容易扩展和抗火性能差等不利因素
➢根据钢结构的优点和缺点，不难确定其合理的使用范围。大跨度、高层、重型、 密闭结构和压力容器、抗震要求高的应优先采用钢结构，另外一方面，住宅和轻 型厂房、拆装频繁的设施应采用钢结构。
pdf钢结构设计手册
pdf钢结构设计手册目录
一、绪论
1.钢结构发展概况
2.钢结构分类及特点
二、材料及基本性能
1.钢材类型及选用
2.钢材的基本性能
三、结构构件设计
1.轴心受力构件
2.受弯构件
3.拉弯和压弯构件
四、连接与节点设计
1.焊接连接
2.螺栓连接
3.铆钉连接
五、稳定性设计
1.稳定性概念及分类
2.失稳类型及特点
六、防腐与防火设计
1.防腐设计
2.防火设计
七、参考文献
第一章绪论
钢结构，作为一种重要的建筑结构形式，在现代建筑中得到了广泛应用。
钢结构以其强度高、重量轻、结构稳定等优点，被广泛应用于大型工业厂房、高层建筑、大跨度桥梁等领域。
钢结构的出现和发展，极大地推动了建筑工业化和现代化进程。
本章将简要介绍钢结构的发展概况、分类及特点。
1.1钢结构发展概况
钢结构的发展历史可以追溯到19世纪中叶。
随着工业革命的兴起，钢铁工业得到了迅速发展，钢结构也逐渐应用于建筑领域。
20世纪以来，随着现代建筑和工程技术的不断发展，钢结构的应用范围越来越广泛。
目前，钢结构已经成为现代建筑中不可或缺的一种结构形式。
1.2钢结构分类及特点
钢结构的分类和特点可以根据不同的标准和需求进行分类。
一般来说，可以根据构件的类型、材料的特点、用途等方面进行分类。
钢结构的优点包括强度高、重量轻、结构稳定、施工速度快等。
同时，钢结构也存在一些缺点，如耐火性差、耐腐蚀性差等。
在选择和应用钢结构时，需要综合考虑各种因素，以便选择最合适的结构形式。
钢结构设计原理-第一章-绪论PPT课件
10
国家奥林匹克游泳馆
11
广州新体育馆 12
台湾桃园体育馆
13
重型——主要是内有大吨位 重级工作制 吊车等重工业厂房 如鞍钢、首钢、宝钢及一 些电厂的主厂 房等。
14
15
高层、超高层建筑结构
如台北101大厦（508m）、吉隆坡双塔大厦（452m） 、美国西尔斯大厦（443m） 、上海金茂大厦（421m ） 、深圳地王大厦（384m） 、北京京广大厦（208m ）等。
校准分析后，其 值在 3.2左右，即 =3.2，属
延性破坏，安全等级为
二级。
43
1.3.3结构设计表达式
现行钢结构设计规范，采用以概率理论为基础的极限 状态设计法（疲劳计算除外），采用分项系数的设计 表达式进行计算。其分项系数不是凭经验确定，而是 以可靠指标为基础，用概率设计法求出。若直接应用 概率法的设计表达式，目前还有困难。其原因是：
木材：
a=5.4 × 10- 4 /m
混凝土： a=18× 10- 4 /m
因此，做成的结构构件面积小，自重轻。
如：在同样跨度承受同样荷载下，钢屋架的自重最多不过 为钢筋混凝土屋架的1/3~1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接 近1/10，而高层钢结构自重则为高层钢筋混凝土的 1/2~3/5。
优点：方便运输和吊装；减小地震作用；减轻基础负荷， 降低地基、基础部分的造价；増加建筑有效使用面积。4
问题是：R和S的分布非常复杂，而且目前的统计数据还不够 多，因此一般来说，Z的分布很难求出。失效概率的计算仅 仅在理论上是可行的， 实际上很难求出。所以 人们只能寻求近似概率 设计法。
41
在近似概率设计法中，由于R和S都是随机变量，且假定都服 从正态分布。根据概率原理，功能函数Z也服从正态分布。
国家奥林匹克游泳馆
11
广州新体育馆 12
台湾桃园体育馆
13
重型——主要是内有大吨位 重级工作制 吊车等重工业厂房 如鞍钢、首钢、宝钢及一 些电厂的主厂 房等。
14
15
高层、超高层建筑结构
如台北101大厦（508m）、吉隆坡双塔大厦（452m） 、美国西尔斯大厦（443m） 、上海金茂大厦（421m ） 、深圳地王大厦（384m） 、北京京广大厦（208m ）等。
校准分析后，其 值在 3.2左右，即 =3.2，属
延性破坏，安全等级为
二级。
43
1.3.3结构设计表达式
现行钢结构设计规范，采用以概率理论为基础的极限 状态设计法（疲劳计算除外），采用分项系数的设计 表达式进行计算。其分项系数不是凭经验确定，而是 以可靠指标为基础，用概率设计法求出。若直接应用 概率法的设计表达式，目前还有困难。其原因是：
木材：
a=5.4 × 10- 4 /m
混凝土： a=18× 10- 4 /m
因此，做成的结构构件面积小，自重轻。
如：在同样跨度承受同样荷载下，钢屋架的自重最多不过 为钢筋混凝土屋架的1/3~1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接 近1/10，而高层钢结构自重则为高层钢筋混凝土的 1/2~3/5。
