第三章结构设计方法-讲义
钢结构设计原理讲义
钢结构设计原理第一章钢结构的大体性能建筑工程中，钢结构所用的钢材都是塑性比较好的材料，在拉力作用下，应力-应变曲线在超过弹性后有明显的屈服点和一段屈服平台，然后进入强化阶段。
传统的钢结构设计，以屈服点作为钢材强度的极限，并把局部屈服作为承载能力的准则。
目前利用塑性的设计方式已经提上了日程。
钢材和其他建筑结构材料相较，强度要高得多。
在一样的荷载条件下，钢结构构件截面小，截面组成部份的厚度也小。
因此，稳定问题在钢结构设计中是一个突出的问题。
建筑结构钢材有较好的韧性。
因此，钢结构是经受动荷载的重要结构。
钢材的韧性也不是一成不变的。
材质、板厚、受力状态、温度等都会对它产生影响。
【钢材的生产及其对材性的影响】建筑结构所用的钢材包括两大类：一类是热轧型钢和钢板；另一类是冷成型（冷弯、冷冲、冷轧）的薄壁型钢和压型钢板。
一、钢的熔炼冶炼按需要生产的钢号进行，它决定钢材的主要化学成份。
炼钢的原料为99%钢水+废钢+合金元素。
平炉炼钢的质量优于转炉炼钢的质量。
目前，我国采用转炉炼钢，转炉钢具有投资少、建厂快、生产效率高、原料适应性强等长处。
二、钢的脱氧脱氧的手腕是在钢液中加入和氧的亲和力比铁高的锰、硅和铝。
脱氧的程度对钢材的质量很有影响。
锰是弱脱氧剂。
硅是较强的脱氧剂。
铝是强脱氧剂。
钢液中含有较多的FeO，浇注时FeO和碳彼此作用，形成CO气体逸出，引发钢液的猛烈沸腾，这种钢称之为沸腾钢。
它夹杂较多FeO，冷却后有许多气泡。
硅在还原氧化铁的进程中放出热量，使钢液冷却缓慢，气体大多可以逸出，所得钢锭称之为镇定钢。
冷却后因体积收缩而在上部形成较大缩孔，缩孔的孔壁有些氧化，在辊轧时不能焊合，必需先把钢锭头部切去。
切头后实得钢材仅为钢锭的80%~85%。
对冲击韧性（尤其是低温冲击韧性）要求高的重要结构，如酷寒地域的露天结构，钢材宜用硅脱氧后再用铝补充脱氧的特殊镇定钢。
这种钢比一般镇定钢具有更高的室温冲击韧性和更低的冷脆偏向性和时效偏向性。
02结构设计方法
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◆ 安全性 Safety ◎ 如（M≤Mu） ◎ 上式仅从构件自身的承载力来确定安全性 ◎ 结构整体是否安全，不仅与每个构件是否安全有关，
更与构件之间的连接是否可靠有关。 ◎ 结构整体牢固性 ◎ 结构不应发生与原因不相称的破坏
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结构的作用、作用效应和结构抗力
作用
使结构或构件产生内力、变形（位移、应变）和裂缝的各种原因的总称 作用分类
直接作用：施加在结构或构件上的荷载，如结构自重、楼面上人群 及物品重量、风压力、雪压力等
间接作用：引起结构强迫变形或约束变形的原因，如地震、地基 不均匀沉降、温度变化、混凝土收缩、焊接变形等
结构的作用、作用效应和结构抗力
结构的作用与作用效应 结构抗力
结构按概率极限状态设计 按承载能力极限状态设计 按正常使用极限状态计算
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结构的功能要求
◆ 安全性 Safety ◎ 如（M≤Mu） ◎ 结构在预定的使用期间内（一般为50年），应能承受
在正常施工、正常使用情况下可能出现的各种荷载、外加变 形（如超静定结构的支座不均匀沉降）、约束变形（如温度 和收缩变形受到约束时）等的作用。
Z=R- S
b值
失效概率 Pf
2.7 3.5×10-3
3.2 6.9×10-4
3.7 1.1×10-4
4.2 1.3×10-5
32
◆ 根据统计，触电的年死亡率为6×10-6
