第五章 钢筋混凝土空间薄壁结构

1、结构选型柏文峰昆明理工大学建筑与城规学院第五章第五章 钢筋混凝土空间薄壁结构钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1 5.1 概述概述 平面结构平面结构自身平面内受力，构件之间需额外设置支撑以实现另一方向的安全性和稳定性。空间结构空间结构空间结构指结构构件三向受力的，大跨度的，用空间受力体系承担荷载的结构。薄壁结构薄壁结构结构的厚度远较长度为小，一般由金属或钢筋混凝土制成，并布置成空间受力体系。 自然界中的空间薄壁结构自然界中的空间薄壁结构鸡蛋：直径鸡蛋：直径50mm50mm，壁厚，壁厚0.2mm0.2mm， 厚度为跨度的厚度为跨度的1/2501/250第五章第五章 钢筋混凝土空间薄壁结构钢筋混凝土空间

2、薄壁结构 5.1.1 5.1.1 薄壳结构的概念薄壳结构的概念 壳体结构壳体结构上下两个几何曲面所构成的薄壁空间结构。壳体厚度壳体厚度两个几何曲面距离称为壳体的厚度，可分为等厚度壳，变厚度壳。薄壳薄壳壳体的厚度远小于壳体的最小曲率半径R时，即称为薄壳。 随着计算机分析软件的运用和建筑施工技术的进步，随着计算机分析软件的运用和建筑施工技术的进步，空间结构比平面结构的技术经济优势日益凸显。空间结构比平面结构的技术经济优势日益凸显。钢筋混凝土大跨度薄壁结构钢筋混凝土大跨度薄壁结构1、由曲面形薄板构成的薄壁结构由曲面形薄板构成的薄壁结构2 2、由平板构成的折板、雁形板、幕结构、由平板构成的折板、雁形板

3、、幕结构 高斯曲率曲面上任意点的两个主曲率为K1、K2，则该点的高斯曲率表示为：K=K1K2当两个主方向的曲率半径在曲面的同一侧时，K1K2同号，K为正高斯曲率高斯曲率左图为负高斯曲率曲面 左图为正高斯曲率曲面K=K1K2壳体的矢率=f/a曲面覆盖底面的短边是a 曲面最高点至底面距离为矢高f矢率很小的壳体称为扁壳，矢率大的壳体称为陡壳一般当f/a=1/5时，可按扁壳结构计算。 壳体结构的中曲面壳体结构的中曲面等分壳体厚度的几何曲面称为壳体的中曲面。如何确定壳体的几何形状和全部尺寸如何确定壳体的几何形状和全部尺寸依据中曲面的几何性质和壳体厚度。依据中曲面的方程描述整个结构的变形和内力。壳体结构的

4、强度和刚度主要是利用了其几何形状的壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，而不是增大其结构截面尺寸取得的。合理性，而不是增大其结构截面尺寸取得的。5.1.2 5.1.2 薄壳结构的曲面形式薄壳结构的曲面形式 1 1、旋转曲面、旋转曲面 一条剖面线绕一个旋转轴旋转形成的一条剖面线绕一个旋转轴旋转形成的 曲面曲面。 2 2、平移曲面、平移曲面 一条竖向曲线一条竖向曲线做母线，沿着做母线，沿着另一条竖向曲另一条竖向曲线（导线）平线（导线）平行移动所形成行移动所形成曲面曲面。 3 3、直纹曲面、直纹曲面 一条直线（母一条直线（母线）的两端分线）的两端分别沿二固定曲别沿二固定曲线（导线）移线

5、（导线）移动所形成曲面动所形成曲面。 双曲抛物面也是直纹曲面 5.1.3 5.1.3 薄壳结构的内力薄壳结构的内力为了方便计算，一般不用应力作为计算单位，而是以中曲面单位长度上的内力作为计算单位。内力有8对，分为两类：1、作用于中曲面以内的薄膜内力；2、作用于中曲面以外的弯曲内力。理想的薄膜没有抵抗弯曲和扭理想的薄膜没有抵抗弯曲和扭曲的能力。曲的能力。薄膜内力是壳体结构中主要内薄膜内力是壳体结构中主要内力的条件：力的条件：1、 R/20；2、具有均匀连续变化的曲面；3、荷载是连续分布的；4、壳体的各边界能够沿着曲面的法线方向自由移动，支座只产生阻止曲面切线方向位移的反力。5.1.4 5.1.4

6、 薄壳结构的施工方法薄壳结构的施工方法1、现浇混凝土壳体2、预制单元，高空装配3、地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升4、装配整体式叠合壳体5、采用柔膜喷涂成壳5.2 5.2 圆顶圆顶适用于平面为圆形的大跨度建筑。天文馆最常用的结构形式5.2.1 5.2.1 圆顶的结构组成及圆顶的结构组成及结构形式结构形式圆顶结构由壳身、支座环、下部支撑构件三部分组成。5.2.1 5.2.1 圆顶的结构组成及圆顶的结构组成及结构形式结构形式圆顶结构由壳身、支座环、下部支撑构件三部分组成。5.2.1 5.2.1 圆顶的结构组成及结构形式圆顶的结构组成及结构形式圆顶结构由壳身、支座环、下部支撑构件三部分组成。5.

7、2.1 5.2.1 圆顶的结构组成及结构形式圆顶的结构组成及结构形式圆顶结构由壳身、支座环、下部支撑构件三部分组成。5.2.2 5.2.2 圆顶的受力特点圆顶的受力特点1）圆顶的破坏图形3)支座环的受力5.2.3 圆顶的结构构造1）厚度为半径的1/600，受施工工艺限制，现浇和预制时有最小厚度要求；2）如何配筋？3）靠近壳体边缘处承受弯矩作用，应适当加厚；4）支座环梁可采用预应力梁；5）壳体上开洞需设内环梁；6）装配整体式圆顶的壳面划分。5.2.4 工程案例5.2.4 工程案例5.3 筒壳与锥壳单向有曲率的薄壳，零高斯曲率壳。5.3.1 筒壳的结构组成5.3.2 筒壳的受力特点筒壳与筒拱的区别：相同处与不同处筒壳：横向拱的作用与纵向梁的作用的综合。长壳：跨度/波长大于等于3短壳：跨度/波长小于等于1/2中长壳:上述范围外的筒壳5.3.3 筒壳的结构构造1、短壳：矢高大于波长的1/8，空间作用明显，壳体内力以薄膜内力为主，弯矩极小，按构造配筋。2、长壳：长壳截面高度建议取用跨长的1/101/15，壳板的矢高不应小于波长的1/8，板厚取波长的1/3001/500且大于50mm。5.3.4 筒壳结构的工程实例1、同济大学礼堂2、山西平遥县棉织厂5.4 双曲扁壳扁壳：矢高与覆盖底边最短边之间的比值小于等于1/5。5.4.1双曲扁壳的结构组成