优点：方便运输和吊装；减小地震作用；减轻基础负荷， 降低地基、基础部分的造价；増加建筑有效使用面积。4
问题是：R和S的分布非常复杂，而且目前的统计数据还不够 多，因此一般来说，Z的分布很难求出。失效概率的计算仅 仅在理论上是可行的， 实际上很难求出。所以 人们只能寻求近似概率 设计法。
41
在近似概率设计法中，由于R和S都是随机变量，且假定都服 从正态分布。根据概率原理，功能函数Z也服从正态分布。
第1章钢结构绪论教案
概率设计法比定值法准确合理。结构概率设计法经历 了半概率法和近似概率法这两个发展阶段。
第1章 绪论
(一)定值法 定值法将影响结构安全性(或功能性)的设计参数看作
是确定性变量，而用一个以经验确定的安全系数来考虑设 计参数随机性的影响，衡量结构安全度。
定值法包括容许应力法和最大荷载法。容许应力法的 设计表达式如下:
第1章 绪论
(1)材料性能不断提高 最原始的钢结构是由铸铁、锻铁建造
的，现代钢结构则是由钢材(如碳素钢、低 合金钢等许多种类)建造而成。钢的品种和 强度等级不断提高，其他一些性能指标也 不断改进，促进了钢结构应用范围的扩大。 目前钢结构常用的钢材主要有Q234、Q345、 Q390，Q420。
第1章 绪论
高耸钢结构 常用于电视塔、微波塔、输电塔、钻井 塔、环境大气监测塔，还有带拉线的无线 电天线桅杆、广播发射桅杆等。
高耸钢结 构的形式
第1章 绪论
(5)桥梁钢结构
钢梁桥梁
第1章 绪论
钢拱桥梁
第1章 绪论
(6)钢与混凝土组合结构
组合结构的形式
第1章 绪论
(7)特种结构
海上采油平台、井架、栈桥和管道支架等。 可拆卸或拆迁的钢结构:
(2)连接形式不断改进和变化 在生铁时代(公元前771年)和熟铁时代
(公元前500年)，钢结构的连接采用销钉； 19世纪初采用铆钉连接；20世纪初出现了 焊接连接，后来出现了普通螺栓连接，现 代钢结构连接又增添了高强度螺栓连接。
第1章 绪论
(3)钢产量大幅度提高 钢结构的应用取决于国民经济的发展情况。
在有较强腐蚀性介质的环境中不宜采用钢结构。
第1章 绪论
(7)钢结构耐热、不耐火 温度 <150℃时，钢材的物理力学性能变化很小。 温度达到250℃左右时，钢材的抗拉强度提高而
第1章 绪论
(一)定值法 定值法将影响结构安全性(或功能性)的设计参数看作
是确定性变量，而用一个以经验确定的安全系数来考虑设 计参数随机性的影响，衡量结构安全度。
定值法包括容许应力法和最大荷载法。容许应力法的 设计表达式如下:
第1章 绪论
(1)材料性能不断提高 最原始的钢结构是由铸铁、锻铁建造
的，现代钢结构则是由钢材(如碳素钢、低 合金钢等许多种类)建造而成。钢的品种和 强度等级不断提高，其他一些性能指标也 不断改进，促进了钢结构应用范围的扩大。 目前钢结构常用的钢材主要有Q234、Q345、 Q390，Q420。
第1章 绪论
高耸钢结构 常用于电视塔、微波塔、输电塔、钻井 塔、环境大气监测塔，还有带拉线的无线 电天线桅杆、广播发射桅杆等。
高耸钢结 构的形式
第1章 绪论
(5)桥梁钢结构
钢梁桥梁
第1章 绪论
钢拱桥梁
第1章 绪论
(6)钢与混凝土组合结构
组合结构的形式
第1章 绪论
(7)特种结构
海上采油平台、井架、栈桥和管道支架等。 可拆卸或拆迁的钢结构:
(2)连接形式不断改进和变化 在生铁时代(公元前771年)和熟铁时代
(公元前500年)，钢结构的连接采用销钉； 19世纪初采用铆钉连接；20世纪初出现了 焊接连接，后来出现了普通螺栓连接，现 代钢结构连接又增添了高强度螺栓连接。
第1章 绪论
(3)钢产量大幅度提高 钢结构的应用取决于国民经济的发展情况。
在有较强腐蚀性介质的环境中不宜采用钢结构。
第1章 绪论
(7)钢结构耐热、不耐火 温度 <150℃时，钢材的物理力学性能变化很小。 温度达到250℃左右时，钢材的抗拉强度提高而
钢结构基本原理绪论
二、钢结构特点
1、优点 强度高、结构重量轻、刚度大 具有较好的抗震性能 材质均匀、符合各种假定，计算可靠性好 制造简便，施工工期短 良好的加工和焊接性能
二、钢结构特点
2、缺点 钢材耐热不耐火
钢材在温度低于200℃时性能变化不大，超过时会 出现蓝脆现象。当温度达到600℃时，钢材进入 热塑性状态，将丧失承载能力。
4.高层建筑（巨型框架结构）
§1.2钢结构应用
5.轻型钢结构
§1.2钢结构应用
5.轻型钢结构
§1.2钢结构应用
6.高耸结构
§1.2钢结构应用
7.组合结构
§1.2钢结构应用
7.组合结构
§1.2钢结构应用
7.组合结构
§1.2钢结构应用
§1.3钢结构设计方法
一、概述
1、设计目的 结构设计的目的是要使设计的结构和结构构件在
1.工业厂房
§1.2钢结构应用
