第一章钢结构概述

G ＝1.2； Q ＝1.4
当永久荷载效应与可变荷载效应异号时，这时 永久荷载对设计有利(如屋盖当风的作用而掀 起时)，应取：
G ＝1.0； Q ＝1.4
3.2 设计表达式
承载能力极限状态荷载效应的基本组合按下列设计表 达式中最不利值确定：
可变荷载效应控制的组合：
0 GG K Q 1
按照我国钢材标准，强度为420的钢材可满足普通建筑用钢标准，而鸟巢 的用钢总量极大，重量也超出想象，因此，420强度的钢不能满足鸟巢的需 求，因此，必须采用超出我国现有标准的钢材。
§1.1 钢结构的定义和特点
一、钢结构的特点
1.轻质高强;
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；
本课程的基本要求
1.了解钢结构的应用和发展概况,掌握钢结构的特点；
2.了解“钢结构”的计算方法； 3.掌握钢结构用钢的主要性能及其主要影响因素，并 能正确地选择钢材； 4.了解杆件和板件稳定的基本理论，理解影响稳定性 的主要因素及提高稳定性的措施；
5. 掌握各种连接（焊接、螺栓连接）和各类构件(梁、 柱)的工作性能、破坏特征及其设计的基本方法。
不失效(Z≥0)。以p s 表示结构的可靠度，则上述 定义可表达为： ps p(Z0)
结构的失效概率以p f 表示，则 pf p(Z0)
由于事件(Z＜0)件(Z＞0)是对立的，所以结构可
靠度与结构的失效概率符合下式：ps pf 1
3.2 设计表达式
钢结构设计规范除疲劳计算外，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
二、钢结构的应用范围 1.大跨度结构
拱 结 构
网架结构
桥梁
天津体育场 西班牙迪加航空港
千 年 穹 顶
上海会展中心
2. 工业厂房
金陵石化总厂
单层厂房 多 层 工 业 厂 房
3. 承受动力荷载及 地震作用的结构
4.高层建筑与高耸结构
金
茂
大
厦
88
地
层
王
420 米
大 厦
东京千年塔
5.道路、桥梁结构
大纲要求
1. 掌握钢结构的特点和钢结构的应用范围； 2．了解钢结构按极限状态的设计方法； 3．了解钢结构在我国的发展趋势。
鸟巢所用钢材名为Q460EZ235，这种钢的强度是普通钢材的两倍，性能 达到最高级别，而这种钢材完全由我国自主创新研究出来。
Q460EZ235是顶级建筑用钢，“460”指的是钢材的强度，这表明这种 钢的强度是普通钢材的两倍，“E”指的是负40度的冲击韧性指标，这表明 此钢的韧性十足，而“Z235”则表明鸟巢钢材的性能是最高级的。
3.1 概率极限状态设计方法 结构的功能函数：
Z＝g(R，S)＝R-S R—结构构件的抗力 S —荷载效应
R 、S是随机变量，其函数Z也是一个随机变量。
在实际工程中，可能出现下列三种情况： Z＞0 结构处于可靠状态； Z＝0 结构达到临界状态，即极限状态； Z＜0 结构处于失效状态。
3.1 概率极限状态设计方法 结构的可靠度：结构在规定的时间内、规定的条 件下，完成预定功能的概率。 “完成预定功能”就是对于规定的某种功能结构
表达式进行计算。以简单的荷载情况为例，分项
系数设计式：
RK
R
GSGKQSQK
RK —抗力标准值(由材料强度标准值和截面公称 尺寸计算而得)；
SGK —按标准值计算的永久荷载(G)效应值； S QK —按标准值计算的可变荷载(Q)效应值； —分项系数。
3.2 设计表达式
《建筑结构可靠度设项系数：
6.水利、水工结构
海上石油平台
7. 轻型钢结构 (1).波纹拱壳结构
(2) 门式刚架结构
（3）多层轻型房屋建筑
8.可拆卸、移动房屋及 移动结构
活动车库
9.构筑物 10.建筑小品
三 钢结构的设计方法
结构必须满足的功能：
1）承受正常施工和正常使用时可能出现的各种 情况：荷载、温度变化、基础不均匀沉降、地 震作用等；
6.理解构件间的连接方法、力的传递方式和过程以及 构造原则； 7.熟悉与土木工程相关的钢结构设计规范。
教学参考书及规范:
1.钢结构 魏明钟 主编 武汉工业大学出版社 2.钢结构设计规范 （GB50017-2003) 3.钢结构工程施工质量验收规范 （GB50205-2001)
第一章 钢结构概论
学假定符合较好;
钢材屈服前看作弹性材料,屈服以后看作塑性或弹
塑性材料
4.制造简便，施工方便，具有良好的装配性;
国 钢结构住宅 家 大 剧 院 屋 架 安 装
5、密闭性好，不渗漏。 6、钢材耐腐蚀性差; 7、钢材耐热性好，耐火性差;
当结构表面长期受辐射热达150℃以上或在短时间内可 能受到火焰作用时，须采用隔热和防火措施。
n
Q 1K
QiciQi K f
i2
永久荷载效应控制的组合：
拱 结 构
澳大利亚啤酒中心
2.钢材的塑性好，韧度高； 塑性和韧度是概念上完全不同的两个物理量。
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；
韧度——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。
3.材质均匀、各向同性，接近理想的弹塑性体，与力
2）正常使用情况下结构具有良好的工作性能；
3）正常维护下结构具有足够的耐久性；
4）偶然事件发生时及发生后保持必需的整体稳 定性。
三 钢结构的设计方法
3.1 概率极限状态设计方法
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，此特定状态就 称为该功能的极限状态。
结构的极限状态可以分为下列两类：
承载能力极限状态 对应于结构或结构构件达到最大 承载能力或是出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、 强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系 或出现过度的塑性变形。
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，包括出现影响正常 使用或影响外观的变形，出现影响正常使用或耐久性 能的局部损坏以及影响正常使用的振动。