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钢结构设计规范理解与应用（老版2004）.pdf简介：

《钢结构设计规范理解与应用（老版2004）》是一本专业书籍，主要针对钢结构设计领域的专业人士。该书详细解读了中国2004年版的钢结构设计规范，这是我国钢结构设计的重要参考标准，涵盖了钢结构的设计原则、计算方法、构造要求、材料选择、施工工艺等方面的知识。

该书不仅解释了规范的条文和规定，还提供了实际设计案例和计算方法，帮助读者理解和掌握如何在实际工程中应用这些规范，以确保钢结构设计的安全、可靠和经济。对于从事钢结构设计、施工、监理或教学的人员来说，这是一本非常实用的工具书。

由于是老版，可能部分内容已有所更新，但依然具有一定的参考价值，可以帮助读者了解和熟悉早期的设计理念和标准。对于新版规范，可能需要另外查找或参考最新的版本。

钢结构设计规范理解与应用（老版2004）.pdf部分内容预览：

《建筑结构可靠度设计统标准》（GB50068一2001）（以下简称统一标准）规定，各种 建筑结构应采用“以概率理论为基础的极限状态设计法”。极限状态的定义为：结构或结 构的一部分超过某一特定状态就不能满足某一规定功能的要求，此特定状态称为该功能的 极限状态。各种承重结构均应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。 承载能力极限状态为结构或构件达到最大承载能力达到不适于继续承载的变形的极 限状态。 正常使用极限状态为结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值的极限状 您，在钢绪构构件中包括变形和振动等。 如何理解这些极限状态呢？现举例说明。图3.1（α）为一桁架结构中的拉杆，截面 无孔礼部弱，设计时应进行下列方面的计算：

（1）按承裁能力极限状态，需要进行拉杆的强度计算和端部连接焊缝计算。 强度计算是以毛截面届服作为极限状态，即使：

的变形“的极限状态。 至」端部连接焊缝的计算，是以焊缝破环作为极限状态的，就应属于达到“最大承载 能力”的极限状态 （2）验算拉杆的长细比，使长细比不超过容许长细比，应属于“正常使用极限状态”。 因拉杆长细比过大时，可能会因自重而明显下垂JC∕T 1061-2007 铝箔面硬质聚氯酯泡沫夹芯板，也可能会在动力影响下发生较大振动， 这些都会影响它的正常使用，

二、概率设计法和非概率设计法

在结构设计中，影响结构工作性能有若干基本变，它们包括： （1）引起结构作用效应S（轴向力、弯矩、剪力等）的各种作用，如恒荷载、活荷 裁、地展、温度变化等。 （2）构成结构抗力R的各种因索，如材料性能（强度、弹性模量等）、几何特征（尺 寸、截面面积、截面模量、惯性矩等）等。 这些基本交量都是非确定的量，叫做随机变量。若结构设计时需要考虑影响结构可靠 生的上述随机变量有n个，即X、X、X."...X.、则这n个随机变量通常可建立函数关 。

2 = g(X.X,,X,..."X. )

此函数称为结构的坊能函数 为了简化起见，也可采用作用效应S和结构抗力R作为两个综合的基本变量来表达 结构功能函数，则功能函数

结构的极限状态就是结构由可靠转变为失效的临界状态，所以结构的极限状态方程 为：

结构的可靠度为结构可靠性（包括安全性、适用性和耐久性）的概率度量。若以P。 表示结构的可靠度，则

根据概率法的观点、结构设计总是存在一定的风险，不能保证绝对安全。但是，如

在概率观点引用到结构设计以前，人们的思路是这样的：经过长期的设计实践，从中 分别得到荷载的标准值和结构抗力的标准值。标准值的含义为：在正常的情况下，荷载标 推值是荷载的最大值；抗力标准值是抗力的最小值。但是在非正常情况下，可能荷载超过 其标准值，抗力也可能小于其标准值。因此，在设计时应将荷载标准值产生的效应S乘 以大于1的系数，抗力标准值也乘以小于1的系数。写成设计式则为：

