钢结构的计算方法和基本构件设计1
采用以概率理论为基础的极限状态设计方法(疲劳问题除外)，用分项系数的设计
表达式进行计算，计算内容有强度和稳定(包括整体稳定、局部稳定)。但钢结构的设计表达式则采用应力形式，即：
式中 --结构重要性系数，对安全等级为一级、二级、三级的结构构件可分别取1．1，1．0，0．9(一般工业与民用建筑钢结构的安全等级应取为二级)；
σd——
荷载(包括永久荷载和可变荷载)的设计值在结构构件截面或连接中产生的应力效应；
fd——结构构件或连接的强度设计值。
钢结构设计规范给出了材料强度设计值，计算时可直接查用(见
《钢结构设计规范》GB 50017--2003第3．4．1、3．4．2条)。
2．正常使用极限状态
钢结构或构件按正常使用极限状态设计时，应考虑荷载的短期效应组合，其表达式为：
式中 -荷载(包括永久荷载和可变荷载)的标准值在结构或构件中产生的变形值；
[ ]——结构或构件的容许变形值。
钢结构设计规范给出了结构或构件的容许变形值，计算时直接查用(见《钢结构设计规范》GB50017--2003附录A。)
(二)基本构件设计
钢结构的基本构件有轴心受力构件、受弯构件和拉弯、压弯构件。普通钢结构中，一般受力构件及其连接中不应采用厚度小于5mm的钢板，厚度不小于3mm的钢管，截面小于L45x4或L56x36 x 4的
角钢(焊接结构)和截面小于L50x5的角钢(螺栓连接或铆钉连接的结构)。轻型钢结构采用
圆钢或小角钢(小于L45x4或L56x36x4)制作，受力构件及其连接中不宜采用厚度小于4mm的钢板；圆钢直径不宜小于12mm(对于屋架)， 8mm(对于
檩条或拉条)，16mm(对于支撑)。
1．轴心受力构件
(1)轴心受力构件的应用和截面形式
轴心受力构件包括轴心受拉构件和轴心受压构件，也包括轴心受压柱。
在钢结构中，屋架、托架、塔架和网架等各种类型的平面或空间桁架以及支撑系统，通常均为轴心受拉和轴心受压构件组成。工作平台、多层和高层房屋骨架的柱、承受梁或桁架传来的荷载、当荷载为对称布置且不考虑水平荷载时，属于轴心受压柱。柱通常由柱头、柱身和柱脚三部分组成。
(2)轴心受拉构件的计算
设计轴心受拉构件时，根据结构的用途、构件受力大小和材料供应情况选用合理的截面形式。轴心受拉构件的计算包括强度和刚度两方面的内容。
1)强度
轴心受拉构件的强度按下式计算：
式中 N--轴心拉力设汁值；
An——构件净截面画积；
f——钢材
抗拉强度设计值。
2)刚度
轴心受拉构件的刚度通常用
长细比λ来衡量，长细比是构件的计算长度l0与构件截面回转半径i的比值，即λ＝l0／i。λ愈小，构件刚度愈大，反之则刚度愈小。
λ过大会使构件在使用过程中由于自重发生挠曲，在动荷载作用下容易产生振动，在运输和安装过程中容易产生弯曲。因此，设计时应使构件最大长细比不超过规定的容许长细 比，即：
λ≤[λ] (7-128)
式中 [λ]——构件容许长细比，按《钢结构设计规范》GB 50017—2003表5．3．9采用。
(3)实腹式轴心受压构件的计算
实腹式轴心受压构件的计算包括强度、整体稳定、局部稳定和刚度四个方面的内容。
1)强度
轴心受压构件的强度汁算公式同轴心受拉构件一样，采用公式(7-127)，但式中N为轴心压力设计值，f为钢材抗压强度设计值。