钢结构的设计方法ppt课件

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1、本科教学本科教学第 3 章 钢构造的设计方法钢构造-原理与设计同济大学 建筑工程系 沈德洪 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢构造设计方法构造功能要求构造功能要求 在设计基准期普通在设计基准期普通5050年，也有年，也有100100和和2525年内，满足功能要求，即平安性年内，满足功能要求，即平安性,适用性，耐久性。适用性，耐久性。u平安性：满足特定的与建筑物功能相顺应平安性：满足特定的与建筑物功能相顺应的承载力极限形状的承载力极限形状u适用性：保证构造在日常运用中满足要求适用性：保证构造在日常运用中满足要求u耐久性：保证构造的承载力的继续时间与耐久

2、性：保证构造的承载力的继续时间与环境顺应度环境顺应度3.1 3.1 构造设计目的构造设计目的 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢构造设计方法 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢构造设计方法 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢构造设计方法 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢构造设计方法 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢构造设计方法 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢

3、结构的设计方法钢结构的设计方法钢构造设计方法 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法建筑物的基准期建筑物的基准期构造的设计基准期构造的设计基准期1.1.构造保证其设计可靠度目的的时间期限成为设计基准构造保证其设计可靠度目的的时间期限成为设计基准期，即在基准期内，构造的可靠度目的完全满足设计要期，即在基准期内，构造的可靠度目的完全满足设计要求；求；2.2.设计基准期是测算最大荷载重现期的根本期限；设计基准期是测算最大荷载重现期的根本期限；3.3.在超越设计基准期后，并非意味着构造的失效，而是在超越设计基准期后，并非意味着构造的失效，而是其可靠度有所降低，因此

4、基准期不能等同于建筑物的运其可靠度有所降低，因此基准期不能等同于建筑物的运用寿命；用寿命；4.4.我国对于多数建筑物的设计基准期均为我国对于多数建筑物的设计基准期均为5050年，特殊建年，特殊建筑物可以除外；筑物可以除外；同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢构造设计方法的变化钢构造设计方法的变化19571957年以前：采用总平安系数的允许应力计算法；年以前：采用总平安系数的允许应力计算法；1957195719741974：采用三个系数的极限形状计算法；：采用三个系数的极限形状计算法；1974197419891989：采用以构造极形状为根据，进展多系数分

5、：采用以构造极形状为根据，进展多系数分析，用单一的系数表示的允许应力计算法；析，用单一的系数表示的允许应力计算法；19891989 ：采用以概率论为根底的极限形状设计法。：采用以概率论为根底的极限形状设计法。2022-10-22 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法 7.14.1kkfy安全系数实际应力缺陷：平安系数凭工程阅历确定的一定值，这样，各种构件的可靠性将不能保证比较一致的程度。总平安系数允许应力法总平安系数允许应力法三系数极限形状设计法三系数极限形状设计法特点：明确提出了两种极限形状，采用三个系数来思索构造构件的平安贮藏问题，防止单一平安系数的

6、缺陷。123123iyik Nk k f skkkNs超载系数材料均匀系数工作条件系数荷载引起的内力构件的几何特性缺陷：材质均匀系数概念反复。强度规范不是明确概率取值，而是取钢的废品限值，不符合概率方法。2022-10-22 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法321kkkkkfsNyi缺陷：各种载荷并不一样，各种构件接受荷载的情 况也不一定一样，构件的几何尺寸变异并不完全一致，采用一致的平安系数显然不能够获得一样的平安度。以构造极限形状为根据，多系数分析后用单一平安系数的以构造极限形状为根据，多系数分析后用单一平安系数的允许应力计算法允许应力计算法以概

7、率为根底的极限形状设计法以概率为根底的极限形状设计法 把各种参数载荷效应、构造抗力等作随机变量，运用概率分析法并思索变异性来确定设计采用值。把概率分析引入构造设计方法，显然比允许应力法先进，标志我国在设计实际上前进了一大步，迈入了国际先进程度。2022-10-22 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法1.4.2 1.4.2 构造概率极限形状设计法构造概率极限形状设计法1.根本概念根本概念构造可靠度：构造在规定的时间构造可靠度：构造在规定的时间50年，规定的年，规定的条件正常设计、正常施工、正常运用、正常维护条件正常设计、正常施工、正常运用、正常维护下，完

8、成预定功能的概率。下，完成预定功能的概率。失效概率：构造不能完成预定功能的概率。失效概率：构造不能完成预定功能的概率。构造的功能要求：平安性，适用性，耐久性。构造的功能要求：平安性，适用性，耐久性。构造作用：施加在构造上的各种荷载及引起外加变形构造作用：施加在构造上的各种荷载及引起外加变形或约束变形的缘由如荷载、地震、根底下沉、温度或约束变形的缘由如荷载、地震、根底下沉、温度变化、焊接等变化、焊接等作用：永久作用，可变作用，偶尔作用作用：永久作用，可变作用，偶尔作用作用效应作用效应S:构造作用引起构造或构件的内力轴、构造作用引起构造或构件的内力轴、弯、剪和变形挠度、转角。弯、剪和变形挠度、转角