◆ b=3.7时，Pf=1.1×10-4，按设计基准期50年考虑，年失效概率为
1.1×10-4/50=2.2×10-6 ◆ 50年后并不是结构就失效，而是失效概率增加。同时，结构失效也并
结构设计方法
结构设计方法结构设计是指在建筑、工程、产品设计等领域中，对于构件、零部件、整体结构的设计方法和原则。
一个良好的结构设计可以保证产品的稳定性、安全性和美观性，因此结构设计方法的选择和应用至关重要。
首先，结构设计方法需要考虑的是结构的稳定性和安全性。
在设计过程中，需要考虑各种外部力的作用，包括静载荷、动载荷、风载荷、地震作用等，以及结构的自重和温度变化等因素。
在这些外部力的作用下，结构需要保持稳定，不发生倾斜、位移和破坏。
因此，结构设计方法需要考虑结构的受力分析、材料的选择、截面的确定等，以保证结构的稳定性和安全性。
其次，结构设计方法还需要考虑结构的美观性和经济性。
在设计过程中，需要考虑结构的外形、比例、线条等美学因素，以使结构在视觉上具有美感。
同时，还需要考虑材料的利用率、施工工艺、成本等因素，以使结构在经济上具有合理性。
因此，结构设计方法需要考虑结构的形式、材料的利用、施工工艺等，以使结构在美观性和经济性上达到最佳的平衡。
另外，结构设计方法还需要考虑结构的适用性和可维护性。
在设计过程中，需要考虑结构的使用环境、使用要求、使用寿命等因素，以使结构能够适应不同的使用条件。
同时，还需要考虑结构的维护难易程度、维护成本等因素，以使结构能够方便维护和保养。
因此，结构设计方法需要考虑结构的功能性、适用性和可维护性，以使结构能够在使用过程中具有良好的性能和服务寿命。
总之，结构设计方法需要综合考虑结构的稳定性、安全性、美观性、经济性、适用性和可维护性等因素，以使结构在设计过程中能够达到最佳的效果。
只有在考虑了这些因素之后，才能够设计出满足使用要求、具有良好性能和服务寿命的结构。
结构设计软件PKPM教程应用第3章-讲义
功能：如在建模时输入的梁（主梁）不同于 楼层其它梁的标高，可在此菜单为该梁设置 错层值，该梁低于其它梁时错层值为正。
目前这里输入的梁错层不在结构计算中 反映，只是将错层值传到该梁绘图时画出梁 错层的状态。
6) 拷贝前层
功能：可将上一标准层已输入的次
梁、预制板、洞口、悬挑板、砖混 圈梁、各房间板厚等布置直接拷贝 到本层，再对其局部修改，从而使 其余各层的次梁、预制板、洞口输 入过程的大大简化。
在某一房间上布置或拷贝了新的次梁 布置时，其上旧的次梁数据自动删除。
1. ④ 房间编号
功能：可在平面图上给每一个房间标上它 的编码。这是一个标注切换菜单，即再点 一下本菜单房间编号又会消失。
1. ⑤ 次梁尺寸
功能：可在平面图上给每一根次梁标上它 的截面尺寸。这是一个标注切换菜单，即 再点一下本菜单次梁截面尺寸又会消失。
悬挑板的输入按照屏幕下边的提示有 三个步骤。当悬臂板的位置在平面外围的 同一边，且悬挑长度相同时可归为一类悬 挑板。
3) 设层间梁
功能：在某标高不在楼层上，而在两层之 间设连接柱或墙的梁段。例如某些楼梯间 处的梁或某些特殊用途的层间梁。
4) 楼板错层
功能：当个别房间的楼层标高不同于该层标 高，即出现错层时，点此菜单输入个别房间 与该楼层标高的差值。房间标高低于楼层标 高时的错层值为正。
1) ①
次梁布置
功能：按房间输入次梁信息。
次梁型号指在数据文件中填写的梁标
准截面类别号，距离是该次梁距房间下边
轴线（或左边）或上一根次梁轴线的距离， 单位：米。
利用次梁布置功能，还可以进行二级次
梁的输入，即次梁的一端或两端搭在次梁上 的输入。若是竖次梁搭在横次梁上，则在提 示输入次梁型号、距离时输入三个数据：（负号）次梁类型、距离、竖次梁下端连接 的横次梁顺序号。第一个数据次梁类型前一 定伸至 第一跟横次梁。
结构设计方法
