钢结构讲义1.

或
S γG SGK 0.9 ∑γQ i SQ i K
i 1
n
取不利组合
32
②
仍用（＊）式
注：① 基本组合中的设计值适用于荷载与荷载效应线性 的情况； ② SQ1K无法判断时，轮次以各可变荷载为SQ1K ，然 后取不利者； ③ 当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，可 变荷载仅取竖向荷载； ④ γG 取值： =1.2 （可变荷载效应控制时） γ G 当效应对结构不利时 γG =1.35 （永久荷载效应控制时） γG=1.0 当效应对结构有利时： γQ 取值： =1.4 =1.3(工业楼面活荷标准值≥4kN/m2) （2）正常使用极限状态 S≤C 33 式中：C：结构或构件达到正常使用要求的规定限值。
承载力极限状态 分为 正常使用极限状态 指结构或构件达到最大承载能力或是 承载力极限状态： 出现不适于继续承载的变形。 包括静力强度、动力强度、稳定、倾覆等。 ① 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡； 如倾覆。 ② 结构构件或连接因超过材料强度而破坏（包 括疲劳强度），或因过度变形而不适于继续 具体为 承载； ③ 结构转变为机动体系； ④ 结构或结构构件丧失稳定； ⑤ 地基丧失承载能力而破坏。 正常使用极限状态：指结构或构件达到正常使用或耐久 27 性的某项规定限值。
3. 高耸结构和高层结构 自重轻、截面小，减小风荷载。 4. 受动力荷载作用的结构 钢材的韧性好，动力性能高。 5. 容器与管道 6. 可拆卸和移动的结构 如流动式展览馆、活动房。 7. 其它。 如海洋平台、码头、输煤栈桥等。 总之，采用钢结构，工期短、造价高，应从综合经 济效益来考虑。 §1.3 钢结构的设计方法 钢结构设计时，必须满足一定的设计准则，即在满 足功能要求的前提下，做到安全可靠、技术先进、确保 25 质量和经济合理。
抗力：结构或构件的承载力，以R表示。 它取决于材料的强度和构件的几何因素。 可靠性： 指结构在规定的时间内、规定的条件（正常设 计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成 预定功能的能力。 预定功能：就是对于规定的某种功能来说，结构 不失效。 可靠性是结构安全性、适用性、耐久性的概称。 可靠度： 用来衡量结构可靠性的指标。 指结构在规定的时间内、规定的条件下完成预定 功能的概率。 当结构或构件的抗力等于荷载效应时，此结构或 29 构件达承载力极限状态。
钢
结
构
主讲人：杨 斌
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参 考 资 料
钢结构设计规范 GB50017－2003 建筑结构荷载规范 GB50009－2001 钢结构 魏明钟主编 武汉工业大学出版社 钢结构 钟善桐主编 中国建筑工业出版社 钢结构复习与习题 何敏娟主编 同济大学 出版社
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第 一 章
概 述
§1.1 钢结构的发展历史 公元前200年，秦始皇时代，铁造桥墩； 公元60年，汉明帝时代，铁链悬桥（兰津桥） 济宁寺 300多年前 甘露寺 大渡河铁索桥 广州中山纪念堂圆屋顶 上世纪30年代 钱塘江大桥 南京长江大桥 首都体育馆 上世纪50～60年代 上海体育馆 大型企业厂房
一.安全系数法
σ S A ≤ σ f y K
构件中应力 容许应力 S：全部荷载引起的结构构件中的内力； A：几何特性，即截面面积或截面抵抗矩等； fy：材料的标准强度，针对钢材为屈服点； K：安全系数。 安全系数凭经验而定，因而不同构件的安全度不可 能相同，故不合理。 注意：疲劳计算还采用此法。 二. 极限状态设计法 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 26 称为该功能的极限状态。
准永久值系数
3. 构件和结构稳定理论的进一步研究； 构件稳定研究的很多， 结构体系稳定研究的不够。 4. 大跨度结构、高层结构、轻型钢结构的研究； 5. 组合结构的研究 组合梁 钢管混凝土 §1.5 钢结构设计中的主要问题 1. 钢材材质： 化学成分、冶金缺陷对钢材性能的影响。 2. 稳定问题： 截面面积小 整体稳定、局部稳定 截面开展 3. 构造问题 指构件截面的组成和连接方式，以及构件与构件间 的节点形式。 节点处，内力分布复杂，计算简化因而近似，处理 35 不当，可能导致破坏。
极限状态方程
R>S时，可靠 R<S时，失效 由于基本变量的不定性，即各变量可能出现高值或 低值，因而也不能保证结构绝对可靠。 通常，认为可靠概率足够大，或者说，失效概率足 够小，就可认为结构是安全的。 可靠概率即可靠度，用ps表示， ps＝g(R-S >0) 失效概率用pf 表示，pf＝g(R-S <0) pf + ps = 1.0 结构可靠就是指失效概率小到人们可以接受的程度。 可接受的失效概率为万分之几。 2. 设计表达式 按可靠指标设计不易掌握， «规范»将极限状态设计 公式等效地转化为分项系数设计公式。 30
SGK ：按永久荷载标准值GK计算的荷载效应值； S的组合值系数（查规范）。
iK
② ①
S γG SGK ∑ψc i γQ i S Q i K
i 1
n
（＊）
对框架、排架公式简化：
S γG SGK γQ1 SQ1K
