钢结构原理与设计中，永久荷载分项系数是一个重要的概念。它用于评估钢结构在承受永久荷载时的性能。永久荷载包括结构自重、地基反作用力、风荷载等。这些荷载对结构的长期稳定性和安全性至关重要。在设计过程中，工程师会考虑这些荷载的影响，并相应地调整钢材的规格和连接方式。通过合理设置永久荷载分项系数，可以确保结构在各种工况下都能安全、稳定地运行。

钢结构原理与设计相关问题答案

一、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。
   • 引用来源：[2023 - 12 - 11的文档内容][2]
2. 重量轻
   • 钢材容重大，强度高，建造的结构比较轻。结构的轻质性可以用材料的质量密度和强度的比值来衡量，比值越小，结构相对越轻。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。
   • 引用来源：[2023 - 12 - 11的文档内容][2]
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。
   • 引用来源：[2023 - 12 - 11的文档内容][2]
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。
   • 引用来源：[2023 - 12 - 11的文档内容][2]
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。
   • 引用来源：[2023 - 12 - 11的文档内容][2]
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。
   • 引用来源：[2023 - 12 - 11的文档内容][2]
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。
   • 引用来源：[2023 - 12 - 11的文档内容][2]
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。
   • 引用来源：[2023 - 12 - 11的文档内容][2]

二、钢结构的设计方法

1. 极限状态分类
   • 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。
     • 引用来源：[2023 - 12 - 11的文档内容][2]
   • 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。
     • 引用来源：[2023 - 12 - 11的文档内容][2]
2. 概率极限状态设计方法中的结构功能函数
   • 设$R$、$S$是随机变量，其函数$Z = R - S$也是一个随机变量。在实际工程中，可能出现下列三种情况：$Z>0$结构处于可靠状态；$Z = 0$结构处于极限状态；$Z<0$结构处于失效状态。
   • 引用来源：[2023 - 12 - 11的文档内容][2]
3. 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。“完成预定功能”就是对于规定的某种功能来说表示结构的可靠度，则结构不失效$(Z\geq0)$。结构可靠度与结构的失效概率符合下式：$P_{s}+P_{f}=1$（$P_{s}$为结构可靠度，$P_{f}$为结构失效概率）。
   • 引用来源：[2023 - 12 - 11的文档内容][2]
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。
   • 引用来源：[2023 - 12 - 11的文档内容][2]
   • 对于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：$\gamma_{0}S=\gamma_{G}S_{Gk}+\gamma_{Q1}S_{Q1k}+\sum_{i = 2}^{n}\gamma_{Qi}\psi_{ci}S_{Qi k}$
     • 永久荷载效应控制的组合：$\gamma_{0}S=\gamma_{G}S_{Gk}+\sum_{i = 1}^{n}\gamma_{Qi}\psi_{ci}S_{Qi k}$
   • 其中$\gamma_{0}$ - 结构重要性系数，对安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件，不应小于1.1；对安全等级为二级或设计使用年限为50年及结构构件，不应小于1.0；对安全等级为三级或设计使用年限为5年结构构件，不应小于0.9；$\gamma_{G}$ - 永久荷载分项系数，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；$\gamma_{Q}$ - 可变荷载分项系数，一般取1.4；$S_{Gk}$ - 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（该值使计算结果为最大）；$S_{Qi k}$