钢结构设计原理知识点总结按章节（永久荷载标准值在结构构件中的应用）

钢结构设计原理是建筑学和工程领域的重要组成部分，它涉及到使用各种材料来构建结构系统以承受荷载。永久荷载标准值在结构构件中的应用是其中的关键概念之一，它指的是在建筑物的整个使用寿命期间，由于自然因素、使用条件或维护活动等引起的持续作用力。，，在钢结构设计中，永久荷载的标准值必须被考虑进去，以确保结构的安全性和耐久性。这些荷载包括自重、风荷载、雪荷载、地震作用以及任何可能影响结构的外部载荷。设计师需要通过分析这些荷载来确定其对结构的影响，并据此计算所需的材料和构造措施。，，钢结构设计通常遵循一系列严格的规范和标准，如国际标准化组织（ISO）的相关标准和美国机械工程师协会（ASME）的规定。这些标准规定了如何评估和处理各种类型的荷载，以及如何确保结构设计满足安全要求。，，钢结构设计原理中的永久荷载标准值应用是一个复杂但至关重要的过程，它直接关系到建筑物的安全和功能。通过精确地计算和实施这些荷载，设计师可以确保结构能够有效地承受预期的负荷，从而延长其使用寿命并减少未来的维修成本。

钢结构设计原理知识点总结

第一章：钢结构的特点

1. 强度高，塑性韧性好
   • 强度高适用于建造跨度大、高度高、承载重的结构。
   • 韧性好适宜在动力荷载下工作，良好的耗能能力和延性，在地震区采用钢结构较为有利。
2. 重量轻
   • 钢材容重大，强度高，建造的结构比较轻。
   • 以同样跨度承受同样的荷载，钢屋架的重量为钢筋混凝土屋架的1/3-1/4，冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10。
   • 重量轻，可减轻基础的负荷，降低地基、基础部分的造价，同时还方便运输和吊装。
3. 材质均匀，和力学计算的假定比较符合
   • 钢材内部组织比较均匀，接近各向同性，在一定应力幅度内材料为弹性，因此，钢结构实际受力情况和工程力学计算结果比较符合，在计算中采用的经验公式不多，从而计算上的不定性较小，计算结果比较可靠。
4. 制作简便，施工工期短
   • 构件一般工厂制作，施工机械化，准确度和精密度皆较高。
   • 钢结构所有材料皆已轧制成各种型材，加工简易而迅速。
   • 钢构件较轻，连接简单，安装方便，施工周期短。
5. 密闭性较好
   • 钢材和焊接连接的水密性和气密性较好，适宜建造密闭的板壳结构，如高压容器、油库、气柜、管道等。
6. 耐腐蚀性差
   • 钢材容易锈蚀，对钢结构必须注意防护，特别是薄壁构件。
   • 处于较强腐蚀性介质内的建筑物不宜采用钢结构。
   • 在设计中应避免使结构受潮、漏雨，构造上应尽量避免存在难于检查、维修的死角。
7. 钢材耐热但不耐火
   • 钢材受热，温度在200℃以内，其主要性能（屈服点和弹性模量）下降不多。
   • 温度超过200℃后，材质变化较大，强度总趋势逐步降低，还有兰脆和徐变现象。
   • 达600℃时，钢材进入塑性状态已不能承载。
   • 设计规定钢材表面温度超过150℃后即需加以隔热防护，有防火要求者，更需按相应规定采取隔热保护措施。
8. 钢材的低温脆性
   • 钢结构在低温等条件下，可能发生脆性断裂。
   • 还有厚板的层状撕裂，应予以重视。

第二章：钢结构的设计方法

1. 结构必须满足的功能
   • 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。
   • 偶然事件发生时及发生后保持必需的整体稳定性。
2. 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。
3. 结构的功能函数
   • $S$ 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：
     • 结构处于失效状态。
   • 结构的可靠度：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。
   • 结构的失效概率：结构失效率 $P_f$ 与结构可靠度 $P_R$ 的关系为 $P_R = 1 - P_f$。
4. 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，用分项系数的设计表达式进行计算。
   • 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：$$\gamma_0 S_d = \gamma_G S_{Gk} + \gamma_Q S_{Q1k} + \sum_{i=2}^n \psi_i \gamma_Q S_{Qik}$$
       • 永久荷载效应控制的组合：$$\gamma_0 S_d = \gamma_G' S_{Gk} + \gamma_Q S_{Q1k}$$
     • 其中：
       • $\gamma_0$：结构重要性系数
       • $\gamma_G$：永久荷载分项系数
       • $\gamma_Q$：可变荷载分项系数
       • $S_{Gk}$：永久荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力
       • $S_{Q1k}$：起控制作用的第一个可变荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力
       • $S_{Qik}$：其他第 $i$ 个可变荷载标准值在结构构件截面或连接中产生的应力
       • $\gamma_G'$：当永久荷载效应对结构构件的承载力不利时取1.2，但对由永久荷载效应控制的组合则取1.35。