7. 耐腐蚀性差； 涂防腐漆 解决办法 混凝土包裹 8. 耐热好，防火差。 t < 150℃，性能变化不大 周围温度超过150℃， t > 150℃，性能变化大 采取防护措施 t > 600℃，强度为0 防火涂料 解决办法 混凝土包裹 二. 应用范围 1. 工业厂房 跨度、柱距较大，有100t以上重级或中级工作制吊车 的厂房，有热辐射的厂房。现什么厂房都可采用。 2. 大跨结构 厂房 →钢屋架 24 体育馆、会馆 →网架、网壳、悬索
Z g(R.S) R - S 0
（1） 承载力极限状态 Z＝R-S＝0 S≤R 引入结构重要性系数
其中：RK ：抗力标准值； γR ：材料抗力分项系数； fK：钢材强度标准值； A：截面几何因素； fd：材料强度设计值。 S取值： ①由活荷载效应控制的组合 基本组合 取不利组合 ②由恒荷载效应控制的组合 应考虑 偶然组合： 31 偶然设计状况（如撞击、爆炸、火灾等）
澳门东亚运动会体育馆
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澳门东亚运动会体育馆－ 亚洲跨度最大的桁架
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上海南站钢结构圆屋顶－D265m
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东海大桥钢结构工程 长31km 海上段28km 桥宽31.5m
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336m
320m
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§1.2 钢结构的特点和应用范围 一. 特点 1. 自重轻、承载力高； 为同跨度、同荷载钢筋混凝土屋架的（1/3～1/4）重。 特别是地质条件差的地区，降低地基、基础的造价。 2. 钢材的塑性和韧性好；（后面介绍） 3. 接近于匀质等向体； 内部组织均匀，各方向物理性能基本相同，在使用阶 段，变形较小。此特点与力学假定吻合较好。 4. 焊接性能； 可焊性：指钢材在焊接过程中和焊后，保持焊接部分 不开裂的完整性的性质。 5. 不渗漏； 便于做成密闭容器。 23 6. 制造简便、施工方便、具有良好的装配性；
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金 茂 大 厦
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台 北 101 大 厦
448/ 508
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环 球 金 融 中 心
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新 加 坡 双 塔 大 厦 95层
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世 贸 中 心
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02年世界杯－韩国大邱体育场
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国家大剧院
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上海八万人体育场
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上海八万人体育场施工现场
组合钢管悬挑空间桁架—70m多
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γ0 S ≤ R R R K γR f K A γR f d A
1.1 重要 γ0 1.0 一般 0.9 次要
①
式中： γG ：永久荷载的分项系数； γQ i ：第 i个可变荷载的分项系数；
S γG SGK γQ1 SQ1K ∑ψc i γQ i SQ i K
i 2
n
S取值：
ψc i SQ i K 标准组合：S SGK SQ1K ∑ i 2 应考虑 频遇组合： n 准永久组合： S SGK ∑ ψq i SQ i K
i 1
n
钢结构只考虑荷载的标准组合。 准永久组合适用于钢与混凝土组合梁，另外还得考 虑标准组合。 §1.4 钢结构的发展 1. 高效能钢材的研究和应用； 提高承载力： Q235→Q345 →Q390 →Q420 →强度更高 H型钢 耐腐蚀钢、耐火钢。 2. 设计准则的进一步完善； 34 现行准则还仅是构件或某一截面的可靠度。
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中国国际贸易中心 京广中心大厦 深圳发展中心 上世纪80年代后 地王大厦 黑龙江电视塔 亚运会场馆 现在，金茂大厦421m，环球金融中心460m 帝国大厦381m 新加坡双塔大厦450m 国外 sears tower 443m 世界贸易中心402m 结论： 铸铁 →锻铁 →钢 材料： 连接： 销钉 →铆钉 →焊接 →螺栓 结构形式：桥 →塔 →工业与民用建筑
① 影响正常使用或外观的变形； ② 影响正常使用或耐久性的局部损坏（包括 裂缝）； 具体为 ③ 影响正常使用的振动； ④ 影响正常使用的其它特定状态。 1. 极限状态设计法 是以概率理论为基础，把有变异性的设计参数通过 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： 半概率极限状态设计法； 近似概率极限状态设计法； 全概率极限状态设计法。 作用： 是使结构产生内力和变形的所有原因。 又称荷载效应，以S表示。 28 如荷载、温度变化、地震力等。