结构选型薄壳结构PPT课件

1、 薄壁空间结构启发自然界某些动植物的种子外壳、蛋壳、贝壳，可以说是天然的薄壳结构，它们的外形符合力学原理，以最少的材料获得坚硬的外壳，以抵御外界的侵袭。以蛋壳为例，由于工程中结构自重是以均布荷载的形式存在，在蛋壳上施加均布力，一般认为在蛋壳中部为最脆弱的部位，但实际情况结构产生应力均匀，而在两端较大。通常情况，如果一枚鸡蛋的横径在4厘米左右，那么蛋壳厚度就只有0.38毫米，二者的比值接近1：105。这么薄的蛋壳，简直不堪一击。然而，蛋壳的形状可以影响它的受力，凸出向外的曲面能把力均匀散开。特别是当它均匀受力时，抗压性就更大了，远不是看上去的那么脆弱。可见薄壳结构运用到大跨度建筑中，能够达到满应

2、力设计准则的要求。人们从这些天然壳体中受到启发，利用混凝土以及其他合金材料的可塑性，创造出各种形式的薄壳结构。建筑工程中的壳体结构多属薄壳结构（学术上把满足t/R1/20的壳体定义为薄壳）。第一节 概 述一 、薄壳结构的概念 壳体结构 等厚度壳 薄壳概念比较优点薄膜内力双轴力 顺剪力壳体平板双弯矩 扭矩空间受力薄膜内力材料强度充分利用很大的强度、刚度一 、薄壳结构的概念中曲面高斯曲率法截线按高斯曲率分类零高斯曲率正高斯曲率负高斯曲率一 、薄壳结构的概念零高斯曲率正高斯曲率负高斯曲率旋转曲面二 、薄壳结构的曲面形式由一条平面曲线绕着该平面内某一指定的直线旋转一周所形成的曲面平移曲面二 、薄壳结构

3、的曲面形式由一条竖向曲线做母线沿着另一条竖向曲线（导线）平行移动所形成的曲面椭圆抛物面双曲抛物面平移曲面二 、薄壳结构的曲面形式椭圆抛物面双曲抛物面直纹曲面二 、薄壁结构的曲面形式柱面由一段直线（母线）的两端分别沿着二固定曲线（导线）移动所形成的曲面扭曲面扭面也可认为是从双曲抛物面中沿直纹方向截取的一部分直纹曲面二 、薄壁结构的曲面形式劈锥曲面由一段直线（母线）沿一直导线和一根竖向曲导线移动并始终平行于一导平面形成的曲面劈锥曲面由一段直线（母线）沿一竖向曲线（导线）移动并始终通过一定点形成的曲面锥面:锥面曲面的组合双曲扁壳柱壳扭壳锥形壳劈锥壳三、薄壳结构的内力薄膜内力为主要内力的情况：壳体结构

4、的内力薄膜内力薄膜内力：弯曲内力：双轴力 顺剪力双弯矩 扭矩 横向剪力四、薄壳结构的施工方法现浇混凝土壳体预制单元、高空装配成整体壳体地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升采用柔膜喷涂成壳装配整体式叠合壳体北京天文馆第二节 圆 顶一 、圆顶的结构组成及结构型式1.壳身结构支座环壳身下部支承平滑圆顶肋形圆顶多面圆顶第二节 圆 顶一 、圆顶的结构组成及结构形式2.支座环阻止裂缝开展保证壳体处于受压工作状态实现结构的空间平衡作用：支座环一 、圆顶的结构组成及结构形式3.支承结构的类型支承在竖向承重构件上支承在框架上象落地拱直接落地并支承在基础上支承在斜柱或斜拱上斜拱二 、圆顶的受力特点1.圆顶的破坏2

5、.圆顶的薄膜内力壳面单元体的主要内力经向应力状态环向应力状态3.支座环的受力二 、圆顶的受力特点支座环三、圆顶的工程实例罗马小体育宫钢筋混凝土网肋形扁球壳结构 施工时起重机安装在中央天窗处 十分合理球壳采用预制钢丝网水泥菱形构件作模板，与壳板现浇成整体的肋形球壳壳肋葵花图案 具有装饰性采用36根Y字型斜柱支承 结构明朗 轻快 富有表现力第三节 筒 壳一 、筒壳的结构组成边梁(侧边构件)：是否有横隔板是筒壳和筒拱的区别横隔板第三节 筒 壳一 、筒壳的结构组成边梁的型式a 最经济b 适用于边梁下有墙或中间支承的建筑c 适用于小型筒壳d 边梁可兼作排水沟一 、筒壳的结构组成横隔板的型式框架横隔空腹桁