结构设计方法一、什么是结构设计方法？结构设计是工程设计中非常重要的一项任务，它涉及到各种工程项目的结构设计，如建筑物、桥梁、输电线路等。
结构设计方法是指为了满足工程项目的要求，采用一定的理论和方法对结构进行设计的过程。
结构设计方法是结构工程师在设计过程中所使用的一套规范和流程，它包括了分析结构受力、选择结构形式、确定结构材料、计算结构参数等各个环节。
只有通过科学的结构设计方法，才能保证工程项目的结构安全、经济性和可行性。
二、结构设计方法的重要性结构设计方法的重要性不言而喻，它直接影响着工程项目的质量和效果。
一个合理的结构设计方法可以大大提高工程项目的安全性和可靠性，节约工程成本，缩短工期。
而一个不合理的结构设计方法则可能导致工程事故的发生，甚至造成人员伤亡和重大财产损失。
因此，合理、科学的结构设计方法是保障工程质量的重要一环。
三、常用的结构设计方法1. 传统经验法传统经验法是一种基于工程师经验和规范的设计方法。
在这种方法中，工程师根据自己多年的经验和对结构的理解，选择合适的结构形式和材料，进行结构设计。
传统经验法的优点是简单、快速，适用于一些简单的工程项目。
但是，这种方法缺乏科学性和准确性，容易出现安全隐患。
2. 工程力学方法工程力学方法是一种基于力学原理的设计方法，它通过分析结构所受的外力和内力，确定结构的受力状态和变形情况，从而进行结构设计。
工程力学方法包括了静力学、动力学、弹性力学等多个学科的内容，它们为结构设计提供了理论基础和计算手段。
工程力学方法的优点是科学、准确，可以确保结构的安全性和可靠性，但是它需要较高的数学和力学素养。
3. 计算机模拟方法计算机模拟方法是一种利用计算机进行结构设计的方法。
它通过建立数学模型，利用计算机软件进行结构分析和设计。
计算机模拟方法可以模拟结构的受力和变形情况，提供全面的信息，帮助工程师做出准确的设计决策。
计算机模拟方法的优点是准确、高效，可以提高设计的质量和效率，但是它需要掌握专业的计算机软件和相关知识。
结构力学讲义ppt课件
x
结点自由度
y
φ
x
y
x
刚片自由度
2）一个刚片在平面内有三个自由度，因为确定 该刚片在平面内的位置需要三个独立的几何参
数x、y、φ。
4. 约束
凡是能减少体系自由度的装置就称为约束。
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约束的种类分为：
1）链杆
简单链杆 仅连结两个结点的杆件称为简单 链杆。一根简单链杆能减少一个自由度，故一 根简单链杆相当于一个约束。
FyA
特点： 1) 结构在支座截面可以绕圆柱铰A转动 ； 2) x、y方向的反力通过铰A的中心。
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3. 辊轴支座
A
A
FyA
特点： 1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移； 2) 反力沿链杆方向作用，大小未知。
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4. 滑动支座（定向支座）
A 实际构造
A
MA
FyA
A
MA
FyA
特点： 1）杆端A无转角，不能产生沿链杆方向的线 位移，可以产生垂直于链杆方向的线位移；
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A
I
II
c)
B III C
形成瞬铰B、C的四根链杆相互平行（不等 长），故铰B、C在同一无穷远点，所以三个 铰A、 B、C位于同一直线上，故体系为瞬变 体系（见图c）。
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二、举例