1.工业厂房
§1.2钢结构应用
2.大跨度建筑
国家大剧院——网壳结构
§1.2钢结构应用
2.大跨度建筑
国家体育馆——鸟巢
§1.2钢结构应用
3.多层建筑
§1.2钢结构应用
4.高层建筑
结构形式主要有框架结构、框架—支撑结构、框筒 结构、钢板剪力墙结构、防屈曲钢板剪力墙结构、 悬挂结构、巨型框架结构等。
框架—支撑结构
防屈曲支撑
§1.2钢结构应用
4.高层建筑（框筒结构）
钢框架——核心筒结构 密柱筒结构
§1.2钢结构应用
4.高层建筑（钢板剪力墙结构）
§1.2钢结构应用
4.高层建筑（防屈曲钢板剪力墙结构）
§1.2钢结构应用
4.高层建筑（悬挂结构）
最新2019-钢结构第1章_绪论-PPT课件
进行防锈涂装，在涂装前需认真除锈，以后定期涂装， 所以维修费用较高，这是钢结构的主要缺点。
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
1.1.2 钢结构的特点
9、低温冷脆倾向 10、容易发生噪声
在动荷载作用下，钢结构容易因震动而产生噪声， 在对环境有要求的场所需采用必要的消声措施。
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
第1.2节 钢结构的设计方法
νQik ——其他第i个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形值； [ν] ——结构或结构构件的变形容许值。
第一章 绪 论
第1.3节 钢结构的设计规范
本节目录
1. 概述 2. 主要设计规范
基本要求
1.了解与钢结构有关的主要设计规范
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
1.3.1 概述
1、什么是设计规范 设计规范是国家颁布的关于设计计算和构造要求的技
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
2、设计准则 结构由各种荷载所产生的效应(内力和变形)不大于结
构(包括连接)由材料性能和几何因素等所决定的抗力或 规定限值。
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
3、设计方法 （1）容许应力方法
fk[]
k
(1 -1 )
式中 σ ——由标准荷载与构件截面公称尺寸所 计算的应力；
fk——构件截面几何特征； K——大于1的安全系数； [σ]——钢材的容许应力。
第一章 绪 论
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
本章目录
1.1 钢结构的特点 1.2 钢结构的设计方法 1.3 钢结构的设计规范 1.4 钢结构的应用和发展 1.5 本课程的主要内容和特点
基本要求
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
1.1.2 钢结构的特点
9、低温冷脆倾向 10、容易发生噪声
在动荷载作用下，钢结构容易因震动而产生噪声， 在对环境有要求的场所需采用必要的消声措施。
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
第1.2节 钢结构的设计方法
νQik ——其他第i个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形值； [ν] ——结构或结构构件的变形容许值。
第一章 绪 论
第1.3节 钢结构的设计规范
本节目录
1. 概述 2. 主要设计规范
基本要求
1.了解与钢结构有关的主要设计规范
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
1.3.1 概述
1、什么是设计规范 设计规范是国家颁布的关于设计计算和构造要求的技
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
2、设计准则 结构由各种荷载所产生的效应(内力和变形)不大于结
构(包括连接)由材料性能和几何因素等所决定的抗力或 规定限值。
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
3、设计方法 （1）容许应力方法
fk[]
k
(1 -1 )
式中 σ ——由标准荷载与构件截面公称尺寸所 计算的应力；
fk——构件截面几何特征； K——大于1的安全系数； [σ]——钢材的容许应力。
第一章 绪 论
钢结构
设计原理
第一章 绪 论
本章目录
1.1 钢结构的特点 1.2 钢结构的设计方法 1.3 钢结构的设计规范 1.4 钢结构的应用和发展 1.5 本课程的主要内容和特点
