钢结构原理和计算方法
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2）正常使用情况下结构具有良好的工作性能；
3）正常维护下结构具有足够的耐久性；
4）偶然事件发生时及发生后保持必需的整体稳 定性。
三 钢结构的设计方法
3.1 概率极限状态设计方法
极限状态 当结构或其组成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时，此特定状态就 称为该功能的极限状态。
结构的极限状态可以分为下列两类：
按照我国钢材标准，强度为420的钢材可满足普通建筑用钢标准，而鸟巢 的用钢总量极大，重量也超出想象，因此，420强度的钢不能满足鸟巢的需 求，因此，必须采用超出我国现有标准的钢材。
§1.1 钢结构的定义和特点
一、钢结构的特点
1.轻质高强; 由于钢材强度高，结构需要的 构件截面小,结构自重轻。 a=容重/强度, a越小，结构相 对越轻。 钢材：a=1.7～3.7×10-4/m； 木材：a=5.4×10-4/m； 钢砼：a= 18×10-4/m；
二、钢结构的应用范围 1.大跨度结构
拱 结 构
网架结构
桥梁
天津体育场 西班牙迪加航空港
千 年 穹 顶
上海会展中心
2. 工业厂房
金陵石化总厂
单层厂房 多 层 工 业 厂 房
3. 承受动力荷载及 地震作用的结构
4.高层建筑与高耸结构
金
茂
大
厦
88
地
层
王
420 米
大 厦
东京千年塔
5.道路、桥梁结构
3.来自百度文库 设计表达式
《建筑结构可靠度设计统一标准》经过计算和分 析，规定出在一般情况下荷载分项系数：
G ＝1.2； Q＝1.4
当永久荷载效应与可变荷载效应异号时，这时 永久荷载对设计有利(如屋盖当风的作用而掀 起时)，应取：
G ＝1.0； Q ＝1.4
3.2 设计表达式
承载能力极限状态荷载效应的基本组合按下列设计表 达式中最不利值确定：
6.理解构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及 构造原则； 7.熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范。
教学参考书及规范:
1.钢结构 魏明钟 主编 武汉工业大学出版社 2.钢结构设计规范 （GB50017-2003) 3.钢结构工程施工质量验收规范 （GB50205-2001)
第一章 钢结构概论
不失效(Z≥0)。以ps 表示结构的可靠度，则上述 定义可表达为： ps p(Z 0) 结构的失效概率以p f 表示，则 p f p(Z 0)
由于事件(Z＜0)件(Z＞0)是对立的，所以结构可
靠度与结构的失效概率符合下式：ps p f 1
3.2 设计表达式
钢结构设计规范除疲劳计算外，采用以概率理论
拱 结 构
澳大利亚啤酒中心
2.钢材的塑性好，韧度高； 塑性和韧度是概念上完全不同的两个物理量。
塑性——承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。
塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而 突然断裂，给人以安全保证；
韧度——承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。
韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。
3.材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体，与力
承载能力极限状态 对应于结构或结构构件达到最大 承载能力或是出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、 强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系 或出现过度的塑性变形。
正常使用极限状态 对应于结构或结构构件达到正常 使用或耐久性能的某项规定限值，包括出现影响正常 使用或影响外观的变形，出现影响正常使用或耐久性 能的局部损坏以及影响正常使用的振动。
大纲要求
1. 掌握钢结构的特点和钢结构的应用范围； 2．了解钢结构按极限状态的设计方法； 3．了解钢结构在我国的发展趋势。
鸟巢所用钢材名为Q460EZ235，这种钢的强度是普通钢材的两倍，性能 达到最高级别，而这种钢材完全由我国自主创新研究出来。
Q460EZ235是顶级建筑用钢，“460”指的是钢材的强度，这表明这种钢 的强度是普通钢材的两倍，“E”指的是负40度的冲击韧性指标，这表明此钢 的韧性十足，而“Z235”则表明鸟巢钢材的性能是最高级的。
