第一章概述州大学钢结构是由钢板、型钢、冷弯薄壁型钢等通过焊接或螺栓连接所组成的结构。

1. 轻质高强材料的比强度( ) 大。

混凝土：( 1.25～2.4 )×106钢：( 3.10～4.9 )×106γu f §1.1钢结构的特点州大学2. 塑性、韧性好※塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量。

z 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。

z 韧性——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。

州大学学3. 材质均匀，各向同性，性能稳定钢结构计算模型比较符合力学计算模型，计算结果与其实际情况较为相符，计算可靠，可以直接应用力学中给出的结论。

州大4. 可焊性，不易渗漏z 可焊性使连接简化，使结构应用范围增大，容易做成复杂形状。

z 不利之处：存在残余应力z不易渗漏，密封性好：各种压力容器州大学学5. 制造简便，施工质量好、周期短工业化程度高，质量容易监控和保证。

工期短，效益好。

州大6. 耐腐蚀性差钢结构的耐腐蚀性较差，需采用防腐措施。

钢结构设计规范（GB50017-2003）8.9.1条规定：“钢结构防锈和防腐蚀采用的涂料、钢材表面的除锈等级以及防腐蚀对钢结构的构造要求等，应符合现行国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046和《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB/T 8923的规定。

在设计文件中应注明所要求的钢材除锈等级和涂料（或镀层）及涂（镀）层厚度。

”福州大学7. 耐热但不耐火¾100℃以内强度无影响¾150℃以上必须进行遮挡处理¾600℃左右E →0 结构倒塌z 措施：防火涂料，防火漆，外包混凝土州大学钢结构设计规范（GB50017-2003）8.9.4条规定：“钢结构的防火应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GBJ16和《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045的要求，结构构件的防火保护层应根据建筑物的防火等级对各不同的构件所要求的耐火极限进行设计。

防火涂料的性能、涂层厚度及质量要求应符合现行国家标准《钢结构防火涂料》GB14907和《钢结构防火涂料应用技术规范》CECS24的规定。

”福州大学学8. 存在稳定问题——设计时考虑由于钢材强度大、构件截面小、厚度薄，因而在压力和弯矩等作用下会引起构件甚至整个结构的稳定问题，在设计时必须考虑。

州大z 大——跨度大人民大会堂，西安兵马俑展厅，展览馆，体育馆机场等。

如北京奥运会主会场——国家体育场（鸟巢），金门桥（Golden Gate Bridge ），广州国际会展中心，徐浦大桥，汕头海湾大桥等。

§1.2钢结构的合理应用范围州大学学z重——主要是重工业厂房，内有大吨位重级工作制吊车。

鞍钢、首钢、宝钢及一些电厂的主厂房等。

州大z 高——高层建筑，高耸塔桅结构深圳地王大厦（384m ，69层），上海金茂大厦（420.5m ，88层），香港中银大厦（369m ，70层），广州（上海，汕头）电视塔，北京气象塔（325米）等。

州大学学z动——受动力作用的厂房、机座、地震区内要求较高的建筑。

州大学z轻——荷载较小的轻型结构，其用钢量可能低于RC的用钢量。

如门式刚架、冷弯薄壁型钢结构（轻钢厂房和住宅）以及钢管结构等。

州大学z小——小型、可拆装结构，临时建筑等。

如塔吊，临时展棚等。

州大钢结构按其特点，应该在绝大多数建筑领域采用，但实际则不然。

¾1949 十几万吨¾19905000万吨¾1996 1亿吨¾2002 2亿吨¾2006 4.19亿吨¾2008 5.01亿吨¾2011 7亿吨“限制”“合理”“推动”州大学§1.3 钢结构的设计方法结构设计的目的是使所设计的结构满足各种预定功能的要求。

1.结构设计目的州大学1）安全性——结构应能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种荷载、外加变形等的作用，在偶然事件发生后，能保证整体稳定性，不致倒塌。

2）适用性——结构在正常使用荷载下，应具有良好的工作性能，满足正常的使用要求，例如不发生影响结构正常使用的过大变形等。

州大学3）耐久性——结构在正常维护下，随时间变化仍具有足够的耐久性能，如不发生严重的锈蚀而影响结构的使用寿命等。

以上三方面的功能要求可以概括为结构的可靠性。

可靠性——指结构在规定时间内、规定条件下完成预定功能的能力。

州大学2. 结构设计表达式作用——使结构产生内力、变形、应力、应变的所有原因。

分为直接作用和间接作用。

直接作用——施加在结构上的荷载。

间接作用——引起结构外加变形和约束变形的其它作用。

如地震、基础沉降、温度变化、焊接等。

※作用是随机变量。

福州大学※由于作用是随机变量，所以作用效应S 也是随机变量。

作用效应（S ）——结构上的作用引起的结构或其构件的内力和变形。

州大学结构抗力（R ）——结构或构件承受作用效应的能力（例如结构所具有的承载能力和刚度等）。

※由于结构抗力是材料性能、几何参数及计算模式的函数，都是不确定的，因此结构抗力R 也是随机变量。

福州大学结构设计时应使可能产生的作用效应S d 小于或等于结构能提供的抗力R d （下脚标d 表示设计时采用的设计值）。

用公式表示为：()d dS R ≤∗考虑到S 和R 都是随机变量，因此把S d 和R d 写成：上式中下标k 表示相应的标准值；各为大于1的系数，分别称为作用效应分项系数和结构抗力分项系数。