基本要求
钢结构课件第一二章
第三节 影响钢材性能的主要因素
1、化学成份 2、冶金及轧制 3、冷作硬化与时效硬化 4、复杂应力与应力集中 5、残余应力 6、温度
1、化学成份的影响
基本成份为Fe，炭钢中含量占99％，C、Si、Mn为杂质元 素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。
• C：含C↑使强度↑塑性、韧性、可焊性↓，应控制在≤0.22%，焊 接结构应控制在≤0.20%。
第三节 钢结构的发展
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使 现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有 相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。
97年新发布的《中国建筑技术政策》中强调要重点发 展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求 扩大钢结构住宅的市场占有率。
96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结 构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用” 变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。
• Si：含Si适量使强度↑ 其它影响不大，有益，应控制≤0.1~0.3% • Mn：含Si适量使强度↑ 降低S、O的热脆影响，改善热加工性能，
对其它性能影响不大，有益。 • S：含量↑使强度↑塑性、韧性、性能冷弯、可焊性↓；
高温时使钢材变脆－热脆现象。 • P：低温时使钢材变脆－冷脆现象；其它同S • O、N：O同S；N同P，控制含量≤0.008%
负温影响（P27，图2.12）
• 随着温度的降低钢材的强度提高，塑性、韧性降低，脆 性增大，称之为低温冷脆，当温度降至某一特定温度时 钢材的脆性急剧增大，称此温度点为转脆温度。
第四节 建筑结构用钢的种类与选择
一、钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类
钢材牌号由：“Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法” 四部分组成。
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• 各个系数： 各个系数： 结构重要性系数： 1.1、1.0、 γ0 —结构重要性系数： 1.1、1.0、0.9 γG —永久荷载分项系数：不利 1.2、1.35 永久荷载分项系数： 1.2、 1.0，抗倾0.9 有利 1.0，抗倾0.9 可变荷载分项系数： γQ —可变荷载分项系数：一般 1.4 工业楼面活荷载标准值>4 工业楼面活荷载标准值>4 kN/m2取1.3 对于一般排架和框架，可变效应控制的组合， 对于一般排架和框架，可变效应控制的组合， 个可变荷载，简化计算： 可不区分第一个和第 i 个可变荷载，简化计算：
2011-5-10 29
《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
lg N = b1 − β lg(∆σ ) − 2 s = b2 − β lg(∆σ )
N (∆σ ) = 10 = C
b2
C (∆σ ) = N 取此时的应力幅为容许应力幅[∆σ ∆σ]， 取此时的应力幅为容许应力幅 ∆σ ，并将疲劳寿 改为n， 命N改为 ，则有 改为 1/ β C [∆σ ] = n
S = γ 0 (γ G S Gk + γ Q1S Q1k )
n S = γ 0 γ G S Gk + 0.9∑ γ Qi S Qik i =1
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25
《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
正常使用极限状态
• 实用表达式（公式）： 实用表达式（公式）：
v ≤[ v] —正常使用规定的挠度限值 正常使用规定的挠度限值
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
二、钢结构的应用
大跨度房屋结构
• 体育场馆 • 影视剧院、礼堂 影视剧院、 • 航站楼、飞机库 航站楼、
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6
