ASD和LRFD方法计算轻钢结构屋面梁的安全度比较

ASD和LRFD方法计算轻钢结构屋面梁的安全度比较

最近刚刚写完“朝花夕拾－15”，讨论了中美钢结构规范的可靠度问题，由于涉及到一些“朝花夕拾－2”的内容，于是把本篇文章再读一遍。

读完之后不禁发笑；其实“朝花夕拾－2”本来就没有写的必要，因为AISC的ASD和LRFD方法本来就在一个可靠度水平上，况且详细讨论它们原是AISC委员会的事情，于我何干？而且“朝花夕拾－2”写得很凌乱，提笔前立意不清。

所以今天决定大刀阔斧地修改“朝花夕拾－2”，改写为“朝花夕拾－2续篇”，以期去伪存真，保留有价值的东西，本文在逻辑上不是一个统一体。

下面列出续篇的概要：

1、AISC的设计方法分类讨论。 2、ASD和LRFD可靠度的讨论；保留本节主要是看重它的方法论，并纠正了原文的错误。 3、LRFD设计方法的荷载组合－参考IBC 2000,后面列出IBC 2000的相关章节。

ASD和LRFD方法计算轻钢结构屋面梁的安全度比较

一、AISC的设计方法分类讨论

ASD1方法：采用荷载规范《MBMA 96》按AISC的《ASD 89》进行构件设计的方法（上海美联采用）。 ASD2方法：采用荷载规范《MBMA 2002》和《IBC 2000》按AISC的《ASD 89》进行构件设计。

LRFD1方法：采用荷载规范《MBMA 96》按AISC的《LRFD》进行构件设计。

LRFD2方法：采用荷载规范《MBMA 2002》和《IBC 2000》按AISC的《LRFD 2001》进行构件设计。

注明：

《MBMA 96》中详细列出荷载组合；但《MBMA 2002》却规定所有荷载组合均引用《IBC 2000》的1605节。

二、ASD、LRFD可靠度的比较

1、LRFD的概率模型

最近我在看于炜文的《Cold-Formed Steel Design》，查到AISI里面LRFD方法的概率模型、两者可靠度指标的换算公式，触发灵机，决定从LRFD93和ASD89中寻找灵感，对AISC的ASD和LRFD方法比较。

LRFD

的概率模型：

ASD和LRFD方法计算轻钢结构屋面梁的安全度比较

2、两种工况的比较

如果抗力系数 已知，对于荷载组合（1.2D + 1.6LR），相应的容许应力设计安全系数 可用下面公司计算：

Ω=

式中：

1.2LR+1.6

φLR+1

ASD和LRFD方法计算轻钢结构屋面梁的安全度比较

Ω：ASD安全系数 φ：LRFD的抗力系数 D：恒载

LR：屋面活载，取值0.58Kpa

对于屋面梁而言，应力比控制模式常为H1-3，通常控制工况为如下：

组合号 1 2

D D + LR

ASD法

LRFD法 1.4D 1.2D + 1.6LR

计算 Ω 1.56 1.60～1.68见

下图表

组合2的Ω曲线如下：

ASD Ω 1.67 1.67

突变点求解：

令1.4D = 1.2D + 1.6LR，得出D ＝ 8LR。通常LR＝0.58，DL＝4.64，假定屋面自重为0.2Kpa（轻钢屋面），此时屋面悬挂荷载为4.44 Kpa。实际轻钢屋面悬挂荷载不可能这么大，所以一直是工况2控制。一般来说屋面悬挂荷载在0.5Kpa以内，Ω数值为1.60～1.68，ASD和LRFD的可靠度非常接近。

3、具体工程的比较

鉴于对ASD2方法的荷载组合不太了解，所以用ASD1方法和LRFD2方法做了一个算例比较。此工程是屋面系统，混凝土柱屋面连续钢梁，均为受弯构件，影响因素比较单一。共28根构件。下表为具体情况。

结构类型 控制公式 恒载： 活载：

ASD方法 受弯构件； H1-3 0.20 Kpa 0.58 Kpa

H1-1B-C

LRFD 方法

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假定在此条件下，构件的应力比服从正态分布，下表是做了14个抽样统计；下面列出按两种方法计算得到的应力比：

构件号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 样本均值

ASD 应力比 0.909 0.966 0.993 0.772 0.923 0.933 0.797 0.635 0.647 0.927 0.980 0.988 0.565 0.870 0.909 0.966 0.993 0.772 0.923 0.933 0.797 0.635 0.647 0.927 0.980 0.988 0.565 0.870 0.850

LRFD 应力比 0.916 0.962 0.967 0.748 1.070 1.080 0.727 0.617 0.628 0.807 0.906 1.050 0.539 0.840 0.916 0.962 0.967 0.748 1.070 1.080 0.727 0.617 0.628 0.807 0.906 1.050 0.539 0.840 0.847 0.8485

均值的均值

对以上两组应力比数据按线性模型进行单因素方差分析，

单因素方差分析表格

数据源 组间差异 组内差异 合计

平方和 0.00016 1.34419 1.34436

自由度 1 54 55

均方值－平方和/自由度

0.00016 0.02489

均方值比值0.01

F分布概率指－p

0.9355

单因素方差分析表明，在显著性水平0.0645条件下，就可以认为ASD和LRFD方法计算得到的应力比无差异，此显著性水平虽然稍大（比0.05），但还是可以接受的,也证明ASD和LRFD的可靠度非常接近。下面

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给出概率盒形图：

三、LRFD的荷载工况组合

***基本荷载工况

LOAD 1 DEAD LOADS （DL)

LOAD 2 COLLATERAL LOADS (CL) LOAD 3 ROOF LIVE LOADS (LLR) LOAD 4 FLOOR LIVE LOADS (LLF) LOAD 5 WIND LOADS FROM LEFT (WL) LOAD 6 WIND LOADS FROM RIGHT (WR) LOAD 7 SNOW LOADS (SL)

LOAD 8 SEISMIC FORCES FROM LEFT (SEL) LOAD 9 SEISMIC FORCES FROM RIGHT (SER)

***不带吊车的 LRFD 荷载组合（用于构件较核） LOAD COMB 100 1.4DL + 1.4CL 1 1.4 2 1.4

LOAD COMB 101 1.2DL + 1.2CL + 1.6LLF + 0.5LLR 1 1.2 2 1.2 4 1.6 3 0.5

LOAD COMB 102 1.2DL + 1.2CL + 1.6LLF + 0.5SL 1 1.2 2 1.2 4 1.6 7 0.5

LOAD COMB 103 1.2DL + 1.2CL + 1.6LL …… 此处隐藏：16289字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……