解题思路： 基础看作一个大刚片；要区分被约束的刚片及
提供的约束；在被约束对象之间找约束；除复 杂链杆和复杂铰外，约束不能重复使用。
高等教育出版社
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第一章 绪 论
§1-1 结构力学的内容和学习方法
§1-2 结构计算简图
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§1-1 结构力学的内容和学习方法
一、结构
建筑物或构筑物中 承受、传递荷载而起 骨架作用的部分称为 结构。如：房屋中的 框架结构、桥梁、大 坝等。
2019年计算机二级公共基础辅导讲义：结构化设计方法
2019年计算机二级公共基础辅导讲义：结构化设计方法3.3 结构化设计方法1、软件设计的基础*：需求分析主要解决“做什么”的问题，而软件设计主要解决“怎么做”的问题。
从技术观点来看，软件设计包括软件结构设计、数据设计、接口设计、过程设计。
结构设计：定义软件系统各主要部件之间的关系。
数据设计：将分析时创建的模型转化为数据结构的定义。
接口设计：描述软件内部、软件和协作系统之间以及软件与人之间如何通信。
过程设计：把系统结构部件转换成软件的过程性描述。
从工程角度来看，软件设计分两步完成，即概要设计和详细设计。
概要设计：又称结构设计，将软件需求转化为软件体系结构，确定系统级接口、全局数据结构或数据库模式。
详细设计：确定每个模块的实现算法和局部数据结构，用适当方法表示算法和数据结构的细节。
软件设计的基本原理包括：抽象、模块化、信息隐蔽和模块独立性。
1）抽象。
抽象是一种思维工具，就是把事物本质的共同特性提取出来而不考虑其他细节。
2）模块化。
解决一个复杂问题时自顶向下逐步把软件系统划分成一个个较小的、相对独立但又不相互关联的模块的过程。
3）信息隐蔽。
每个模块的实施细节对于其他模块来说是隐蔽的。
4）模块独立性。
软件系统中每个模块只涉及软件要求的具体的子功能，而和软件系统中其他的模块的接口是简单的。
*：模块分解的主要指导思想是信息隐蔽和模块独立性。
模块的耦合性和内聚性是衡量软件的模块独立性的两个定性指标。
内聚性：是一个模块内部各个元素间彼此结合的紧密水准的度量。
*：按内聚性由弱到强排列，内聚能够分为以下几种：偶然内聚、逻辑内聚、时间内聚、过程内聚、通信内聚、顺序内聚及功能内聚。
耦合性：是模块间互相连接的紧密水准的度量。
*：按耦合性由高到低排列，耦合能够分为以下几种：内容耦合、公共耦合、外部耦合、控制耦合、标记耦合、数据耦合以及非直接耦合。
一个设计良好的软件系统应具有高内聚、低耦合的特征。
在结构化程序设计中，模块划分的原则是：模块内具有高内聚度，模块间具有低耦合度。
结构设计方法
结构设计方法一、引言结构设计是工程设计的重要组成部分，它是指在满足工程功能和使用要求的前提下，通过合理的结构布局、材料选择、计算分析等手段，确定工程结构的形状、尺寸、材料和连接方式等技术参数。
本文将从结构设计方法的角度出发，介绍一些常用的结构设计方法。
二、结构设计方法1. 构造法构造法是一种通过零件组装来实现整体功能的设计方法。
在这种方法中，设计师首先确定整体功能需求，然后将其分解为若干个单独的部件，并且对每个部件进行详细设计和制造。
最后通过零件组装来实现整体功能。
这种方法适用于复杂机械设备或大型建筑物等领域。
2. 优化设计法优化设计法是一种以最小化某些特定目标函数为目标的结构优化方法。
这种方法通常需要使用数学模型和计算机模拟技术来进行分析和计算。
在优化过程中，需要考虑多个因素之间的相互影响，并且不断调整各项参数以达到最佳效果。
这种方法适用于产品或系统性能优化领域。
3. 模拟设计法模拟设计法是一种基于物理模型或计算机模型的结构设计方法。
