大跨度建筑屋盖结构-薄壁空间结构

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1、薄壁空间结构第一节概述基本概念壳体结构一般是由上下两个几何曲面构成的空间薄壁结构。这两个曲面间的距离称为壳体的厚度。平分壳体厚度的曲面为壳体的中面。当壳厚远小于壳体的最小曲率半径时，称为薄壳。法线法截面法截线法曲率主曲率，两方向正交高斯曲率：两主曲率的乘积。正高斯曲率曲面，球面、椭圆抛物面零高斯曲面，柱面、锥面负高斯曲面，双曲抛物面矢率：矢高与底面短边之比。扁壳：矢率小于1/5薄壳结构的曲面形式1、旋转曲面：由一条平面曲线（母线）绕该平面内某一给定的直线（旋转轴）旋转一周所形成的曲面。旋转壳：球形壳、椭球壳、抛物球壳、圆柱壳、锥形壳2、平移曲面：由一条竖向曲线作母线

2、沿着另一条竖向曲线（导线）平行移动所形成的曲面。椭圆抛物面壳、双曲抛物面壳3、直纹曲面：由一段直线（母线）的两端分别沿二固定曲线（导线）移动所形成的曲面。柱面、柱状面（俩导线曲率不同），锥面、锥状面（一直一曲导线），扭曲面（俩相互倾斜但不相交的直导线），双曲抛物面。薄壳结构的内力以中面单位长度上的内力作计算单元，正向力、，顺剪力；横剪力，弯矩，扭矩无矩假定：假定整个薄壳的所有横截面上无弯矩和扭矩。无矩状态下，薄壳的内力只有薄膜内力，应力是沿薄壳厚度均匀分布的，材料强度可得到充分利用。满足无矩理论的条件：1、壳体具有均匀连续变化的曲面，2、壳体上的荷载是均匀连续分布的

3、，3、壳体各边界转角与法向位移不受约束。薄壳结构的施工1、现浇混凝土壳体整体性最好；但支架与模板用量大，曲面模板制作复杂，费材费工时，因壳体太薄，无法用更有效的振捣设备，不易保证混凝土的浇注质量，其厚度一般比预制壳板厚。2、预制单元、高空装配成整体壳体壳体划分成若干单元预制后在工地吊装、拼合、固定。整体性较差。3、地面现浇或预制单元装配后整体提升所需设备起重量较大4、装配整体式叠合壳体利用钢丝网水泥薄板作模板，其上浇注钢筋混凝土现浇层5、采用柔模喷涂成壳薄壳的优点：材料省、经济；自重小，为大跨度提供有利条件；曲面多样化，易提供丰富多彩的建筑造型。缺点：体型复杂，现浇

4、时费工费模料，施工不便；板厚太小，隔热效果不够好，长期日晒雨淋易开裂；天棚曲面易引起室内声音反射和混响。第二节圆顶薄壳一、圆顶的结构形式与特点圆顶薄壳是正高斯曲率的旋转曲面壳，是极古老而近代仍在大量使用的一种结构形式。具有很好的空间工作性能，圆顶的覆盖跨度可以很大而其厚度却很薄，壳身内应力通常很小，钢筋配置及壳身厚度常由构造要求及稳定验算来确定，材料用量很省。常用于平面为圆形的建筑，如杂技院、天文馆、剧院等的屋盖及圆水池的顶盖。目前最大直径已达200多米。圆顶结构由壳身、支座环、下部支承构件组成。壳身：平滑圆顶（最常用）肋形圆顶当由于采光要求需将圆顶表面划分为若干区

5、格，或当壳体承受集中荷载，或当壳身厚度太小不能保证壳体的稳定性时，或采用装配整体式时多面圆顶由数个拱形薄壳相交而成支座环：功能和拱式结构中的拉杆一样，可有效地阻止圆顶在竖向荷载作用下的裂缝开展及破坏，保证壳体基本上处于受压的工作状态，并实现结构的空间平衡。可采用普通钢筋混凝土梁或预应力混凝土梁。支承结构：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、直接落地并支承在基础上。二、圆顶的受力特点过渡点支座环的受力边缘处的竖向分量为水平分量为支座环内产生的拉力为产生的拉力为三、圆顶的结构构造1、圆顶结构壳板厚度一般由构造要求确定，

6、建议取圆顶半径的1/600，现浇不应小于40mm，装配整体式不应小于30mm。2、在壳板内受压区域及主拉应力小于混凝土抗拉强度的受拉区域，可按0.20%的最小配筋率配置构造钢筋，直径不小于4mm，间距不超过250mm。其余部分按计算配筋，钢筋间距不大于150mm。厚度不大于60mm时，弯矩较小区域可采用单层配筋，超过该厚度或当壳体受有冲击及振动荷载时，应采用双层配筋。3、由于支座环对壳板边缘变形的约束作用，壳板的边缘附近将会产生径向的局部弯矩。应将壳板靠近边缘部分局部加厚，并配置双层钢筋。加厚部分须做成曲线过渡，加厚范围不小于壳体直径的1/12-1/10，钢筋直径为

7、4-10mm，间距不大于200mm。4、支座环梁可用普通钢筋混凝土或预应力混凝土梁。非预应力配筋时，受力钢筋应采用焊接接头，大跨圆顶支座环梁宜配置预应力钢筋。5、当建筑上由于通风采光等要求需在壳体顶部开孔洞时，应在孔边设圆环加强。6、为了方便施工，可采用装配整体式圆顶结构。第三节筒壳筒壳的组成：壳身、侧边构件及横隔两个横隔间距离称为筒壳的跨度，两个侧边构件间距离称为筒壳的波长。不同，筒壳的受力状态就不同，增加到一定程度时，筒壳就会象弧形截面梁一样受力；当减小时，筒壳的空间工作性能就愈来愈明显，这主要反映了横隔对空间工作的影响。筒壳结构是横向拱的作用与纵向梁的作用