《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
北京植物园展览温室（ 北京植物园展览温室（1999） ）
半椭球部分由双向空间桁架组成,长轴×短轴× 半椭球部分由双向空间桁架组成,长轴×短轴× =45m×36.6m×15m，桁架最大高度2m 高=45m×36.6m×15m，桁架最大高度2m 。
移动钢结构
• 活动板房 • 塔吊 • 龙门吊 • 大型浮吊
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
娱乐钢结构
• 过山车 • 摩天轮
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
1.3 钢结构的设计方法
一、结构设计方法的发展
凭经验 结构设计 理论指导 容许应力法 极限状态设 计法
（2）由永久荷载效应控制的组合(只考虑竖向荷载) 由永久荷载效应控制的组合(只考虑竖向荷载) 工程简称1.35组合 工程简称1.35组合
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n S = γ 0 γ G S Gk + ∑ γ Qiψ ci S Qik i =1
24
《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
桥梁钢结构
• 钢桁梁桥 • 钢桁拱桥 • 斜拉桥 • 悬索桥
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
施工钢结构
• 基坑钢支撑 • 脚手架、支架 脚手架、 • 海上石油平台 • 劲性骨架
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
乱 石 穿 空 ， 惊 涛 拍 岸 ， 卷 起 千 堆 雪 。
故 垒 西 边 ， 人 道 是 、 三 国 周 郎 赤 壁 。 大 江 东 去 ， 浪 淘 尽 ， 千 古 风 流 人 物 。 苏 轼 念 奴 娇 赤 壁 怀 古
《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
第1章 章
绪论
1.1 钢结构的发展 1.2 钢结构的特点及应用 1.3 钢结构的设计方法
f yk f yk
荷载安全系数 1974年开始应用，廿世纪八十年代末期淘汰 年开始应用， 年开始应用
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
近似概率极限状态设计法
• 设计参数确定 材料强度按概论统计理论确定 荷载按概率统计理论确定 分项安全系数按概率方法确定 • 优点 1 确 2 度 • 系 理
钢结构
原理与设计
教 授 博 士 李 章 政
华 发 。 人 间 梦 ， 一 尊 还 酹 江 月 。 如
湮 灭 。 故 国 游 ， 多 情 应 笑 我 ， 早 生 神
英 发 。 羽 扇 巾 ， 谈 笑 间 、 强 虏 飞 灰 纶
遥 想 公 谨 年 ， 小 乔 初 嫁 了 ， 雄 姿 当
江 山 如 ， 一 时 多 少 豪 杰 。 画
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
三、钢结构的疲劳计算
疲劳现象
• 金属构件承受交变应力，经过较长时间或较长 金属构件承受交变应力， 应力循环次数后所发生的突然失效， 应力循环次数后所发生的突然失效，称为疲劳 失效（ failure）。 失效（fatigue failure）。 • 疲劳失效简称疲劳（fatigue）。 疲劳失效简称疲劳（fatigue）。 疲劳断口： 疲劳断口： 疲劳失效的特点 光滑区+粗糙区 光滑区 粗糙区 • 低应力（名义应力）破坏 低应力（名义应力） • 经历多次应力循环才破坏 • 脆性断裂 • 对表面及缺陷敏感
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
承载力极限状态设计
结构构件抗力设计值 荷载效应组合的设计值 结构重要性系数： 结构重要性系数： 对安全等级为一级或设计使用年限为100及以上的 及以上的 对安全等级为一级或设计使用年限为 结构构件，不应小于1.1； 结构构件，不应小于1.1； 安全等级二级或使用年限为50年 不应小于1.0； 安全等级二级或使用年限为 年，不应小于 ； 对安全等级为三级或设计使用年限为5年及以下的 对安全等级为三级或设计使用年限为 年及以下的 结构构件，不应小于0.9。 结构构件，不应小于 。
17
先秦《考工记》 先秦《考工记》 北宋《营造法式》 北宋《营造法式》 前清《工部工程做法则例》 前清《工部工程做法则例》 民间《鲁班经》 民间《鲁班经》
2011-5-10