9、。构造抗力构造抗力R：构造或构件接受作用效应的才干。：构造或构件接受作用效应的才干。2022-10-22 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法1 1承载才干极限形状承载才干极限形状 构造或构件到达最大承载才干或出现不适于继续承载的变形，构造或构件到达最大承载才干或出现不适于继续承载的变形，包括以下几个方面：包括以下几个方面：2.2.构造的极限形状构造的极限形状整个构造或构造的一部分作为刚体失去平衡如倾覆等；整个构造或构造的一部分作为刚体失去平衡如倾覆等；构造构件或衔接因超越资料强度而破坏；构造构件或衔接因超越资料强度而破坏；构造构件或衔接在循环荷载作用下

10、发生的疲劳破坏；构造构件或衔接在循环荷载作用下发生的疲劳破坏；构造构件或构造转变为机动体系；构造构件或构造转变为机动体系；构造或构件丧失稳定如压屈等。构造或构件丧失稳定如压屈等。整个构造或构造的一部分超越某一特定形状就不能满足设计规定的某一功能要求，这一特定形状称为构造的极限形状。2022-10-22 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法2 2正常运用极限形状正常运用极限形状 构造或构件到达正常运用或耐久性能的某项规定值：构造或构件到达正常运用或耐久性能的某项规定值：影响正常运用或外观的变形；影响正常运用或外观的变形；影响正常运用或耐久性能的部分损坏包括

11、裂痕；影响正常运用或耐久性能的部分损坏包括裂痕；影响正常运用的振动；影响正常运用的振动；影响正常运用的其它特定形状。影响正常运用的其它特定形状。承载力极限形状与正常运用极限形状相比，前者能够导致人身承载力极限形状与正常运用极限形状相比，前者能够导致人身伤亡和大量的财富损失，而后者对生命的危害那么较小，主要是引伤亡和大量的财富损失，而后者对生命的危害那么较小，主要是引起人们的不适，所以也应该给予足够的注重。起人们的不适，所以也应该给予足够的注重。2022-10-22 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法3.3.概率极限形状设计原理概率极限形状设计原理 设计

12、根本原那么：技术先进、经济合理、平清闲用、确保质设计根本原那么：技术先进、经济合理、平清闲用、确保质量。量。将各要素概括为两个综合随机变量将各要素概括为两个综合随机变量构造的抗力构造的抗力R、作用效、作用效应应S。0，构造处于可靠形状，构造处于可靠形状 功能函数功能函数 Z=R-S =0，构造处于极限形状，构造处于极限形状 0，构造处于失效形状，构造处于失效形状失效概率失效概率 0fzpP1.3.3Z=R-S 称为极限形状方程。这样，构造可靠概率为 Ps=p(R-S)0且可靠度且可靠度 Ps=1-Pf绝对可靠的构造是不存在的，只需绝对可靠的构造是不存在的，只需PfPf到达人们可以接受的程度是平

13、安的。到达人们可以接受的程度是平安的。2022-10-22 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法22ZRSZRSZRS由概率论知识有也服从正态分布且可靠目的可靠目的的引入的引入构造功能函数构造功能函数 Z=R-S Z=R-S 由于由于S S和和R R均为正态分布的随机变量，其均值和规范差分别为均为正态分布的随机变量，其均值和规范差分别为s s、s s和和 R R、R R。1.3.7zz设：zz1.3.6 1 1 z1z1 2 2 z2z2可靠可靠失效失效 z1z1Z1 z2z2Z2f(z)Z=R-SoPf2Pf1 Z功能函数Z的概率密度曲线2022-10

14、-22 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法2.52.73.23.74.2Pf510-33.510-36.910-41.110-41.310-5表表1.3.1 1.3.1 失效概率和可靠目的的对应关系失效概率和可靠目的的对应关系 值越大，值越大，Pf 就越小。就越小。可以作为衡量构造可靠度的一个数可以作为衡量构造可靠度的一个数量指量指 标。标。可靠度目的可靠度目的表表1.3.2 1.3.2 构造构建承载力极限形状的可靠目的构造构建承载力极限形状的可靠目的破坏类型平安等级一级二级三级延性破坏3.73.73.23.22.72.7脆性破坏4.24.23.73.