将上式变换一下，得：

StsR STAK R

武中k=I中，称为安全系数。 在19世纪50年代以前的结构设计中，将安全系数取为由实践经验确定的定值，故称 此种设计方法为定值法。 根据采用的设计表达式，定值法可分为容许应力法和殿大荷载法两种。 （1）容许应力法是将公式（3.8）两侧各除以构件裁面的儿何特性，可得

或中一荷载标谁值作用下构件的应力； [。］—容许应力，等于材料强度标准值除以安全系数K。 （2）最大荷载法是将公式（3.8）变为下列形式：

式中抗力标准值R，有时称为破坏抗力或构件的极限强度。 定值法虽然简便，但最大缺点为安全系数K笼统取为定值。安全系数包括荷载效应 的变异和结构抗力的变异，这些变异在实际上并不具有比例关系，取为定值势必带来各种 情况实际隐含的可靠度不一致。

由于定值法有缺点，因此大们在19世纪50年代开始认为还是直接来用公式（3.7 算更为合理，即：

般人下荷载效应的平均值。，而R，则小于结构抗力的平均值·内此令

(3.11) (3.12)

武中u，和红分别为荷载效应和结构抗力的平均值；，和α分别为荷载效应和结构抗力 的标准差（或称均方差）。当S和R为有限离散型分布时

图3.2S和R的概率取值

特点之二为：公式（3.7）的和称为分项安全系数，进一步将丫和进行分解 例如取

，考荷载大于标准值的可能性。丫，考虑荷载效应计算误差：Y，考虑多个荷载都！ 准值出现的组含的降低概率，因此它是一个组合系数，不是安全系数，，考患构 强度小于其标准值的可能性，，考虑构件截面的误差：中，考虑构件材料强度与试1 27

YeSck + yEYo.Sun ≤ mkR

K,S≤K,K, R R R R

K=K，·K，·K，为安全系数，它由三部分组成：K，是加校平均荷载系数，根据对钢屋 架、钢吊车案等的荷载统计分析，平均荷载系数在1.145~1.305之间，为简化起见，采 用K，=1.23；K，是材料系数，考虑材料强度和面尺寸的变异，对3号钢取Kz=1.143 16Mn钢取K，=1.175；K，是调整系数，考虑结构受力情况及工作条件等，主要由实践经 验确定。 当K，=1.0时的安全系数称为基本安全系数，其值为： 对3号钢，K=1.23×1.143*1.41 对16Mn钢，K=1.23×1.175→1.45 根据上面叙述，半概率法是按公式（3.7）左右两侧分别来用了概率手段，而没有将 两侧联合起来进行概率分析，因此不能从定量角度说明结构的失效概率。尤其是TJ17一74 规范将各种荷载的荷载系数笼统取为平均值，必然使结构隐含的失效概率随可变荷载与懂 荷之比而变化。从这点来看，T17一74规范较74年以前用的分项系数计算法退了一步。 不过，这里要指出的是：尽管半概率法的理论有缺陷，但其计算结果经用概率法反算，其 隐含的失效概率，一般情况还是可以接受的。

(3.17) (3.18)