《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
容许应力法
• 方法源头：《材料力学》 方法源头： 材料力学》 1826年 1826年，法国人纳维提出 • 方法本质：定值法 方法本质：
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
钢结构的缺点
• 易腐蚀，维护费用高 易腐蚀， • 耐火性能差 温度达到250 材质会发生较大变化； 温度达到250 °C 时，材质会发生较大变化； 达到500 达到500 °C时，强度下降，结构会瞬间崩 强度下降， 完全丧失承载能力。 溃，完全丧失承载能力。 耐火时间30min 耐火时间30min • 低温变脆倾向 受环境因素影响
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7
《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
单层钢结构 工业厂房
• 轻工业厂房 • 重工业厂房
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8
《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
多、高层钢结构房屋
• 多层：2~9层房屋 多层：2~9层房屋 • 高层：10层以上或高度大于28m 高层：10层以上或高度大于 层以上或高度大于28m • 超高层：35层以上或高度大于100m 超高层：35层以上或高度大于 层以上或高度大于100m 超高层钢构代表——西尔斯大厦 西尔斯大厦 超高层钢构代表 钢结构束筒： 钢结构束筒： 9 个 22.86m×22.86m 22.86m× 的钢框筒 美国Chicago 美国Chicago 1974年建成 1974年建成 442m高 110层 442m高，110层
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
疲劳分类
• 常幅疲劳：交变应力幅为常数 常幅疲劳： • 变幅疲劳：交变应力幅随时间变化 变幅疲劳：
需要进行疲劳验算的构件
• 直接承受动力荷载作用的构件（如吊车梁） 直接承受动力荷载作用的构件（如吊车梁） • 且应力变化的循环次数 5万次
变幅疲劳
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3
《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
1.2 钢结构的特点和应用
一、钢结构的特点
钢结构的优点
• 钢材的强度高，结构质量轻。 钢材的强度高，结构质量轻。 • 材质均匀，塑性、韧性好。 材质均匀，塑性、韧性好。 • 制作安装工业化程度高，施工周期短 制作安装工业化程度高， • 焊接结构气密性和水密性好。 焊接结构气密性和水密性好。 • 抗震性能好。 抗震性能好。 • 钢材可重复使用。 钢材可重复使用。
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
风采依旧
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10
《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
高耸钢结构
• 电视塔 • 火箭发射塔 • 输电线塔
上 海 东 方 明 珠
广州电视塔
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
板壳钢结构
• 轮船、航母 轮船、 • 油库、管道 油库、 • 水工船闸
例1.1
取循环次数n=2× 取循环次数n=2×106次，试确定构件和连 接类别分布为1类和2类时的容许应力幅。 接类别分布为1类和2类时的容许应力幅。
1/ β
2011-5-10
现 在 采 用 的 设 计 方 法
概率
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《钢结构》— 原理与设计 钢结构》
二、极限状态设计法
正常使用极 限状态 功能：适用性 功能： 耐久性 承载能力极 限状态
极限状态
功能：安全性 功能：
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态 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， 某一功能要求 就不能满足设计规定的某一功能要求，此特 称为该功能的极限状态。 定状态称为该功能的极限状态 定状态称为该功能的极限状态。