第一章 钢结构概述
1.3 钢结构设计方法
钢结构设计应遵循的一般原则是“技术先进、经济合理、安全适用、保证质量”。钢结构的设计方法可分为允许应力法和极限状态设计法两大类，分别叙述如下：
（1）许用应力法
“允许应力法”又称“安全系数法”或“定值法”。即把影响结构设计的因素取为定值，用经验选定的一个安全系数来考虑设计因素变动的影响，以衡量结构的安全性。其表达式为：
允许应力法是一种传统的设计方法，计算简单，目前仍在许多国家的不同规范中使用。但这种设计方法采用固定的安全系数考虑不确定因素的影响，不科学，不能定量衡量结构的可靠性。也误导人们认为只要有安全系数，结构就是100%可靠的。目前，在我国《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中钢结构课程设计，只有结构构件或连接的疲劳强度计算采用此方法。
（2）极限状态设计方法
极限状态设计方法是20世纪50年代引入的，它利用概率分析将设计参数的变异性引入结构设计中。根据概率分析的应用程度，它分为三个层次。即半概率极限状态设计方法、近似概率极限状态设计方法和全概率极限状态设计方法。目前，钢结构设计方法采用近似概率极限状态设计方法，有时也称概率极限状态设计方法。
可靠性定义
按照概率极限状态设计方法，结构可靠度定义为结构在规定的时间和规定的条件下完成其预期功能的概率，是结构安全性、适用性和耐久性的统称。
极限状态的定义和分类
当结构或其构件超过某一状态，不能满足设计规定的某一功能要求时，这种特定的状态称为功能的极限状态。结构的极限状态可分为两类：
a.承载力极限状态
结构或部件达到其最大承载能力，或达到不适宜继续承载的变形。
极限状态，包括强度、稳定性和疲劳计算。
b.正常使用极限状态
结构或构件在正常使用情况下达到某一规定的极限值时的极限状态，包括在静载荷作用下产生过大的变形，在动载荷作用下产生剧烈的振动以及耐久性问题。
（3）结构功能
结构的工作性能可以用结构的功能函数来描述。如果结构设计中需要考虑的对结构可靠性有影响的n个随机变量，即x1，x2，…，xn，那么通常可以建立n个随机变量之间的函数关系。如果只考虑R和S两个参数，则结构的功能函数为：
Z=(R,S)=RS (1-2)
式中：R——结构抗力；
S—负载效应。
在实际工程中，根据不同的情况，Z有三种可能：
当Z>0时，结构处于可靠状态；
当Z=0时，结构达到临界状态，即极限状态；
当Z﹤0时，结构处于破坏状态。
结构的可靠度与失效概率为：
结构可靠度：Ps=P(Z≥0)（1-3）
结构失效概率：Pf=P(Z≤0) (1-4)
两者关系：Ps+Pf=1（1-5）
（4）设计方法表达
除疲劳计算外钢结构课程设计，现行《钢结构设计规范》（GB50017-2003）均采用大多数设计人员熟悉的分项系数设计表达式来表达基于概率理论的极限状态设计方法。
对于承载力极限状态，应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载组合。基本组合由下列设计表达式中最不利的值确定：