15、73.23.2 建筑构造平安等级：一级；设计基准期：50年；设计运用年限：100年；抗震设防分类：乙类；抗震设防烈度：8度；场地类别：类；设计地震分组：第一组。鸟巢构造设计特性鸟巢构造设计特性2022-10-22 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法222222RSSRRSR22RSSRRS2222RSRSSSSRRRRSZZRS 令将 改写为 假设规定了假设规定了，并有，并有R、S、R、S，就可利，就可利用上式进展设计或验算。用上式进展设计或验算。一次二阶矩的近似概率方法一次二阶矩的近似概率方法构造作用效应构造作用效应构造抗力构造抗力2022-10-2

16、2 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法 GB50068-2001规定规定构造构件的极限形状设计表达式，应根据各种极限形状的构造构件的极限形状设计表达式，应根据各种极限形状的设计要求，采用有关的荷载代表值、资料性能规范值、几设计要求，采用有关的荷载代表值、资料性能规范值、几何参数规范值以及各种分项系数等表达。何参数规范值以及各种分项系数等表达。为了便于运用并符合人们长期以来的习惯，规范并不为了便于运用并符合人们长期以来的习惯，规范并不直接运用直接运用进展设计，而利用式进展设计，而利用式:来完成。来完成。就设计而言，问题被转化为计算效应就设计而言，问题被转

17、化为计算效应S S和抗力和抗力R R。RS 4.4.钢构造设计表达式钢构造设计表达式2022-10-22 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法钢构造设计原理钢构造设计原理 Design Principles of Steel Struc Design Principles of Steel Structureture 在荷载效应的根本组合条件下，式在荷载效应的根本组合条件下，式1.3.111.3.11可转化可转化为等效的以根本变量规范值、分项系数和组合系数，并以应为等效的以根本变量规范值、分项系数和组合系数，并以应力方式表达的极限形状公式。力方式表达的极

18、限形状公式。1012()1.3.12nGkQ kQikGQcidiQif（）1()(1.3.13)nGkQikoGQicidif 可变荷载起控制造用时：可变荷载起控制造用时：永久荷载起控制造用时：永久荷载起控制造用时：1 1承载才干极限形状分项系数表达式承载才干极限形状分项系数表达式 对于普通排架和框架构对于普通排架和框架构造：造：01()nGGkQiQikif 1.3.142022-10-22 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法2 2可变荷载的分项系数可变荷载的分项系数 gQgQ -普通情况下应取普通情况下应取1.41.4；-对规范值大于对规范值大于

19、4kN/m24kN/m2的工业房屋楼面构造的的工业房屋楼面构造的 活荷载规范值应取活荷载规范值应取1.31.3。1 1永久荷载分项系数永久荷载分项系数 gGgG当其效应对构造不利时当其效应对构造不利时 -对可变荷载效应控制的组合，应取对可变荷载效应控制的组合，应取1.2;1.2;-对永久荷载效应控制的组合，应取对永久荷载效应控制的组合，应取1.35;1.35;当其效应对构造有利时当其效应对构造有利时 -普通情况下应取普通情况下应取1.01.0；-对构造的倾覆、滑移或漂浮验算，应取对构造的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.90.9。2022-10-22 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢

20、结构的设计方法钢结构的设计方法fd 或或f钢材或衔接资料强度设计值。钢材或衔接资料强度设计值。ydRfffk钢材或衔接资料强度规范值。钢材或衔接资料强度规范值。R钢材或衔接资料抗力分项系数，对于钢材或衔接资料抗力分项系数，对于Q235钢钢 R=1.087；Q345、Q390、Q420钢钢 R=1.111。钢构造规范给出了各类钢材和衔接的强度设计值。钢构造规范给出了各类钢材和衔接的强度设计值。P3813页，附录页，附录12022-10-22 同济大学 建筑工程系 沈德洪第第3 3章章 钢结构的设计方法钢结构的设计方法 对于正常运用极限形状，要求分别采用荷载的规范组合、频对于正常运用极限形状，要求

21、分别采用荷载的规范组合、频遇组合和准永久组合进展设计，并使变形等设计值不超越相应的遇组合和准永久组合进展设计，并使变形等设计值不超越相应的规定限值。对于钢构造只思索荷载的规范组合。规定限值。对于钢构造只思索荷载的规范组合。Gk-Gk-永久荷载规范值在构造或构件中产生的变形值；永久荷载规范值在构造或构件中产生的变形值；Q1kQ1k起控制造用的第起控制造用的第1 1个可变荷载的规范值在构造或构造构件中产生个可变荷载的规范值在构造或构造构件中产生的变形值该值使计算结果为最大；的变形值该值使计算结果为最大；12nGkQ kciQiKi(1.3.15)2 2正常运用极限形状正常运用极限形状 Qik-其他第其他第i个可变荷载规范值在构造或构件中产生的变形个可变荷载规范值在构造或构件中产生的变形值。值。-构造或构造构件的允许变形值。构造或构造构件的允许变形值。(P384-5页，附录页，附录2)2022-10-22本科教学本科教学