0称为功能函数Z的标准差（或称均方差）。如用α：去度量平均值可得β，即

值完全可以作为衡量结构可靠度的·

图3.3Z的概率分布曲线

正态分布随机函数的可靠指标与失效概率卫，的对应值

有了结构的失效概率或可靠指标作为结构的可靠度的定量尺度后，就可以真正从数量 上对结构可靠度进行对比分析。这与长期以来按经验确定安全系数的“定值法”以及采用 了部分概率分析的“半概率法”相比较，可算是结构设计方法上的突破和飞嵌。 但是，如何选择一个结构最优的失效概率或者可靠指标，以达到结构可靠与经济的最 圭平衡呢？这是·个难题，因它找不到一种合理的定量分析方法。目前很多国家都从实际 出发，采用“校准法”。所调“校推法，就是对按原有使用多年的规范设计的结构反算其 隐含的可靠指标，再考虑使用经验和经济等因素来确定新的可靠指标。因为它以长期！.程 实践为基础，所以能为人们所接受。 我国“统一标推”规定，对于承载能力极限状态，结构构件的可靠指标应根据结构构 件的破坏类型和安全等级按表3.2选用。这些β值就是根据各种材料的结构构件通过“校 准法”确定的。

结构构件承数能力极限状态设计时的可算指标8值

2.二阶矩法的设计表达式 出公式（3.20)、可得

3d Ba μs = βvon+o = +d Va+

o tf Bot J OH Ks +

sasiμs，=lμ即标准差与平均值之比，称为变异系数，则公式 为

将公式（3.23）代人公式（3.22)中，得

用标准值的设计表达式，即分项系数表达

S=+os=(1+ao)

Y,ST≤ R/YR

Yo(YSch + YoSor) ≤ R,/Y

3.27）有最佳的一致性，

对于承载能力极限状态，结构构件应按荷载效应的基本组合和偶然组合进行设计。 (1）基本组合 对于基本组合，应按下列极限状态设计表达式中最不利值确定：

(3.28) (3.29)

对于般排架、框架结构，公式（3.28）及（3.29）可采用下列简化极限状态设计 式：

Yo(YcSu + $ZYuiSua)≤ RYr+fi,a+*

式中S。一变形，裂缝等作用效应的设计值： C一一设计对变形、振幅、加速度、应力和裂缝等规定的相应限值。 变形、裂缝等作用效应的设计值S，应符合下列规定：

Sa= Sok + SQk + pe.Sot =Sc+S+ dqiSu Sa= S+ 4qSuk

式中S一一在频遇组合中起控制作用的一个可变荷载频遇值效应； 中.Sk一一为第i个可变荷载准永久值效应： 注：S。的计算公式仅适用1苟载效尚"简载为线性关系的情况 钢结构般只考虑荷载的标准组合GB／T 3883.205-2019标准下载，对钢与混凝土的组合结构尚应考虑荷载的准水久 组合。验算构件的长细比不需计算荷载效应

五、对设计原则的几点说明

设计， 另外，任何钢构件内部的任一部位都不允许有裂存在，所以在正常使用极限状态中 没有规定裂缝宽度的限值（但钢和混凝土组合结构中的混凝十部分除外）

第二节荷载和荷载效应的计算

1.在公式（3.28）由可变荷载效应控制的组合中，当两个或两个以上可变荷载的组合 数中c.不相等时，Q的选用要考虑c，的影响。例如屋面积灰荷载0.5kN/m、中 和雪荷载 0.4kN/m²、Φc=0.7，按 Qu+中c.0,进行组合时就有两种组合方法：

《全国民用建筑工程设计技术措施（2009）结构（砌体结构）》(1) Q=0.5kN/m: 0.5kN/m+0.7×0.4kN/m²=0.78kN/m (2) 0 = 0.4kN/m: 0.4kN/m²+1.0×0.5kN/m=0.9kN/m²>0.78

由此可见，取Q=0.4kN/m才是最不利组合，也就是说，当两个或两个以上可变荷 载进行组合，且出c不相等时，不能按旧荷载规范有风组合将Φc.统一取为0.6那样选取其 中的较大荷裁作为起控制作用的Q，雨要逐一进行试算才能找出最不利的组合。这种情 况同样运用于荷载效应的标准组合，见公式（3.32）。 2.在按公式（3.28）找到由可变荷载控制的最不利组合中的So后，再与公武 3.29）由永久荷载效应控制的组合进行比较以找出最不利组合的控制条件。今将公式 3.28）和（3.29）改写为：

令 Se≥ S., 即