为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计
表达式进行计算。以简单的荷载情况为例，分项
系数设计式：
RK
R
G SGK
Q SQK
RK —抗力标准值(由材料强度标准值和截面公称 尺寸计算而得)；
SGK —按标准值计算的永久荷载(G)效应值； SQK —按标准值计算的可变荷载(Q)效应值； —分项系数。
学假定符合较好;
钢材屈服前看作弹性材料,屈服以后看作塑性或弹
塑性材料
4.制造简便，施工方便，具有良好的装配性;
国 钢结构住宅 家 大 剧 院 屋 架 安 装
5、密闭性好，不渗漏。 6、钢材耐腐蚀性差; 7、钢材耐热性好，耐火性差;
当结构表面长期受辐射热达150℃以上或在短时间内可 能受到火焰作用时，须采用隔热和防火措施。
3.1 概率极限状态设计方法 结构的功能函数：
Z＝g(R，S)＝R-S R—结构构件的抗力 S —荷载效应
R 、S是随机变量，其函数Z也是一个随机变量。
在实际工程中，可能出现下列三种情况： Z＞0 结构处于可靠状态； Z＝0 结构达到临界状态，即极限状态； Z＜0 结构处于失效状态。
3.1 概率极限状态设计方法 结构的可靠度：结构在规定的时间内、规定的条 件下，完成预定功能的概率。 “完成预定功能”就是对于规定的某种功能结构
可变荷载效应控制的组合：
0 G GK Q1 Q1K n Qi ci QiK f
6.水利、水工结构
海上石油平台
7. 轻型钢结构 (1).波纹拱壳结构
(2) 门式刚架结构
（3）多层轻型房屋建筑
8.可拆卸、移动房屋及 移动结构
活动车库
9.构筑物 10.建筑小品
三 钢结构的设计方法
结构必须满足的功能：
1）承受正常施工和正常使用时可能出现的各种 情况：荷载、温度变化、基础不均匀沉降、地 震作用等；
本课程的基本要求
1.了解钢结构的应用和发展概况,掌握钢结构的特点；
2.了解“钢结构”的计算方法； 3.掌握钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，并 能正确地选择钢材； 4.了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性 的主要因素及提高稳定性的措施；
5. 掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件(梁、 柱)的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法。
3）正常维护下结构具有足够的耐久性；
4）偶然事件发生时及发生后保持必需的整体稳 定性。
三 钢结构的设计方法
3.1 概率极限状态设计方法
极限状态 当结构或其组成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时，此特定状态就 称为该功能的极限状态。
结构的极限状态可以分为下列两类：
按照我国钢材标准，强度为420的钢材可满足普通建筑用钢标准，而鸟巢 的用钢总量极大，重量也超出想象，因此，420强度的钢不能满足鸟巢的需 求，因此，必须采用超出我国现有标准的钢材。
§1.1 钢结构的定义和特点
一、钢结构的特点
1.轻质高强; 由于钢材强度高，结构需要的 构件截面小,结构自重轻。 a=容重/强度, a越小，结构相 对越轻。 钢材：a=1.7～3.7×10-4/m； 木材：a=5.4×10-4/m； 钢砼：a= 18×10-4/m；
二、钢结构的应用范围 1.大跨度结构
拱 结 构
网架结构
桥梁
天津体育场 西班牙迪加航空港
千 年 穹 顶
上海会展中心
2. 工业厂房
金陵石化总厂
单层厂房 多 层 工 业 厂 房
3. 承受动力荷载及 地震作用的结构
4.高层建筑与高耸结构
金
茂
大
厦
88
地
层
王
420 米
大 厦
东京千年塔
5.道路、桥梁结构
3.来自百度文库 设计表达式
《建筑结构可靠度设计统一标准》经过计算和分 析，规定出在一般情况下荷载分项系数：
G ＝1.2； Q＝1.4
当永久荷载效应与可变荷载效应异号时，这时 永久荷载对设计有利(如屋盖当风的作用而掀 起时)，应取：
G ＝1.0； Q ＝1.4
3.2 设计表达式
承载能力极限状态荷载效应的基本组合按下列设计表 达式中最不利值确定：
6.理解构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及 构造原则； 7.熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范。
教学参考书及规范:
1.钢结构 魏明钟 主编 武汉工业大学出版社 2.钢结构设计规范 （GB50017-2003) 3.钢结构工程施工质量验收规范 （GB50205-2001)
第一章 钢结构概论
