建筑结构选型(李广军主编) 第03章 薄壳结构

建筑结构选型

SELECTTHETYPEOFTHESTRUCTURE2023/2/11建筑结构选型第3章

薄壳结构2023/2/12第3章

薄壳结构3.1概述3.2薄壳结构的曲面形式3.3圆顶薄壳3.4筒壳3.5双曲扁壳3.6折板结构3.7薄壳结构的工程实例2023/2/133.1

概述第3章

薄壳结构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。人们从这些天然壳体中受到启发，利用混凝土的可塑性，创造出各种形式的薄壳结构。2023/2/143.1

概述第3章

薄壳结构薄壳结构是用混凝土、塑料等刚性材料以各种曲面形式构成的薄壳结构，呈空间受力状态，主要承受曲面内的轴向力，而弯矩和扭距很小，所以混凝土强度能得到充分的利用。由于是空间结构，强度和刚度都非常好。薄壳厚度仅为其跨度的几百分之一。而一般的平板结构厚度至少是跨度的几十分之一。所以薄壳结构具有自重轻、省材料、跨度大、外形多样的优点，可用来覆盖各种平面形状的建筑屋顶。但大多数薄壳结构的形式较复杂，多采用现浇施工，费工、费时、费模板，且结构计算较复杂，不宜承受集中荷载,这些缺点在一定程度上影响了它的推广使用。2023/2/153.1

概述第3章

薄壳结构北京火车站正厅屋顶的扁壳，平面尺寸为35m×35m，矢高7m，壳厚选用80mm，完全是施工工艺的要求。北京：火车站鸟瞰图2023/2/163.1

概述第3章

薄壳结构印度新德里莲花教堂：1986年建成，高34.27m，底坐直径74m，由三层花瓣组成，全部采用白色大理石建造。2023/2/173.1

概述第3章

薄壳结构悉尼歌剧院2023/2/183.1

概述第3章

薄壳结构悉尼歌剧院整个建筑占地1.84公顷，长183米，宽118米，高67米，相当于20层楼的高度。它建在一座很高的混凝上平台上。门前大台阶宽90米，花岗石铺面。据说，是当今世界上最大最长的室外水泥阶梯。歌剧院整个分为三个部分：歌剧厅、音乐厅和休息厅。剧厅、音乐厅及休息厅并排而立，建在巨型花岗岩石基座上，各由4块巍峨的大壳顶组成。这些“贝壳”依次排列，前三个一个盖着一个，面向海湾，最后一个则背向海湾。贝壳形尖屋顶，是由2194块每块重15.3吨的弯曲形混凝土预制件，用钢缆拉紧拼成的，外表覆盖着105万块白色或奶油色的瓷砖。2023/2/193.2

薄壳结构的曲面形式3.2.1旋转曲面第3章

薄壳结构2023/2/1103.2.2平移曲面第3章

薄壳结构3.2

薄壳结构的曲面形式

椭圆抛物面双曲抛物面2023/2/1113.2.3

直纹曲面第3章

薄壳结构3.2

薄壳结构的曲面形式直纹曲面扭曲面2023/2/1123.2.3

直纹曲面第3章

薄壳结构3.2

薄壳结构的曲面形式柱面柱状面2023/2/1133.2.3

直纹曲面第3章

薄壳结构3.2

薄壳结构的曲面形式锥面锥状面2023/2/1143.3

圆顶薄壳3.3.1圆顶薄壳组成第3章

薄壳结构圆顶薄壳由壳身、支座环、下部支承构件三部分组成圆顶薄壳组成北京天文馆2023/2/1153.3

圆顶薄壳3.3.1圆顶薄壳组成第3章

薄壳结构一、壳身平滑圆顶肋形圆顶多面圆顶2023/2/1163.3

圆顶薄壳3.3.1圆顶薄壳组成第3章

薄壳结构二、支座环支座环对圆顶起到箍的作用。其功能和拱式结构中的拉杆一样，可有效阻止圆顶在竖向荷载作用下的裂缝开展及破坏，保证壳体处于受压状态，实现结构的空间平衡。支座环承受壳身边缘传来的推力，该推力使支座环在水平面内受拉，在竖向平面内受弯。由于支座环要承担很大的支座推力，环内会产生很大的环向拉力，因此支座环必须为闭合环形。同时，由于支座环对壳板边缘变形的约束作用，壳板的边缘附近产生径向的局部弯矩，设计时，应将壳板靠近边缘部分局部加厚，最好采用预应力混凝土支座环。2023/2/1173.3

