第一章绪论第一节钢结构的特点和应用第二节钢结构的设计方法一、钢结构设计方法的发展二、概率极限状态法三、现代容许应力法第三节钢结构设计的基本要求第四节钢结构的发展趋势第二节钢结构的设计方法一、钢结构设计方法的发展设计的目的：?保证结构和构件在充分满足功能要求的基础上安全可靠地工作。
承受各种作用，满足功能要求：安全性：承受作用，保持稳定，不倒塌;适用性：工作性能良好，满足使用要求;耐久性：随时间仍能满足使用要求。
第二节钢结构的设计方法设计过程中的不确定性：1）作用的不确定性直接作用→荷载（永久、可变、偶然）恒载(G)，活载(Q)，风载(W)静载，动载-《建筑结构荷载规范》（GB50001-2001)间接作用→温度, 沉降，地震等永久作用，可变作用，偶然作用第二节钢结构的设计方法2）抗力（R）的不确定几何参数；材料性能(强度、弹性模量) ；施工质量；计算模型设计应考虑合理考虑这些不确定性因素的影响。
第二节钢结构的设计方法3）功能（1）设计基准期：一般50年，也有100年、25和5年（2）结构安全等级（结构重要性）：三级（3）满足功能要求：安全性(S<R)，适用性，耐久性第二节钢结构的设计方法设计方法发展：1）传统的容许应力法2）最大荷载法3）三系数极限状态设计法4）概率极限状态法《钢结构设计规范》GB50017-2003：概率极限状态设计方法；《铁路桥梁钢结构设计规范》TB1002.2-2005：现代容许应力法。
第二节钢结构的设计方法二、概率极限状态法将影响结构功能的诸多因素作为随机变量，对所设计结构的功能只作出一定的概率保证，认为任何设计都不能保证绝对地安全。
根据结构的可靠性与经济之间得出的设计方法，即为概率极限状态设计法。
第二节钢结构的设计方法1 、结构极限状态的基本概念可靠度—度量结构可靠性的指标（结构在规定时间内、在规定条件下完成预定功能的概率）规定时间是指结构的设计使用年限；规定条件是指正常设计、正常施工、正常使用和维护的条件，不包括非正常的，例如人为的错误等。
结构的可靠度是结构可靠性的概率度量，即结构在设计工作寿命内，在正常条件下，完成预定功能的概率。
第二节钢结构的设计方法1 、结构极限状态的基本概念结构或者结构的某一部分超过某一定特定状态后，就不能满足某一规定功能要求，则此特定状态称为功能的极限状态。
1）能承受正常使用和施工时可能出现的各种作用；2）在正常使用时具有良好的工作性能；3）具有足够的耐久性；4）偶然事件发生时和发生后，能够保持必要的整体稳定性。
第二节钢结构的设计方法结构的工作性能可以用功能函数进行描述。
功能函数Z=R-S(随机变量，表示一种结构功能）R：抗力；S：荷载效应Z>0，或R>S，安全状态；Z<0，或R<S，失效状态；Z=0，或R=S，极限状态结构可靠度的度量⇒结构可靠度满足：Z>0具有相当大的概率或Z<0 具有相当小的概率⇒结构完成预定功能的概率P s=P (Z≥0)--可靠概率⇒结构不能完成预定功能的概率P f=P (Z<0 )--失效概率P+P f=1s→P f=1-P s⇒采用失效概率P f来度量结构的可靠度第二节钢结构的设计方法•概率极限状态设计法是设计理论的一个大进步，将概念和方法都建立在统计数学的基础上，采用可靠度理论。
•现行的《钢规》中，除了疲劳计算外，采用的是以概率论为基础的极限状态设计法，用分项系数反应各随机参数的影响，是一种近似的概率设计法。
第二节钢结构的设计方法2、用分项系数表示的极限状态法(《钢结构设计规范》)承载能力极限状态（状态1）：结构或构件达到最大承载能力或者达到不适合继续承载的变形的极限状态。
如强度、稳定、疲劳破坏。
正常使用极限状态（状态2）：结构或构件达到正常使用或耐久性能（刚度、锈蚀等）的某项规定限值的状态。
承载能力极限状态--结构或结构构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形Ø承载能力极限状态标志（1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（2）结构构件或连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)，或因过度变形而不适于继续承载（3）结构转变为机动机构（4）结构或结构构件丧失稳定性(5) 地基丧失承载力而破坏⇒保证结构或构件的安全性正常使用极限状态-结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值Ø正常使用极限状态标志（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破坏(包括裂缝)（3）影响正常使用的振动（4）影响正常使用的其它特定状态（例：渗漏、腐蚀、冻害等)⇒保证结构或构件的适用性、耐久性荷载的标准值：结构在正常情况下比较可能出现的最大荷载，按设计基准期最大荷载概论分布的某一分位值确定。
1、统计变量：恒载S G =γG S Gk ；活载S Q =γQ S Qk ；抗力R =R k /γR 荷载的设计值：荷载代表值与荷载分项系数的乘积。