不失效(Z≥0)。以ps 表示结构的可靠度，则上述 定义可表达为： ps p(Z 0) 结构的失效概率以p f 表示，则 p f p(Z 0)
由于事件(Z＜0)件(Z＞0)是对立的，所以结构可
靠度与结构的失效概率符合下式：ps p f 1
3.2 设计表达式
钢结构设计规范除疲劳计算外，采用以概率理论
拱 结 构
澳大利亚啤酒中心
2.钢材的塑性好，韧度高； 塑性和韧度是概念上完全不同的两个物理量。
塑性——承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。
塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而 突然断裂，给人以安全保证；
韧度——承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。
韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。
3.材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体，与力
承载能力极限状态 对应于结构或结构构件达到最大 承载能力或是出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、 强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系 或出现过度的塑性变形。
正常使用极限状态 对应于结构或结构构件达到正常 使用或耐久性能的某项规定限值，包括出现影响正常 使用或影响外观的变形，出现影响正常使用或耐久性 能的局部损坏以及影响正常使用的振动。
大纲要求
1. 掌握钢结构的特点和钢结构的应用范围； 2．了解钢结构按极限状态的设计方法； 3．了解钢结构在我国的发展趋势。
鸟巢所用钢材名为Q460EZ235，这种钢的强度是普通钢材的两倍，性能 达到最高级别，而这种钢材完全由我国自主创新研究出来。
Q460EZ235是顶级建筑用钢，“460”指的是钢材的强度，这表明这种钢 的强度是普通钢材的两倍，“E”指的是负40度的冲击韧性指标，这表明此钢 的韧性十足，而“Z235”则表明鸟巢钢材的性能是最高级的。
为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计
表达式进行计算。以简单的荷载情况为例，分项
系数设计式：
RK
R
G SGK
Q SQK
RK —抗力标准值(由材料强度标准值和截面公称 尺寸计算而得)；
SGK —按标准值计算的永久荷载(G)效应值； SQK —按标准值计算的可变荷载(Q)效应值； —分项系数。
学假定符合较好;
钢材屈服前看作弹性材料,屈服以后看作塑性或弹
塑性材料
4.制造简便，施工方便，具有良好的装配性;
国 钢结构住宅 家 大 剧 院 屋 架 安 装
5、密闭性好，不渗漏。 6、钢材耐腐蚀性差; 7、钢材耐热性好，耐火性差;
当结构表面长期受辐射热达150℃以上或在短时间内可 能受到火焰作用时，须采用隔热和防火措施。
3.1 概率极限状态设计方法 结构的功能函数：
Z＝g(R，S)＝R-S R—结构构件的抗力 S —荷载效应
R 、S是随机变量，其函数Z也是一个随机变量。
在实际工程中，可能出现下列三种情况： Z＞0 结构处于可靠状态； Z＝0 结构达到临界状态，即极限状态； Z＜0 结构处于失效状态。
3.1 概率极限状态设计方法 结构的可靠度：结构在规定的时间内、规定的条 件下，完成预定功能的概率。 “完成预定功能”就是对于规定的某种功能结构
可变荷载效应控制的组合：
0 G GK Q1 Q1K n Qi ci QiK f
6.水利、水工结构
海上石油平台
7. 轻型钢结构 (1).波纹拱壳结构
(2) 门式刚架结构
（3）多层轻型房屋建筑
8.可拆卸、移动房屋及 移动结构
活动车库
9.构筑物 10.建筑小品
三 钢结构的设计方法
结构必须满足的功能：
1）承受正常施工和正常使用时可能出现的各种 情况：荷载、温度变化、基础不均匀沉降、地 震作用等；
本课程的基本要求
1.了解钢结构的应用和发展概况,掌握钢结构的特点；
2.了解“钢结构”的计算方法； 3.掌握钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，并 能正确地选择钢材； 4.了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性 的主要因素及提高稳定性的措施；
5. 掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件(梁、 柱)的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法。