鋼結構都有哪些設計方法?
2019-03-20 09:21 陜西鋼結構 華邦建設
結構計算的目的在于保證所設計的結構和結構構件在施工和工作過程中均能滿足預期的安全性和使用性要求。因此，結構設計準則應當這樣來陳述：結構由各種荷載所產生的效應(內力和變形)不大于結構(包括連接)由材料性能和幾何因素等所決定的抗力或規定限值。假如影響結構功能的各種因素，如荷載大小、材料強度的高低、截面尺寸、計算模式、施工質量等都是確定性的，則按上述準則進行結構計算，應該說是非常容易的。但是，現實中上述影響結構功能的諸多因素都具有不確定性，是隨機變量(或隨機過程)，因此，荷載效應可能大于設計抗力，結構不可能百分之百的可靠，而只能對其作出一定的概率保證。在設計中如何對待上述問題就出現了不同的設計方法。
如果將影響結構設計的諸多因素取為定值，而用一個憑經驗判定的安全系數來考慮設計諸多因素變異的影響，衡量結構的安全度，這種方法稱為定值法，包括容許應力法和大荷載法。
容許應力法計算簡單，但不能定量度量結構的可靠度，更不能使各類結構的安全度達到同一水準。一些設計人員往往從定值概念出發，將結構的安全度與安全系數等同起來。常常誤認為采用了某一給定的安全系數，結構就能百分之百的可靠，或認為安全系數大結構安全度就高，沒有與抗力及作用力的變異性聯系起來。例如磚石結構的安全系數大，但不能說明磚石結構比其他結構更安全。所以定值法對結構可靠度的研究是處于以經驗為基礎的定性分析階段。
隨著工程技術的發展，建筑結構的設計方法也開始由長期采用的定值法轉向概率設計法。在概率設計法的研究進程中，首先考慮荷載和材料強度的不確定性，用概率方法確定它們的取值。根據經驗確定分項安全系數，仍然沒有將結構可靠度與橛率聯系起來，故稱為半概率法。半概率法的設計表達式仍可采用容許應力法的設計式，我國《鋼結構設計規范》的設計式就是這樣決定的，但安全系數是由多系數分析決定的。概率設計法的研究在20世紀60年代末期有了重大突破，這使概率設計法應用于規范成為可能。這個重大突破就是提出了一次二階矩法，該法既有確定的極限狀態，又可給出不超過該極限狀態的概率(可靠度)，因而是一種較為完善的概率極限狀態設計方法，把結構可靠度的研究由以經驗為基礎的定性分析階段推進到以概率論和數理統計為基礎的定量分析階段。
一次二階矩法雖然已經是一種概率設計法，但由于在分析中忽略或簡化了基本變量隨時間變化的關系，確定基本變量的分布時有一定的近似性，且為了簡化計算而將一些復雜關系進行了線性化，所以還只能算是一種近似的概率設計法。完全的、真正的全概率法有待今后繼續深入和完善，還將經歷一個較長的發展過程。
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