文档介绍：山东建筑大学教案用纸
1 绪论
本章主要内容:了解钢结构的特点、应用范围和钢结构的发展;掌握钢结构的设计方法。
本章重点:(1)钢结构的特点。(2)钢结构设计方法
本章难点: 钢结构设计方法
钢结构的特点
1、建筑钢材强度高,塑性韧性好
强度高——与其他建材相比其强度高的多,适用于建造大跨度结构,高层建筑结构以及重型结构。
塑性好——钢结构一般不会因偶然超载或局部超载而突然断裂破坏。
韧性好——适宜在动力荷载作用下工作,在地震区采用钢结构较为有利。
2、钢结构的重量轻
钢材kN/m3,但由于其强度高,国所需的构件截面小。
屋架G钢=(1/3~1/4)G钢砼。
3、材质均匀和力学计算的假定比较符合
内部组织比较均匀,接近各向同性题,为理想弹塑性体,在一般情况下处于弹性阶段工作,采用力学方法计算,其结果符合实际受力情况。
4、钢结构工业化程度高
钢结构中各种构件均在金属结构厂中生产,成品精度高,在现场拼接简单,施工期短。
5、钢结构密闭性较好
钢结构的钢材和连接的水密性和气密性较好,适宜做要求密闭的结构。
6、钢结构耐腐蚀性差
在湿度大或有腐蚀性介质的环境中容易锈蚀,使结构受损,因此须采取防护措施,如除锈、刷油漆或涂料(锌、铝)。维护费用高。
7、钢材耐热但不耐火
教法提示
《设计规范》的设计原则是根据《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)制定的,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法(简称概率极限状态设计法),用分项系数的设计表达式进行计算。
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钢材在常温2000C以内性能变化不大,当温度大于2000C,、降低,当温度大于6000C,(火灾)结构可能瞬间崩溃。
8、钢结构在低温和其他条件下,可能发生脆性断裂
钢结构的设计方法
概述
结构计算的目的在于保证所设计的结构和结构构件在施工和工作过程中能满足预期的安全性和使用性要求。因此,结构设计准则应当这样来陈述: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的抗力或规定限值。假如影响结构功能的各种因素,如荷载大小、材料强度的高低、截面尺寸、计算模式、施工质量等等都是确定性的,则按上述准则进行结构计算,应该说是非常容易的。但是,不幸的是上述影响结构功能的诸因素都具有不定性,是随机变量(或随机过程),因此,荷载效应可能大于设计抗力,结构不可能百分之百的可靠,而只能对其作出一定的概率保证。在设计中如何对待上述问题就出现了不同的设计方法。
1、容许应力法
如果将影响结构设计的诸因素取为定值,而用一个凭经验判定的安全系数来考虑设计诸因素变异的影响,衡量结构的安全度。这种方法称为定值法,它包括容许应力法和最大荷载法。
容许应力法设计式:
()
式中——由标准荷载(荷载规范所规定的荷载值)与构件截面公称尺寸(设计尺寸)
所计算的应力;
——容许应力,=fk/K;
fk ——材料的标准强度,对于钢材为屈服点;
K——大于1的安全系数,用以考虑各种不定性,凭工程经验取值。
容许应力法计算简单,但不能从定量上度量结构的可靠度,更不能使各类结构的安全度达到同一水准。一些设计人员往往从定值概念出发,将结构的安全度与安全系数等同起来。常常误认为采用了某一给定的安全系数,结构就能百分之百的可靠;或认为安全系数大结构安全度就高,没有与抗力及作用力的变异性联系起来。例如砖石结构的安全系数最大,但不能说明砖石结构比其他结构更安全。所以定值法对结构可靠度的研究是处于以经验为基础的定性分析阶段。
教法提示
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2、半概率法
随着工程技术的发展,建筑结构的设计方法也开始由长期采用的定值法转向概率设计法。在概率设计法的研究进程中,首先考虑荷载和材料强度的不定性,用概率方
法确定它们的取值。根据经验确定分项安全系数,仍然没有将结构可靠度与概率联系起来,故称为半概率法。钢结构1957年采用前苏联的钢结构设计规范()和我国1974年修订的钢结构设计规范()设计方法都是半概率法。
材料强度和荷载的概率取值用下列公式计算:
()
()
式中、——材料强度和荷载的标准值;
、——材料强度和荷载的平均值;
、——材料强度和荷载的标准差;
、——材料强度和荷载取值的保证系数。当保证率为95%时,;
%时,;%时,。
半概率法的设计表达式仍可采用容许应力法的设计式,我国钢结构设计规范()的设计式就是这样决定的;但安全系数是多系数分析决定的,如下式所示:
()
式中——钢材屈服点的标准值;
——荷载系数;
——材料系