壳体结构简介

1、圆顶薄壳圆顶薄壳 圆顶是正高斯曲率的旋转曲面壳。圆顶是正高斯曲率的旋转曲面壳。圆顶薄壳结构具有良好的空间工作性能，圆顶薄壳结构具有良好的空间工作性能，能以很薄的圆顶覆盖很大的跨度，广泛能以很薄的圆顶覆盖很大的跨度，广泛用于大型公共建筑如天文馆、展览馆、用于大型公共建筑如天文馆、展览馆、剧院等。剧院等。北京天文馆直径北京天文馆直径25m的圆顶薄壳，壳的圆顶薄壳，壳厚仅为厚仅为60mm。花之圣母教堂花之圣母教堂 欧洲欧洲 布鲁涅内斯基布鲁涅内斯基 一、圆顶薄壳的组成及结构型式一、圆顶薄壳的组成及结构型式一般由壳身、支座环、下部支承结构组成。一般由壳身、支座环、下部支承结构组成。1、壳身结构、壳身结

2、构按构造的不同，可分为按构造的不同，可分为平滑圆顶平滑圆顶、肋形圆、肋形圆顶和多面圆顶。顶和多面圆顶。 当建筑上由于采光要求需将圆顶表面划当建筑上由于采光要求需将圆顶表面划分成若干区格；或当壳体承受集中荷载分成若干区格；或当壳体承受集中荷载时；或当壳身厚度太小、不能保证壳体时；或当壳身厚度太小、不能保证壳体的稳定；或采用整体式结构时用肋形圆的稳定；或采用整体式结构时用肋形圆顶。顶。 当建筑平面为正多边形时，可采用多面当建筑平面为正多边形时，可采用多面圆顶结构。圆顶结构。 当有通风采光要求时，一般可在圆当有通风采光要求时，一般可在圆顶顶部开设圆形空洞。顶顶部开设圆形空洞。 壳体：开口壳和闭口壳。

3、壳体：开口壳和闭口壳。2、支座环、支座环 保证圆顶几何不变。其作用和拱结保证圆顶几何不变。其作用和拱结构拉杆一样。可有效的阻止圆顶在竖向构拉杆一样。可有效的阻止圆顶在竖向荷载作用下的裂缝开展和破坏，保证壳荷载作用下的裂缝开展和破坏，保证壳体基本上处于受压的状态，实现空间平体基本上处于受压的状态，实现空间平衡。衡。3、支承结构、支承结构1）圆顶结构通过支座环支承在房屋的竖）圆顶结构通过支座环支承在房屋的竖向承重构件上（如砖墙、钢筋混凝土柱）向承重构件上（如砖墙、钢筋混凝土柱）优点：受力明确，构造简单。优点：受力明确，构造简单。缺点：跨度大时，推力大，因此支座环尺缺点：跨度大时，推力大，因此支座环

4、尺寸大。表现力不够丰富活跃。寸大。表现力不够丰富活跃。2）圆顶结构支撑在斜柱或斜拱上。）圆顶结构支撑在斜柱或斜拱上。3）圆顶结构支承在框架上。）圆顶结构支承在框架上。4）圆顶结构直接落地并支承在基础上。）圆顶结构直接落地并支承在基础上。美国麻省理工学院大会堂美国麻省理工学院大会堂第三节第三节 筒壳筒壳 筒壳的壳板为柱形曲面，也称柱面筒壳的壳板为柱形曲面，也称柱面壳。它是单向有曲率的薄壳，是零高斯壳。它是单向有曲率的薄壳，是零高斯曲率壳。曲率壳。 特点特点：几何形状简单，模板制作方便，：几何形状简单，模板制作方便，易于施工，应用广泛。易于施工，应用广泛。一、筒壳的结构组成一、筒壳的结构组成 筒壳

5、由筒壳由壳身、边梁及横隔壳身、边梁及横隔组成。组成。两个横隔之间的距离称为两个横隔之间的距离称为跨度跨度L1；两个；两个边梁之间的距离为边梁之间的距离为波长波长L2。L1/L2=1,长壳；一般为多波形。长壳；一般为多波形。L1/L21,短壳；一般为单波多跨。短壳；一般为单波多跨。 壳身包括边梁在内的高度称为壳身包括边梁在内的高度称为截面高截面高度度h，h=（1/10-1/15）L1,不包括边不包括边梁在内的高度称为梁在内的高度称为矢高矢高f。（。（f1/8L2） 壳板的厚度壳板的厚度一般为一般为50-80mm，一般，一般不宜小于不宜小于35mm；壳板与边梁连接处可；壳板与边梁连接处可以局部加厚

6、，以抵抗局部的横向弯矩。以局部加厚，以抵抗局部的横向弯矩。 边梁与壳板共同受力，截面形式对边梁与壳板共同受力，截面形式对壳板内力分布有很大影响，并且也是屋壳板内力分布有很大影响，并且也是屋面排水关键。面排水关键。 横隔横隔是筒壳的横向支承，没有它，是筒壳的横向支承，没有它，就不是筒壳结构，而是筒拱结构。就不是筒壳结构，而是筒拱结构。 功能是承受壳身传来的顺剪力并功能是承受壳身传来的顺剪力并将内力传到下部结构。将内力传到下部结构。二、筒壳的受力特点二、筒壳的受力特点 筒壳两端是有横隔支承的，而筒拱没有。筒壳两端是有横隔支承的，而筒拱没有。因而两者在承荷和传力上有本质的区别。因而两者在承荷和传力上

7、有本质的区别。 筒拱筒拱是是横向横向以拱的形式单向承荷和传力以拱的形式单向承荷和传力的，的，纵向纵向不传力，不传力，是平面结构是平面结构。而而筒壳在筒壳在横向横向以拱的形式承荷和传力，在曲面内产生横向压以拱的形式承荷和传力，在曲面内产生横向压力，在力，在纵向纵向以纵梁的形式把荷载传给横隔。因以纵梁的形式把荷载传给横隔。因此，此，筒壳是横向拱和纵向梁共同作用的空间结筒壳是横向拱和纵向梁共同作用的空间结构。构。 当筒壳的跨波比当筒壳的跨波比L1/L2不同时，筒不同时，筒壳的受力状态存在很大区别。一般，筒壳的受力状态存在很大区别。一般，筒壳的受力特点分三类：壳的受力特点分三类： 1） L1/L23时

8、时 由于筒壳的跨度较长，横向拱的作由于筒壳的跨度较长，横向拱的作用明显变小，横向压力较小，二纵向梁用明显变小，横向压力较小，二纵向梁传力作用显著。筒壳近似梁的作用。传力作用显著。筒壳近似梁的作用。2）当L1/L20.5时时 由于筒壳的跨度较小，筒壳横向的由于筒壳的跨度较小，筒壳横向的拱作用明显，而纵向梁的传力作用很小，拱作用明显，而纵向梁的传力作用很小，因此近似拱的作用。而且壳体内力主要因此近似拱的作用。而且壳体内力主要是薄膜内力，可按薄膜理论计算。是薄膜内力，可按薄膜理论计算。3）当0.5L1/L23时时 跨度不长也不短，在受力时拱和跨度不长也不短，在受力时拱和梁的作用都明显，壳体即存在薄膜内力，梁的作用都明显，壳体即存在薄膜内力，有存在弯曲内力，可用弯矩理论或半弯有存在弯曲内力，可用弯矩理论或半弯矩理论计算。矩理论计算。 边梁边梁是壳板的边框，与壳板共同作用，是壳板的边框，与壳板共同作用，整体受力，一般边梁主要承受