抗力的标准值、抗力的设计值第二节钢结构的设计方法三、用分项系数表示的极限状态法第二节钢结构的设计方法2、荷载组合：荷载组合值：对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值；或组合后使结构具有统一规定的可靠指标的荷载值承载能力极限状态：基本组合正常使用极限状态：标准组合设计基准期内最不利组合1) 由可变荷载效应控制的组合：R k 2Qik Q ci Q1k Q1Gk o /)S S S (γγψγγγR n i i G ≤++∑=当永久荷载的效应对结构不利时取γG =1.2，有利时一般取γG =1.0 ；当可变荷载的效应对结构不利时取γQ =1.4，有利时取γQ =0 ；γR :材料抗力分项系数；（1）承载能力极限状态设计表达式第二节钢结构的设计方法ψci 为荷载组合系数；γo 为结构重要性指标，γo =1.1(一级)；γo =1.0 (二级)；γ=0.9 (三级)a k 为结构几何特性；f 为材料强度设计值。
f a f a R k R k k R k //==γγ1) 由可变荷载效应控制的组合：Rk 2Qik Q ci Q1k Q1Gk o /)S S S (γγψγγγR n i i G ≤++∑=第二节钢结构的设计方法2）由永久荷载效应控制的组合：1()/no G Gk ci Qi Qik k Ri S S R γγψγγ=+≤∑当永久荷载的效应对结构不利时取γG =1.35 ；有利时一般取γG =1.0 ；第二节钢结构的设计方法（2）正常使用极限状态设计表达式[]ω≤Ψ++∑=ni QiK ci K Q GK S S S 21钢结构，一般只考虑标准组合：第二节钢结构的设计方法根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合。
S ≤C式中C ——结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值对于钢结构-混凝土组合结构，还需考虑准永久组合。
第二节钢结构的设计方法注意：1）计算构件强度、连接强度以及构件稳定性时，应采用荷载设计值（荷载标准值乘以荷载分项系数）；2）计算疲劳和变形时，应采用荷载标准值（不考虑荷载分项系数）；3）对于直接承受动力荷载的结构：在计算强度和稳定性时，动力荷载设计值应乘以动力系数，在计算疲劳和变形时，动力荷载设计值不乘以动力系数。
第二节钢结构的设计方法容许应力法有何缺点？1）“安全系数”含义不严谨任何结构无论设计怎样保守，都有失效概率；从结构安全度的角度出发，没有100％安全的结构，安全系数K＝1.7是什么含义？170％的安全度？第二节钢结构的设计方法2）无法区别荷载性质一般地讲，动载（可变荷载）比恒载（永久恒载）的变异性大，式中无法区别，即用该法设计钢结构，无论动载还是恒载，只要按荷载图式确定的内力相等，设计出的构件截面就相等3）不区别材料性能对同一种钢材，钢板越薄，型钢尺寸越小，钢材的力学性能就约好。
4）无法区别结构的重要性只要内力相等，无论结构重要性如何，该法给出同样的截面设计。
第二节钢结构的设计方法钢结构设计过程1、结构方案：结构体系，材料，构件布置；2、荷载计算：恒、活、风、雪、吊车、地震等；3、荷载组合：恒+活、恒+活+风、恒+活+地震等，地震和风作用的方向，吊车不同的位置4、内力分析：截面估算，结构力学，弹性分析，变形计算；5、构件设计：验算两种极限状态，优化设计；6、构造要求：考虑制作和安装问题，考虑不可计算问题7、施工详图：保证制作和安装需求。
（1）新材料：不锈钢，耐候钢，高强钢；50年代：A3钢（16q）：235Mpa；60年代：16Mn（16Mnq）：340Mpa；70年代：15MnV：390Mpa；15MnVNq：450Mpa；GB50017-2003:Q235,Q345,Q390,Q420美国1969年将屈服强度为700Mpa的结构钢列入规范前苏联1975年将屈服强度为750Mpa的结构钢列入规范耐侯钢、耐火钢等（2）规范(程)和设计理论的不断完善1) 结构设计1、钢结构设计规范（GB 50017-2003）；2、冷弯薄壁型钢结构术规范（GB 50018-2003）；3、网架结构设计与施工规程（JCJ7-91）；4、门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CSCS 102:2003）；5、型钢混凝土组合结构技术规程（JGJ 138-2001）；6、钢－混凝土组合结构设计规程（DL/T 5058-1999）；2) 施工验收1、钢结构质量验收规范（GB 50205-2001）；2、建筑钢结构焊接与验收规程（JGJ 81-91）；3、钢管混凝土结构设计施工规程（9082-97）索梁结构(Beam String Structure)悬支穹顶结构(Suspen Dome)钢结构深化设计又叫详图设计(detailing)、二次设计，是钢结构项目顺利加工制造和完成现场安装所必不可少的一个阶段。
作为指导钢结构构件制造和安装的技术文件，深化设计起着重要的作用。
布置图：用于指导现场安装零件图：为构件组装，零件提前加工第二节钢结构的设计方法思考题1）极限状态法中，荷载和抗力的分项系数是否均大于1.0，那些情况下小于1.0？2）两种结构设计方法采用的公式中，各项的含义有何不同，各怎样确定？3）结构和构件由于塑性变形而使几何形状发生显著改变，虽未到达最大承载能力，但已彻底不能使用，应属于那种极限状态？课前问题•目前，房屋钢结构和铁路桥梁，分别采用什么设计方法？•在分项系数法中，荷载标准值已经考虑了荷载的变异性，为什么还需要乘以分项系数？•正常使用极限状态包括哪几种组合？•钢材单向拉伸试验，应力-应变曲线可以分为哪几个阶段？。