钢结构设计经历了哪三个阶段?

Question

如题所述

Answer 1

第一阶段——传统的容许应力法

从20世纪初到1957年，钢结构设计一直采用传统的容许应力法。其设计原则是结构在弹性限度内承受标准荷载时构件产生的最大应力不能超过所规定的容许应力

即：

(1.3.1)

又：

(1.3.2)

式中——材料的屈服应力；
K ——安全系数，一般取1.4～1.7。
容许应力法设计简单、易行；但安全系数K是根据经验确定的一个定值，没有考虑到各件结构具体情况的差异；因此，这是一种保守的设计方法。

第二阶段——三系数极限状态设计法

从1957年开始，我国采用了前苏联提出的三系数极限状态设计法。它的特点是明确提出了两种极限状态的概念。在荷载和材料强度的取值上初步引进了概率分析，并且采用三个分项安全系数以避免用单一安全系数的缺点，其表达式为：
(1.3.3)
式中 ——荷载引起的内力；
——荷载的超载系数（>1) ；
m ——工作条件系数;
K ——材料匀质系数（K<1);
——材料强度标准值;
a ——构件截面的几何参数

第三阶段——半概率极限状态设计法

自1975年起，我国试行《钢结构设计规范》(TJ17-74)，规范中采用对承载力极限状态进行多系数分析，而后用单一安全系数表达的容许应力法，表达式和传统容许应力法基本相同；但安全系数的确定是对影响结构安全的诸因素采用数理统计的方法，并结合我国工程实践的经验进行多系数分析后，综合求出的单一安全系数，实质上是半概率半经验的极限状态设计法。其承载力极限状态计算的表达式为：

(1.3.4)

式中——荷载标准值产生的内力；
——构件截面的几何参数；
——钢材的屈服应力；
——荷载系数，考虑荷载的可能变动，取=1.23;
——强度系数，考虑材料性能的变异，对于3号钢，=1.143；
——工作条件系数，考虑结构或连接的特点以及设计假定与实际不符等因素的影响，一般取=1，对于特殊不利情况取=1.05～1.4。

第四阶段——概率极限状态设计法

自1989年7月起，我国开始施行《钢结构设计规范》GBJ17-88。其设计方法采用概率极限状态法。

概率极限状态法是将影响结构功能的诸因素（荷载效应，材料抗力等）作为随机变量，运用概率分析法并考虑其变异性来确定设计值；这样对所设计的结构的功能也只作出了一定的概率保证，即认为任何设计都不能保证绝对安全，而是存在一定风险。但是，只要其失效概率小到人们可以接受的程度，便可认为所设计的结构是安全可靠的。结构的可靠性用“可靠度”来衡量，它的定义是：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，称为结构的可靠度，或称为可靠概率。反之，结构不能完成预定功能的概率，称为失效概率。

在现行钢结构设计规范GBJ-17 88中，采用可靠指标来衡量结构的可靠度，并将可靠指标等效转化为各分项系数进行计算。可靠指标的数值与失效概率在进行极限状态设计时是一一对应的。
结构构件承载力极限状态设计时可靠指标值和失效概率值。