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鋼結構設計:鋼結構設計計算方法
   設計鋼結構時,必須滿足一般的設計準則,即在充分滿足功能要求的基礎上,做到安全可靠、技術先進、確保質量和經濟合理。結構計算的目的是保證結構構件在使用荷載作用下能安全可靠地工作,既要滿足使用要求,又要符合經濟要求。結構計算是根據擬定的結構方案和構造,按所承受的荷載進行內力計算,確定出各桿件的內力,再根據所用材料的特性,對整個結構和構件及其連接進行核算,看其是否符合經濟、安全、適用等方面的要求。但從一些現場記錄、調查數據和試驗資料看來,計算中所采用的標準荷載和結構實際承受的荷載之間、鋼材力學性能的取值和材料的實際數值之間、計算截面和鋼材實際尺寸之間、計算所得的應力值和實際應力數值之間以及估計的施工質量與實際質量之間,都存在著一定的差異,所以計算的結果不一定很安全可靠。為了保證安全,結構設計的計算結果必須留有余地,使之具有一定的安全度。建筑結構的安全度是保證房屋或構筑物在一定使用條件下連續正常工作的安全儲備,有了這個儲備才能保證結構在各種不利條件下的正常使用。
 
   我國的鋼結構計算方法,新中國成立以來曾經有過4次變化,即:建國初期到1957年,采用總安全系數的容許應力計算法;1957年到1974年,采用3個系數的極限狀態計算法;1974年到1988年,采用以結構的極限狀態為依據,進行多系數分析,用單一安全系數的容許應力計算法;目前新的鋼結構設計規范,采用以概率論為基礎的一次二階矩極限狀態設計法。
   1957年以前,鋼結構采用容許應力的安全系數法進行設計。安全系數為定值且都憑經驗選定,因而設計的結構和不同構件的安全度不可能相等,這種設計方法顯然是不合理的。
   20世紀50年代,出現了一種新的設計方法——極限狀態設計法,即根據結構或構件能否滿足功能要求來確定它們的極限狀態。一般規定有兩種極限狀態。第一種是結構或構件的承載力極限狀態:包括靜力強度、動力強度和穩定等計算。達此極限狀態時,結構或構件達到了最大承載能力而發生破壞,或達到了不適于繼續承受荷載的巨大變形。第二種是結構或構件的變形極限狀態,或稱為正常使用極限狀態。達此極限狀態時,結構或構件雖仍保持承載能力,但在正常荷載作用下產生的變形使結構或構件已不能滿足正常使用的要求(靜力作用產生的過大變形和動力作用產生的劇烈振動等),或不能滿足耐久性的要求。各種承重結構都應按照上述兩種極限狀態進行設計。
   極限狀態設計法比安全系數設計法要合理些,也先進些。它把有變異性的設計參數采用概率分析引入到結構設計中。根據應用概率分析的程度可分為3種水準,即半概率極限狀態設計法、近似概率極限狀態設計法和全概率極限狀態設計法。
   我國采用的極限狀態設計法屬于水準一,即半概率極限狀態設計法。只有少量設計參數,如鋼材的設計強度、風雪荷載等采用概率分析確定其設計值,大多數荷載及其他不定性參數由于缺乏統計資料而仍采用經驗值;同時結構構件的抗力(承載力)和作用效應之間并未進行綜合的概率分析,因而仍然不能使所設計的各種構件有相同的安全度。
   20世紀60年代末,國外提出了近似概率極限狀態設計法,即水準二。主要是引入了可靠性設計理論,可靠性包括安全性、適用性和耐久性。把影響結構或構件可靠性的各種因素都視為獨立的隨機變量,根據統計分析確定失效概率來度量結構或構件的可靠性。
 
文章類別:技術培訓  發布者:網站編輯   發布日期:2017-12-2
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