《薄壳结构》PPT课件

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1、第九章薄壳结构水建学院土木工程系薄壳结构概念:曲板的内力改变为受压为主，受压比受弯有利得多，尤其是多向受压，处于空间工作状态更加有利薄壳必须具备两个条件：一是“曲面的”，二是“刚性的”。所以，薄壳可以简单理解为四边支承的曲板。薄壳的结构组成一般包括：曲面的壳板和周边的边缘构件两部分。薄壳结构的优点：薄壳突出一个“薄”字，故其优点是：材料省、很经济；自重小，为大跨度提供有利条件；曲板的曲面多样化，为建筑造型提供丰富多采的创造条件。壳结构的缺点：体型复杂，现浇结构时费工费模料，施工不便；板厚太小，结构厚度和保温隔热都靠这几公分厚的材料，隔热效果不够好，长期

2、日晒雨淋容易开裂；壳板天棚的曲面容易引起室内声音反射和混响，对音响效果要求高的大会堂、体育馆、影剧院等建筑不适宜采用。第一节薄壳结构的受力特点与优缺点第二节薄壳的型式与曲面关系薄壳结构是一种薄得不致于产生明显的弯曲应力，但厚度是以承受压力、拉力和剪力的形抵抗结构。所谓“形抵抗结构”就是将材料造成一定的形式从而获得强度去承受荷载的结构。薄壳结构赖以获得这种能力的“形”就是曲面，薄壳的结构效能就是归功于曲面的曲率和几何特征。薄壳的型式很多，诸如球面壳、圆柱壳、双曲扁壳、幕结构、折结构等，都是由曲面变化而创造出的各种型式。薄壳基本曲面形式几何形成的类型:一、

3、旋转曲面由一平面曲线作母线绕其平面内的轴旋转而成的曲面，称为旋转曲面。常见的有：球形曲面、旋转抛物面和旋转双曲面。二、平移曲面竖向曲母线沿另一竖向曲导线平移而成的曲面称为平移曲面。工程中常见的有椭圆抛物面双曲扁壳和双曲抛物面。注意区别。三、直纹曲面一直线沿二固定曲线移动形成的曲面。常见的有：1.双曲抛物面(鞍壳、扭壳)如上图(b)所示的双曲抛物面，也可按直纹曲面的方式形成，即工程中的鞍壳。工程中扭壳是由扭曲面构成的。2．柱面与柱状面柱面是由直母线沿一竖向曲导线移动而形成的，如筒壳。柱状面是由一直母线沿着两根曲率不同的竖向曲导线移动，并始终平行于一导平面

4、而形成，如柱状面壳。3.锥面与锥状面锥面是一直母线沿一竖向曲导线移动，并始终通过一定点而形成的曲面，如锥面壳。锥状面是由直母线沿一根直导线和一根竖向曲导线移动，并始终平行于一导平面而形成的曲面。四、复杂曲面在上述的基本几何曲面上任意切取一部分，或将曲面进行不同的组合，便可得到各种各样复杂的曲面。第三节圆顶薄壳一、圆顶薄壳型式圆顶薄壳的曲面是球形曲面，故也称“球面薄壳”。圆顶薄壳是最早出现的一种古老型式，它的受力简单。壳板的径向和环向弯矩极小，可以忽略。所以，壳体主要承受压力，压力沿整个球面扩散均匀分布，可以充分利用材料的强度。边缘构件为一圆环，对圆顶壳

5、面起箍的作用，圆顶通过它搁在支承构件上，边缘构件主要承受环向拉力和弯矩。根据壳板构造，圆顶薄壳可以分为：平滑圆顶、肋形圆顶和多面圆顶三种。二、圆顶薄壳的内力状态一般情况下，壳面的径向和环向弯矩较小可以忽略，壳面内力可按无弯矩理论计算。在轴向（旋转轴）对称荷载作用下，圆顶径向受压，环向上部受压，下部可能受压也可能受拉，这是圆顶壳面中的主要内力。从此可以看出，圆顶结构可以充分利用材料的强度。支座对圆顶壳面起箍的作用，所以支座环承受壳面边缘传来的推力，其截面内力主要为拉力。由于支座环对壳面边缘变形的约束作用，壳面的边缘附近产生径向的局部弯矩。圆顶薄壳的支承结

6、构，一般有以下几种：(1)通过支座环支承在房屋的竖向承重构件上。(2)支承在斜柱或斜拱上。(3)支承在框架上。(4)圆顶结构直接落地并支承在基础上。第四节圆柱形薄壳圆柱形薄壳的曲面呈单曲外形，故也称为“筒壳”。筒壳因其几何形状简单，模板制作容易，施工简单，故广泛用于工业与民用建筑屋盖上。筒壳一般由壳板、边梁和横隔三部分组成。一、长薄壳（一）形式和尺寸当l1/l2≥l时，称为长薄壳。此时，由于l1/l2的比值较大，筒壳的受力情况像曲线截面的梁一样，其计算理论与曲线截面梁相仿。长薄壳的l1/l2的比值一般为l.5～2.5，最大可达3～4。长薄壳的跨长最大可

7、达30m。壳体截面的总高度f不应小于（1／10～1／15）l1；矢高f1不应小于1／8l2。壳板的厚度一般为3～8cm。（二）长壳受力特点和内力计算简介薄壳是空间结构，在荷载作用下产生的内力与普通梁板结构不同，内力的计算也比普通梁板结构复杂得多。二、短壳短壳一般也是由壳板、边梁和横隔构件三部分组成，其跨度与波长的比值l1/l2<1，通常等于或小于0.5。短壳一般是多跨的。（一）壳板壳板的矢高f1不应小于1/8l2。壳板内的应力不大，通常不必计算，可按跨度及施工条件决定其厚度。对普通跨度（l1＝6～12m，l2＝18～30m）的屋盖，当矢高不小于1/8l

8、2时，厚度可按表9－1选定。（二）边梁边梁宜采用矩形截面，其高度一般为（1/15-1/10）l