圆顶薄壳3.3.1圆顶薄壳组成第3章

薄壳结构三、下部支承结构

支承在竖向承重结构上支承在建筑的斜拱上2023/2/1183.3

圆顶薄壳3.3.1圆顶薄壳组成第3章

薄壳结构三、下部支承结构

支承在框架上直接落地并支承在基础上2023/2/1193.3.2圆顶的受力特点第3章

薄壳结构3.3

圆顶薄壳球壳在均布竖向荷载作用下，上部承受环向压力，而下部承受环向拉力。由于砖砌体或混凝土的抗拉强度很低，因此往往在圆顶的下部沿着径向出现许多裂缝。壳身开裂后，支座环内的钢筋应力增加，支座环的边框作用日益增强。圆顶内部经过应力重分布后，实现了新的内力平衡。当荷载进一步增大，支座环内钢筋屈服时，圆顶即告破坏。2023/2/1203.4

筒壳3.4.1筒壳的结构组成第3章

薄壳结构筒壳由壳板、边梁和横隔三部分组成2023/2/1213.4

筒壳3.4.1筒壳的结构组成第3章

薄壳结构筒壳的截面高度与矢高2023/2/1223.4

筒壳3.4.1筒壳的结构组成第3章

薄壳结构一、壳板

多波单波多跨截面尺寸2023/2/1233.4

筒壳3.4.1筒壳的结构组成第3章

薄壳结构二、边梁常用边梁形式2023/2/1243.4

筒壳3.4.1筒壳的结构组成第3章

薄壳结构三、横隔

横隔形式（一）2023/2/1253.4

筒壳3.4.1筒壳的结构组成第3章

薄壳结构三、横隔

横隔形式（二）2023/2/1263.4.2筒壳的受力特点第3章

薄壳结构3.4

筒壳筒壳与筒拱从外形上看都为筒形，但两者的力学特性是完全不同的。筒拱两端是无横隔支承的，而筒壳两端是有横隔支承的，因而两者在承荷和传力上有着本质的区别。筒拱是横向以拱的形式单向承荷和传力的，纵向不传力，是平面结构，筒拱沿纵向取出单位长度结构的受力状态即可代表整个结构的受力。而筒壳是双向承荷与传力的空间结构，筒壳在横向以拱的形式承荷和传力，在曲面内产生横向压力，纵向以纵梁的形式把荷载传给横隔。筒壳是横向拱与纵向梁共同作用的空间受力结构。2023/2/1273.5

双曲扁壳第3章

薄壳结构2023/2/1283.5

双曲扁壳3.5.1双曲扁壳的结构组成第3章

薄壳结构双曲扁壳由壳板和周边竖直的边缘构件组成2023/2/1293.5.2双曲扁壳的受力特点第3章

薄壳结构3.5

双曲扁壳双曲扁壳在满跨均布竖向荷载作用下，壳板的受力以薄膜内力为主，在壳体边缘受一定的横向弯矩。2023/2/130第3章

薄壳结构3.6

折板结构2023/2/131第3章

薄壳结构3.6

折板结构北京：燕山石化某仓库（折板结构）2023/2/132第3章

薄壳结构3.6

折板结构某折板结构水泵房2023/2/133第3章

薄壳结构3.6

折板结构美国混凝土协会（ACI）折板结构2023/2/134第3章

薄壳结构3.6

折板结构湖北黄石新体育馆的空间折板式结构2023/2/1353.7

薄壳结构的工程实例3.7.1北京天文馆第3章

薄壳结构北京天文馆天象厅2023/2/1363.7

薄壳结构的工程实例3.7.1北京天文馆第3章

薄壳结构天文馆天象厅顶盖直径25m，半球形圆顶结构壳体厚60mm。最下部2.4m高度范圆内增厚到85mm，再下则为钢筋混凝土圈梁坐落在圆周形砖墙上。2023/2/1373.7.2台湾东海大学路思义教堂第3章

薄壳结构3.7

薄壳结构的工程实例2023/2/1383.7.2台湾东海大学路思义教堂第3章

薄壳结构3.7

薄壳结构的工程实例东海大学的校园象徵。著名美国华裔建筑师贝聿铭与台湾建筑师陈其宽之作，建于1962年9月至1963年11月。1956年，贝聿铭提出砖砌的圆拱造型构想之后，陈其宽考量台湾多地震，多方参考最后决定采用双曲面薄壳。2023/2/1393.7.2台湾东海大学路思义教堂第3章

薄壳结构3.7

薄壳结构的工程实例教堂内部无柱、无梁，靠四片曲墙支撑，前后通透，加上天窗、边窗溢入的光线，添增了一份宁静的神秘感。两片较高的内部是讲坛，较低的是坐席，内部曲面造出一个个菱形，内部往上延伸，牵引人们视线，营造通往上天气氛，菱形格子给内部一种几何美。2023/2/1403.7.3美国麻省理工学院克雷斯吉礼堂第3章

薄壳结构3.7

薄壳结构的工程实例美国麻省理工学院（MIT）礼堂球壳（平面为正三角形）2023/2/1413.7.3美国麻省理工学院克雷斯吉礼堂第3章

薄壳结构3.7

薄壳结构的工程实例球壳铰支座2023/2/1423.7.4广州星海音乐厅第3章