在这种方法中，设计师通过建立合适的数学模型或物理模型来分析和预测结构的行为和性能。
这种方法可以帮助设计师更好地理解结构的运行原理，并且在实际应用中提高结构的可靠性和安全性。
4. 可靠性设计法可靠性设计法是一种以最大化系统可靠性为目标的结构设计方法。
这种方法需要考虑多个因素之间的相互影响，并且通过合适的技术手段来提高系统的可靠性和安全性。
在实际应用中，可靠性设计法通常需要使用概率统计学、风险评估等技术手段来进行分析和计算。
5. 先进材料应用技术随着科技进步和材料工程领域不断发展，先进材料应用技术已经成为现代结构设计中不可或缺的一部分。
这些新材料具有独特的力学、热学、电学等特性，并且可以通过不同制备工艺来实现多样化应用。
在实际应用中，先进材料应用技术可以大大提高结构的强度、刚度、耐久性和轻量化等特性。
三、结论综上所述，不同的结构设计方法适用于不同的应用领域和技术要求。
服装结构设计讲义
服装结构设计讲义服装结构设计它将造型设计所确定的立体形态的服装轮廓造型和细部造型分解成平面的衣片，揭示出服装细部的形体、数量吻合关系、整体与细部的组合关系，修正服装造型设计中不可分解的部分，改正费工费料及不合理的结构关系，从而使服装造型更趋于合理与完美，它是服装造型设计的继续与补充，是将服装造型设计的构思及形象思维结果变化成服装平面结构图的整个工作过程。
它即忠实于“原作”，又包含了再创作。
同时，服装结构设计还为服装缝制加工提供了成套的规格齐全、结构合理的系列样版，为部件的吻合提供了数值依据和实物保障，有利于制作出能充分体现设计风格的服装。
因此，服装结构设计既是服装造型设计的延伸和发展，又是服装工艺设计的准备和基础，在整个服装设计中起着承上启下的作用。
服装结构设计课程是大家前面学习的服装纸样设计的一个总结，结构设计是一个系统工程，是技术（定量）和艺术（定型）的完美结合，它与体型、面料、设计理念相关，也就是说服装穿在一个人身上是不是与他合适，在结构上我们要综合考虑到体型、面料和设计思想，这样才能是真正的服装与人的合二为一。
你比如说一个胖子你非要给他做一身很紧身的衣服，这样既不美观也会影响到他的基本活动；比如一个悬垂性很好的薄面料就比较适合做缩褶，这样能表现面料的飘柔，相反如果一个很厚重、硬挺的面料就不适合做缩褶了；比如你在设计一个系列的服装时你对这个系列的服装总体款式造型有一个概念，是合体的、宽松的还是半合体的等等，这些概念也是结构设计要考虑的问题，因为不同款式造型采用不同的松量。
通过这门课的学习我们要达到的学习目的：1、独立针对某一个个体，能绘制出适合他体型的服装基本型；2、独立完成综合服装结构设计。
结构设计是一个实践性很强的内容，要经过长时间的经验积累才能真正做到应用自如。
为了体现这个课程的特点，我们主要以实践操作为主，因为前面大家都过相关的课程学习，让大家更多参与到这个课程的教学中来。
这门课的主要内容有以下几个方面：第一章服装结构与人体结构关系一、服装结构设计的依据二、人体测量第二章服装结构设计的方法原型法、比例法、基型法（企业用）、短寸法（服装定制）第三章服装结构设计一、裙装结构设计二、裤装结构设计三、衣身结构设计四、领结构设计五、袖结构设计六、襟、袋、衩的结构设计七、综合结构设计第一章服装结构与人体结构一、服装结构设计的依据1、人体比例与服装构成之间的关系（p40）正常人体是按照一定比例生长，因此我们在结构设计时要注意不同部位之间的比例关系，这种比例关系我们分纵向和横向两个方向。
PKPM讲义 第三章 四章
