第三章钢结构的设计方法
第三章 钢结构的设计方法
第2页 §3.概述 钢结构设计方法变迁 ■1957年以前：采用总安全系数的容许应力计 算法 1957~1974:采用三个系数的极限状态计算 法 ●1974~1988：采用以结构极状态为依据，进 行多系数分析，用单一的系数表示的容许应力 计算法 ·88~至今：采用以概率论为基础的极限状态设 计法
第2页 §3.1 概 述 钢结构设计方法变迁—— 1957年以前 ：采用总安全系数的容许应力计 算法 1957~1974：采用三个系数的极限状态计算 法 1974~1988：采用以结构极状态为依据，进 行多系数分析，用单一的系数表示的容许应力 计算法 88~至今：采用以概率论为基础的极限状态设 计法
第3页 §3.概述 1.结构—由不同受力构件组成的能够承受各种外部 作用的骨架。 2.结构设计（计算）目的一保证结构的构件以及连接 在使用荷载作用下满足安全适用、经济合理、技术先进 的要求，使结构建成后能够满足各项预定功能的要求。 (即必须足够可靠、经济合理)
第3页 1.结构——由不同受力构件组成的能够承受各种外部 作用的骨架。 2.结构设计（计算）目的——保证结构的构件以及连接 在使用荷载作用下满足安全适用、经济合理、技术先进 的要求，使结构建成后能够满足各项预定功能的要求。 （即必须足够可靠、经济合理）。 §3.1 概 述
第4页 §3.概述 3.结构在规定的设计使用年限内应满足的功能有： (1)在正常施工和正常使用时，能承受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) 在正常维护下具有足够的耐久性； (4)在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需 的整体稳定性。 结构的功能要求—安全性 适用性 耐久性
第4页 3.结构在规定的设计使用年限内应满足的功能有： (1) 在正常施工和正常使用时，能承受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) 在正常维护下具有足够的耐久性； (4) 在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需 的整体稳定性。 结构的功能要求——安全性 适用性 耐久性 §3.1 概 述
第5页 §3.概述 4.结构可靠性：结构的安全性、适用性、耐久性的总称。 5.结构可靠度：结构在规定的时间（50年)，规定的条件 (正常设计、正常施工、正常使用、正常维护)下，完成 预定功能的概率
第5页 4.结构可靠性：结构的安全性、适用性、耐久性的总称。 5.结构可靠度：结构在规定的时间（50年），规定的条件 （正常设计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成 预定功能的概率。 §3.1 概 述
第6页 §3.2概率极限状态设计法 概率极限状态设计法概要 除疲劳计算外，钢结构设计规范采用 以概率理论为基础的极限状态设计方 法，用分项系数的设计表达式进行计 算，简称为概率极限状态设计法
第6页 概率极限状态设计法概要—— 除疲劳计算外，钢结构设计规范采用 以概率理论为基础的极限状态设计方 法，用分项系数的设计表达式进行计 算，简称为概率极限状态设计法． §3.2 概率极限状态设计法
第7页 §3.2概率极限状态设计法 1.结构的极限状态： 定义一一当整个结构或结构的一部分超过某一特定 状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特 定状态为该功能的极限状态。 承载能力极限状态一对应于结构或构件达到最大承 载能力或出现不适于继续承载的变形； 正常使用极限状态一对应于结构或结构构件达到正 常使用或耐久性能的某项规定限值；
第7页 1.结构的极限状态： 定义——当整个结构或结构的一部分超过某一特定 状态就不能满足设计规定的某一功能要求时，此特 定状态为该功能的极限状态。 承载能力极限状态 —对应于结构或构件达到最大承 载能力或出现不适于继续承载的变形； 正常使用极限状态 —对应于结构或结构构件达到正 常使用或耐久性能的某项规定限值； §3.2 概率极限状态设计法
第8页 §3.2概率极限状态设计法 2.失效概率与可靠指标 结构的工作性能可用结构的功能函数Z来描述，设 计结构时可取荷载效应S和结构抗力R两个基本随机变 量来表达结构的功能函数，即 Z=g (R,S)=R-S 显然，Z是随机变量，有以下三种情况： Z>0结构处于可靠状态； Z=0结构达到极限状态； Z<0结构处于失效状态
第8页 2.失效概率与可靠指标 结构的工作性能可用结构的功能函数Z来描述，设 计结构时可取 荷载效应S和结构抗力R两个基本随机变 量来表达结构的功能函数，即 Z=g（R，S）＝R－S 显然，Z是随机变量，有以下三种情况： Z＞0 结构处于可靠状态； Z＝0 结构达到极限状态； Z＜0 结构处于失效状态。 §3.2 概率极限状态设计法
第9页 §3.2概率极限状态设计法 作用效应(S):结构作用引起结构或构件的内力（轴、 弯、剪)和变形（挠度、转角）。 结构作用：施加在结构上的各种荷载及引起外加变形 或约束变形的原因（如荷载、基础下沉、温度变化、 焊接等)。 作用： 永久作用 可变作用 。偶然作用 结构抗力(R):结构或构件承受作用效应的能力
第9页 作用效应（S）:结构作用引起结构或构件的内力（轴、 弯、剪）和变形（挠度、转角）。 结构作用：施加在结构上的各种荷载及引起外加变形 或约束变形的原因（如荷载、基础下沉、温度变化、 焊接等）。 作用： 永久作用 可变作用 偶然作用 结构抗力（R）：结构或构件承受作用效应的能力。 §3.2 概率极限状态设计法
第10页 §3.2概率极限状态设计法 当Z≥0时，我们说结构是可靠的，以可靠度来衡量。 失效概率：结构不能完成预定功能的概率。 “完成预定功能”指对某项规定功能而言结构不失效。 若以P表示结构的可靠度，则有P=P（Z≥0) 记P为结构的失效概率，则有P=P(Z<0) 显然：P,=1一Pr 可靠的结构设计指的是使失效概率小到可以接受程度 的设计，绝对可靠的结构（失效概率等于零）是不存在的：
第10页 当Z≥0时，我们说结构是可靠的，以可靠度来衡量。 失效概率：结构不能完成预定功能的概率。 “完成预定功能”指对某项规定功能而言结构不失效。 若以Ps表示结构的可靠度，则有Ps=P（Z≥0） 记Pf为结构的失效概率，则有Pf=P（Z<0） 显然：Ps = 1－Pf 可靠的结构设计指的是使失效概率小到可以接受程度 的设计，绝对可靠的结构（失效概率等于零）是不存在的! §3.2 概率极限状态设计法