f (Z)dZ
(1 9)
24
(5) 可靠指标 因Z的分布很难得到，因此式（1-9）实际上很难求出， 这使概率设计法一直不能付诸实用。 20世纪60年代末期，美国学者康奈尔提出系统的一次 二阶矩设计方法，才使得概率设计法进入实用阶段。 一次二阶矩法不直接计算Pf ，通过可靠指标β度量。
25
可靠指标 Z R S
进行防锈涂装，在涂装前需认真除锈，以后定期涂装， 所以维修费用较高，这是钢结构的主要缺点。
10
1.1.2 钢结构的特点
9、低温冷脆倾向 10、容易发生噪声
在动荷载作用下，钢结构容易因震动而产生噪声， 在对环境有要求的场所需采用必要的消声措施。
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第1.2节 钢结构的设计方法
本节目录
1. 概述 2. 概率极限状态设计法 3. 规范设计表达式
基本要求
1.了解钢结构的设计准则和设计方法 2.掌握现行规范设计方法和设计表达式
12
1.2.1 概述
1、设计目的 结构设计的目的是要使设计的结构和结构构件在施工
和工作过程中均能满足各种预定功能的要求。 建筑结构功能包括： （1）安全性 （2）适用性 （3）耐久性
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2、设计准则 结构由各种荷载所产生的效应(内力和变形)不大于结
构(包括连接)由材料性能和几何因素等所决定计方法 （1）容许应力方法
fk [ ]
(1-1)
k
式中 σ ——由标准荷载与构件截面公称尺寸所 计算的应力；
fk——构件截面几何特征； K——大于1的安全系数； [σ]——钢材的容许应力。
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3、设计方法 （2）概率极限状态设计方法 根据应用概率分析程度的不同，可分为三种水准：
1
本章目录
1.1 钢结构的特点 1.2 钢结构的设计方法 1.3 钢结构的设计规范 1.4 钢结构的应用和发展 1.5 本课程的主要内容和特点
基本要求
1.了解钢结构的特点 和应用。 2.掌握钢结构的设计 方法和设计要求。 3.了解钢结构的发展 概况。
2
第1.1节 钢结构的特点
本节目录
1. 钢结构的定义 2. 钢结构的特点
1、强度高，结构重量轻 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
5
1.1.2 钢结构的特点
2、材质均匀，塑性和韧性好 主要表现在：
（1）钢材在使用阶段接近理想弹塑性体，这使得理 论计算与实际情况相吻合。
20
为简化，将各因素概括为两个综合随机变量—结构 抗力R和作用效应S，则式（1-3）可写成：
Z＝g（R，S）＝R－S
（1-4）
在实际工程结构中，可能出现下列三种情况：
Z＞0 Z＝0 Z＜0
表示结构处于可靠状态 表示结构处于极限状态 表示结构处于失效状态
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判断结构是否可靠，要看结构是否达到极限状态， 为此，通常将下式：
半概率极限状态设计方法; 近似概率极限状态设计方法; 全概率设计方法。
16
1.2.2 概率极限状态设计方法
1、半经验半概率极限状态设计法
f yk f yk ＝ [ ]
K1K2K3 K
式中 K1 ——荷载系数； K2 ——材料系数; K3 ——调整系数； fyk ——钢材的屈服强度标准值； [σ] ——钢材容许应力。
（1-7）
由于事件｛Z≥0｝与事件{Z＜0｝是对立事件，所以结
构的可靠度与结构的失效概率满足:
Ps＋Pf＝1 或 Ps＝1- Pf
（1-8）
23
已知Z的概率密度曲线 fz(z) 如图1.2.1，则失效概率可
用积分求得：
fz(z)
Z
Pf
μz
Z=R-S
图1.2.1 Z的概率密度曲线
0
Pf
P(Z 0)
（2）钢材具有良好的塑性和韧性，不会因偶然的超 载而破坏，对动力荷载适应性强。钢结构的抗震性能优 于其它结构。
6
1.1.2 钢结构的特点
3、便于工业化生产，施工周期短 钢结构构件一般可以在专业化工厂由专门机具加工，
生产效率高，且不受气候影响。
7
1.1.2 钢结构的特点
4、密闭性好，不渗漏 钢材本身组织致密，因而具有良好的气密性和水
Z＝g（R，S）＝R－S=0
(1-5)
称为极限状态方程。
(4) 结构可靠度和失效概率
可靠度是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。
22
结构能完成预定功能的概率(可靠度)用Ps表示，则：
Ps＝P{Z≥0}
（1-6）
结构不能完成预定功能的概率(失效概率)用Pf表示，则：
Pf＝P{Z<0｝
密性。 5、良好的加工性能和焊接性能 6、可重复使用性
8
1.1.2 钢结构的特点
7、耐热性较好，耐火性差 钢材在表面温度不超过200℃时,其性能变化很小,因
而适合于热车间。温度超过200℃以后，强度和弹性模 量显著下降。达600 ℃时,钢材进入塑性状态已不能承载。
9
1.1.2 钢结构的特点
8、耐腐蚀性差 新建钢结构，一般都需要采用油漆、喷铝、镀锌等
基本要求
了解钢结构的定义和特点
3
1.1.1 钢结构的定义
定义：由钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢等钢 材为主建造的工程结构，称为钢结构。如高层建筑、大 跨桥梁、高耸的塔等。
钢结构是土木工程的主要结构形式之一。钢结构与 混凝土结构、砌体结构等都属于按材料划分的工程结构 的不同分支。
4
1.1.2 钢结构的特点
(1-2)
17
2、近似概率极限状态设计法 现行钢结构设计规范（GB50017－2003）采用该法。 (1)极限状态的概念
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 特定状态称为该功能的极限状态。
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(2) 极限状态分为两类
a.承载能力极限状态:
包括：强度破坏、疲劳破坏、不适于继续承载的 变形、失稳、倾覆、变为机动体系等状态。
b.正常使用极限状态:
包括：影响正常使用或外观的变形、影响正常 使用的振动、影响正常使用的或耐久性的局部破 坏等状态。
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(3) 功能函数和极限状态方程 结构的工作性能可用结构的“功能函数”来描述，一 般情况：
Z＝g（x1，x2，…，xn）
（1-3）
式中 g（·） ——结构的功能函数；
xi(i＝1,2,…n) ——影响结构可靠性的各物理量。