钢结构CAD软件STS2008 版本中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所一STS-钢框架设计——1.1 三维和二维模型方法¾三维模型方法：建立结构整体模型用SATWE、TAT进行三维分析计算接三维分析计算结果进行节点设计绘制设计图，节点图，构件施工图，布置图统计结构整体用钢量，钢材订货表，高强度螺栓表¾二维模型方法：单榀建模，计算，二维节点设计，施工图一STS-钢框架设计——1.2 三维模型输入¾截面定义（钢管混凝土，实腹、格构组合、任意截面）¾斜梁输入（上节点高、梁端高）¾支撑输入（柱间支撑、屋面支撑）¾广义楼层（柱底标高、越层柱、越层梁）¾楼板厚度组合楼盖时，输最薄位置厚度轻型屋面，不考虑楼板作用，板厚输为0¾次梁布置，压型钢板组合楼盖设计¾荷载输入、吊车平面布置¾结构平面图与钢材统计（毛重）一STS-钢框架设计——1.3 用SATWE，TAT，PMSAP分析计算¾有无侧移，计算长度系数修改¾特殊构件定义（铰接构件，门式刚架构件，组合梁）¾考虑特殊风荷载与自定义荷载效应组合¾净截面和毛截面比值¾强柱弱梁校核选择按“按高规或高钢规进行构件设计”，即可校核强柱弱梁要求¾结果查看钢梁、钢柱、钢支撑、组合梁的应力值的输出意义一STS-钢框架设计——1.4三维框架连接节点设计¾读入设计内力¾定义连接设计参数¾选择连接形式¾全楼连接自动设计¾单个节点设计参数，连接方式修改¾计算结果查看一STS-钢框架设计——1.4.1 读入设计内力¾TAT设计内力¾SATWE设计内力¾PMSAP设计内力一STS-钢框架设计——1.4.2 设计参数，连接形式的选择¾混凝土框架托钢柱，按柱脚设计（08版改进）¾高强度螺栓连接，全焊连接¾螺栓直径，等级等参数¾梁拼接，柱拼接，柱分段¾门式刚架连接¾框架节点域补强¾选择节点连接形式，比较¾选择原则根据具体连接情况确定一STS-钢框架设计——1.4.3 节点设计参数－螺栓排列dθtBeR一STS-钢框架设计——1.4.5 节点设计参数－全焊连接一STS-钢框架设计——1.4.6 计算结果查看计算结果详细输出¾翼缘对接焊缝计算¾连接板与柱翼缘连接焊缝计算¾梁净截面，连接板净截面验算¾螺栓群验算一STS-钢框架设计——1.4.6.1 节点设计—柱脚设计¾预设底板尺寸¾混凝土承压验算¾确定底板厚度1¾锚栓抗拉验算¾确定底板厚度2¾抗剪键设置¾调整原则一STS-钢框架设计——1.4.6.3 节点设计方法—铰接¾梁端设计内力V¾梁柱连接：连接承担V，V*e（偏心弯矩）¾主次梁连接（1）剪力V，V*e（偏心弯矩）（2）1.3V1.4.6.4 节点域验算节点域的屈服承载力应符合下式要求:工字形截面柱和箱形截面柱的节点域应按下列公式验算：（稳定性）注:当柱节点域腹板厚度不小于梁柱截面高度之和的1/70 时可不验算节点域的稳定性¾软件按照上述要求进行了节点域验算，当验算不满足要求时，给出了满足要求的最小腹板厚度，并且自动补强。
结构设计方法讲解
结构设计方法讲解结构设计方法是指在建筑、工程或其他领域中，用于创建有效、安全和可持续结构的方法。
这些方法旨在确保结构在使用期间能够承受预期的荷载，并在不同的环境条件下保持稳定。
以下将对几种常见的结构设计方法进行讲解。
1.静力学方法：静力学方法是最常用的结构设计方法之一、它是基于牛顿第二定律和达朗贝尔定理的原理，通过计算力的平衡和力矩的平衡来确定结构的稳定性。
静力学方法适合用于简单的结构，如梁、柱等。
2.有限元方法：有限元方法是一种数值计算方法，广泛用于结构分析和设计。
它将结构划分为小的单元，并对每个单元应变、应力和位移进行计算。
有限元方法能够求解复杂结构的行为，例如大跨度桥梁、高层建筑等。
3.弹性理论：弹性理论是一种用于分析结构弹性反应的理论方法。
它基于胡克定律，假设结构在荷载下可以弹性地变形，并用应变能原理表示结构的平衡。
弹性理论适用于小位移、小变形的结构，如桁架、悬索桥等。
4.塑性理论：塑性理论用于分析结构在荷载下的塑性变形。