S R γγ、d k R R R γ=于是（*）式即写成：S k k R S R γγ≤d S k S S γ=（用分项系数表示的结构设计表达式）福州大学在如何具体应用下述的结构设计表达式，国内外目前主要有两大方法。

其一是定值法，以容许应力设计法为代表；另一是概率设计法，以极限状态设计法为代表。

S k k R S R γγ≤用分项系数表示的结构设计表达式：福州大学S k k R S R γγ≤用分项系数表示的结构设计表达式：3. 容许应力设计法把用分项系数表示的结构设计表达式改写成：kk k S R R R S K γγ≤=上式就是容许应力设计法的一个基本表达式。

并把式右边的分母K 视为定值，称之为安全系数。

福州大学在构件的强度计算和稳定验算中常写成应力的表达式：[]y f Kσσ≤=容许应力设计法基本表达式：k k R S K ≤[]y cr cr y f K f K σσσϕσ≤==稳定※需要注意的是：在容许应力设计法中，公式不等号左边的作用效应是由作用的标准值算得的，右边的抗力则是容许应力。

强度州大学容许应力设计法由于简单、且使用历史已逾百年，使用的经验证明其能为人们所接受，因此至今国外仍有许多国家采用它。

容许应力设计法的主要不足之处：（1）安全系数K 的取值主要是依靠经验和判断确定的，缺乏一定的科学依据。

（2）安全系数K 值相同的结构，其真实安全水平其实并不相同。

州大学4. 概率极限状态设计法4.1 结构的可靠性和可靠度可靠度——度量可靠性的指标。

在预定时间内、规定条件下完成预定功能的概率。

可靠性——指结构在规定时间内、规定条件下完成预定功能的能力。

州大学4.2 结构的极限状态作用效应S 和结构抗力R 之间的三种可能关系：（1）当S < R 时，结构处于可靠状态（2）当S > R 时，结构失效（不可靠）（3）当S = R 时，结构处于极限状态州大学我国《规范》规定，承重结构的设计应按照下列两类极限状态进行设计：（1）承载能力极限状态（第一极限状态）——结构或构件达到最大承载能力（如强度、稳定、疲劳）或达到不适于继续承载的变形时的极限状态（如塑性变形）。

（2）正常使用极限状态（第二极限状态）——结构或构件达到正常使用的某项规定的限值时的极限状态（如挠度等）。

州大学4.3 概率设计法概率设计法是一种要使所设计结构Z <0 的概率（出现破坏风险的概率）为最小（小到人们可以接受的程度）的设计方法。

记结构的功能函数为：则结构的极限状态方程为：(,)0Z g R S R S ==−=(,)Z g R S R S==−州大学f P ——失效概率（结构不能完成某预定功能的概率），记作：(0)f P P Z =<(0)f P P R S =−<或s P ——可靠概率（结构能完成某预定功能的概率），记作：(0)s P P Z =>(0)s P P R S =−>或1f s P P +=州大学z 概率设计法只要求所设计结构的安全度具有多少概率保证，即P s 应有多大，例如保证99.93%或其他值的安全度，而不讲有多少安全储备，这是与容许应力设计法在概念上的一个很大差别。

州大学假设作用效应S和结构抗力R 这两个随机变量彼此独立且服从正态分布，则功能函数Z=R-S也大学服从正态分布。

福州ZZμβσ=定义为可靠指标。

均值均方差(标准差)作用效应S 结构抗力R 功能函数Z =R -SRμSμSσRσ22Z RSσσσ=+SR Z μμμ−=州大学从图中可以看出，β与失效概率P f 之间存在着对应关系，当β增大，P f 则减小。

因此定义β为可靠指标。

福州大学可靠指标β与失效概率P f 之间存在如下的关系：0())(f ZZP μφσφβ=−−=标准正态分布函数β2.52.73.23.74.2P f5×10-33.5×10-3 6.9×10-4 1.1×10-4 1.3×10-5可靠指标β与失效概率P f 的对应关系表福州大学3.23.74.2脆性破坏2.73.23.7延性破坏三级二级一级安全等级破坏类型表结构构件承载能力极限状态的可靠指标我国《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068)规定，结构构件承载能力极限状态的可靠指标，不应小于下表的规定。

钢结构各种构件，按钢结构设计规范设计，经校准分析，其β值在3.2左右，钢结构一般情况下属延性破坏，故总体安全等级为二级。

州大学22=R S ZZ R Sμμμβσσσ−=+()2222222222=R S R SR SS RR S R S R S R S R R S S μμβσσσσσσββσσσσσσβασασ−+⎛⎞+⎜⎟==+⎜⎟+++⎝⎠=+2222RR RSSS R Sσασσσασσ=+=+由或,S RR S R Sσσδδμμ==变异系数：近似概率极限状态设计法的表达式=R R R S S Sμβασμβασ−+(1)=(1)R R R S S S μβαδμβαδ−+近似：（1）目前统计资料尚不够完备；（2）功能函数引入了线性化的近似假定。