6、架横隔二 、筒壳的受力特点是否有横隔板是筒壳和筒拱的区别筒壳纵向 与梁类似 把上部竖向荷载传递给横隔横向 与拱类似 壳身产生环向压力按梁理论计算横向拱的作用小；纵向梁传力显著。近似梁作用横向拱的作用明显；纵向梁传力作用很小。近似拱作用内力主要为薄膜内力，按薄膜理论计算长壳短壳中长壳拱和梁的作用都明显。存在薄膜内力和弯曲内力，按弯矩理论或半弯矩理论计算三、工程实例我国许多纺织厂采用锯齿形的长筒壳，有利于采光某礼堂某飞机场哥伦比亚塔基纳运动场的雨蓬第四节 双曲扁壳一 、双曲扁壳的组成扁壳：（微弯平板）椭圆抛物面扁壳优点：矢高小，结构空间小，屋面面积相应减小，比较经济；平面多变，适用于圆形、正多边形

7、、矩形等建筑平面。边缘构件带拉杆的拱，拱形桁架，薄腹梁，拱形刚架种类：具有较大的刚度在四角交接处应有可靠连接构造措施要求：二 、双曲扁壳的受力特点薄膜内力为主三个受力区主要承受双向轴压力 按构造配筋 洞口开在此区主要承受正弯矩 壳体下表面受拉，布置钢筋 壳体越高越薄，弯矩越小，弯矩作用区越小1 中央区：2 边缘区：3 四角区：主要承受顺剪力，主应力为拉力配45度斜筋主应力为压力局部增大混凝土厚度边缘构件主要承受壳板边缘传来的顺剪力三 、工程实例北京火车站中央大厅顶盖、检票口通廊双曲扁壳中央大厅顶盖：35m*35m，f=7m，厚度80mm； 四周有拱形高窗，采光充分检票口通廊： 五个双曲扁壳，中

8、间的为21.5m*21.5m，其余16.5m*16.5m 矢高3.3m，厚度60mm，每个顶盖均可采光三 、工程实例北京网球馆扁壳中央隆起，适应网球在空中弧形轨迹，空间充分利用第五节 双曲抛物面扭壳壳体稳定性好双曲抛物面是直纹曲面，配筋和模板制作简单扭面也可以认为是从双曲抛物面中沿直纹方向截取的一部分，如abcd扭壳从双曲抛物面中沿直纹曲面切取的一部分上凸薄拱（受压）下凹索网（受拉）避免屈曲失稳，提高稳定性。壳板可以很薄扭壳单块作屋面或组合一 、扭壳的结构组成和型式形式双倾单块扭壳单倾单块扭壳组合型扭壳屋顶四边采光，排水方便。组成：壳板和边缘构件二 、扭壳的受力特点只有顺剪力 平行于直纹方向顺

9、剪力产生的主拉或主压应力，下凹受拉 “索”上凸受压 “拱”整个扭壳看成一系列受拉索与一系列受压拱组成的曲面组合结构扭壳的壳板 二 、扭壳的受力特点边缘构件轴力图四坡屋顶边缘构件顺剪力上弦杆受压，下弦杆件受拉顺剪力使拱方向的支座受推力单块扭壳屋盖锚于地下的斜拉杆拉杆扭壳的边缘构件落地拱单块扭壳屋盖落地拱扭壳屋盖边框推力的平衡扭壳的边缘构件顺剪力合力R作用于A、B的基础上当地基抗侧移能力不足时，在基础之间设置拉杆三、双曲抛物面扭壳的工程实例透视图平面图扭壳的几何图形大连海港转运仓库钢筋混凝土组合型双曲抛物面扭壳屋盖边缘构件为人字形拉杆拱曲面的切割与组合双曲扁壳锯齿形状（柱状）柱壳扭壳锥形壳劈锥壳两柱壳相贯两双曲抛物面壳相贯锥形壳锥形壳鸟瞰图室内透视室外透视由三组壳体组成每组有两个圆柱形曲面正交形成两个柱形曲面的交线为十字形交叉拱，加强壳体，并将荷载传至支座三组壳体的相交处为采光带美国圣路易航空港候机室壳体组合顶视图两圆柱正交几何图墨西哥霍奇米洛科餐厅立面平面几何形体建筑由八瓣鞍壳交叉组成，相交处加厚形成刚度极大的拱肋，直接支承在八个基础上建筑平面为30m*30m的正方形，壳厚40mm壳体的外围八个立面是倾斜的，整个建筑犹如一朵覆地莲花，造型别致室内采光、通风效果好经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量Study Constantly, And