它基于材料的塑性行为，考虑结构在达到弹性极限后的变形和破坏。
塑性理论常用于钢结构设计，如框架结构、钢管柱等。
5.动力学方法：动力学方法用于分析结构受到动态荷载（如地震、风等）时的反应。
它基于质量、刚度和阻尼等参数，通过求解动力方程来预测结构的振动响应。
动力学方法适用于长跨度结构、地震设计等。
6.可靠性方法：可靠性方法用于评估结构的安全性和可靠性。
它考虑了结构材料和几何参数的不确定性，通过概率统计的方法确定结构的可靠性。
可靠性方法能够帮助设计者评估结构的风险，并作出合理的设计决策。
7.优化方法：优化方法用于寻找结构的最优设计。
它基于数学模型和计算算法，通过调整结构的参数来最大化性能或最小化成本。
优化方法能够在多个约束条件下帮助设计者找到最优解，提高结构的效率和可持续性。
总而言之，结构设计方法是建筑和工程领域中非常重要的技术工具。
通过选择适当的方法，并结合实际情况和需求，设计者可以创建出安全、有效和可持续的结构。
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结构整体是否安全，不仅与每个构件是否安 全有关，更与构件之间的连接是否可靠有关
结构整体应具有牢固性，不应发生与原因不 相称的破坏
适用性
如f≤[f]
结构在正常使用期间，具有良好的工作性能。 如不发生影响正常使用的过大变形、震动， 或产生让使用者感到不安的过大的裂缝宽度
超过该极限状态，结构就不能满足预定的适用性 和耐久性的功能要求
过大的变形、侧移（影响非结构构件、不安全感、 不能正常使用等）
过大的裂缝（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等） 过大的振动（不舒适） 其他正常使用要求。
结构功能的表达
S<R 可靠 S=R 极限状态
S—作用效应
S>R 失效
结构上的作用（使结构产生内力和变形的原因，如荷载、不
结构设计方法就是研究工程设计中的各种不确定 性问题，取得安全可靠与经济合理之间的平衡。
容许应力设计法
[]安 材全 料系 强数 度 kf
安全系数K是一个大于1.0的数值 为取得安全可靠与经济合理的均衡，
在综合考虑各种不确定因素影响后， 可选取一个合适的安全系数
材料力学研究的是单一材料、线弹性、简单结构 实际工程结构远比他复杂
3.3结构设计中的不确定性
恒载g与构件尺寸、材料容重等有关
M81(gq)l2
活载q（楼面活载、雪荷载等）的数 值是随时在变化的
计算跨度l的不准确
材料强度fy、fc的离散性 Mu=M(fc,fy/A/h0,As…..) 截面尺寸h0和b的施工误差M≦Mu应力应变关系的不精确性
不一定安全
3.4结构设计方法
由于结构工程中的不确定性，为取得安全可靠与经济合理 的均衡，在设计中需要考虑这些不确定性的影响，结构 设计方法就是处理这种安全可靠与经济合理的矛盾。
容许应力设计法 [] f
k
➢ 钢筋混凝土的受力性能不是弹性的； ➢ 结构中一点达到容许应力，结构即认为失效； ➢ 没有考虑结构功能的多样性要求； ➢ 安全系数是凭经验确定的，缺乏科学依据。
第三章结构设计方法
精品jing
易水寒江雪敬奉
工程结构的设计学要保证安全可靠、经济合理
由于实际工程结构中存在多种不确定因素
对工程结构的安全可靠可能会产生不利影响
为避免可能产生的不安全可靠情况一般需比计算 要求的截面或材料用量增加
截面或材料用量增加越多，安全可靠程度就越高， 不安全的可能性就越小，但工程结构造价就越高
条件下，完成预定结构功能的能力。
结构可靠性越高，结构造价越大。
如何在结构可靠与经济之间取得平衡，就是 设计方法要解决的问题
经济的概念不仅包括第一次建设费用，还应 考虑维护和维修，损失及修复的费用
安全性--承载能力极限状态
结构的 - 适用性
功能
正常使用极限状态
耐久性
3.2极限状态
结构能够满足功能要求而良好的工作，则称结构是 “可靠的”或“有效的”反之，则结构“不可靠”或 “失效”
耐久性
如w≤[wmax]
结构在正常使用和正常维护的条件下，应具有 足够的耐久性
在各种因素（如混凝土碳化）的影响下，结构 的承载力和刚度不应随时间有过大的降低，从 而导致结构在其预定使用期内丧失安全性和适 用性，降低使用寿命。
结构的可靠性
可靠性——安全性、适用性、耐久性的总称 就是指结构在规定的使用期限内，在规定的
均匀沉降、温度变形、收缩变形、地震等）引起的效应。如
弯矩、轴力、剪力、扭矩、挠度、裂缝宽度等
S=S(Q) R—结构抗力
M 1 ql 2 8
结构抵抗作用效应的能力。如受弯承载力Mu、受剪承载力 VU、容许挠度[f]、容许裂缝宽度[wmax]
R=R(fc,fy/A/h0,As…..)---本课程所要学习的内容。
对于承载力极限状态，针对荷载、材料的不同变异性，不再采 用单一的安全系数，而采用多系数表达
M ( k qq iik ) M u(fk c ck ,fk s sk ,A s,b ,h 0 ....
以概率理论为基础的极限状态设计法
由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，都会 有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。
承载能力极限状态
超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性 功能要求
结构或构件达到最大承载力（包括疲劳） 结构整体或其中一部分作为刚体失去平衡（如倾
覆、滑移） 结构塑性变行过大而不适于继续使用 结构形成几何可变体系（超静定结构出现足够多
的塑性铰） 结构或构件丧失稳定（如压曲失稳）
正常使用极限状态
为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方法是比 较合理的。
失效概率
失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效概 率来定量表示结构可靠性的大小。
结构可靠性的概率度量称为结构可靠度(ReliabilityDegree)。 当失效概率Pf小于某个值时，人们因结构失效的可能性很小
而不再担心，即可认为结构设计是可靠的。 该失效概率限值称为容许失效概率[Pf]
破损阶段设计法
M
MU K
整个截面达到极限承载力才认为失效，考虑了 材料塑性和强度的充分发挥，极限荷载可以直接 由试验验证，构件的总安全度较为明确。 ➢ 但安全系数K仍然凭经验确定， ➢ 没有考虑结构功能的多样性要求的问题。
极限状态设计法
除要求对承载力极限状态进行设计外，还包括挠度和裂缝宽度 （适用性）的极限状态的设计。
区分结构“可靠”与“失效”的临界工作状态称为 “极限状态”
表4-1钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念
结构功能
可靠
极限状态
安全性
受弯承载力
M≤Mu
M=Mu
适用性
挠度变形
f ≤[f]
f=[f]
耐久性
裂缝宽度 wmax ≤wmax wmax =wmax
失效
M≧Mu
f ≧[f] wmax ≧
wmax
如钢筋混凝土梁的受弯，从安全角度考虑，需要 确定其极限受弯承载力；
而为控制正常实用阶段的裂缝和挠度变形，需要 确定带裂缝工作阶段的受力情况
采用容许应力设计法很难统一这两方面的要求
3.1结构的功能
安全性
如M≤Mu 上式仅从构件自身的承载力来确定安全性
结构在预定使用期内，应能承受在正常施工、正常 使用情况下可能出现的各种荷载、外加变形、约束 变形等的作用