建筑结构选型------薄壁空间结构

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1、建筑结构选型第6章薄壁空间结构内容提要概述圆顶筒壳折板双曲扁壳双曲抛物面扭壳空间薄壁空间的其它形式概述薄壳结构的概念1.壳体结构的定义、几何尺寸及分类定义：壳体结构，也称曲面结构，一般是由上下两个几何曲面构成的空间薄劈结构。厚度：上下两个曲面之间的距离称为壳体的厚度t。等厚壳体与变厚壳体：当厚度t不随坐标位置的不同而改变时称为等厚度壳，反之称为变厚度壳。薄壳、厚壳或中厚壳：当厚度t远小于壳体的最小曲率半径R(t<

2、的曲面B.切平面—通过曲面一点并垂直于通过该点法线的平面，如图中的o1n1C.法平面—通过曲面法线的平面，通过曲面某点的法平面有无数个D.法截线—法平面与曲面相交的曲线E.法曲率—法截线在曲面上某点的曲率F.主曲率—法截线在曲面上某点所有曲率的极值（有两个，分别为极大值和极小值）G.主方向—曲面上某点与其主曲率对应的法截线的切线方向H.曲率线—曲面上各点与其主曲率对应的法截线概述薄壳结构的概念2.描述壳体结构的相关概念I.高斯曲率—曲面上某点两个主曲率乘积J.壳顶—在曲面以上的中曲面的最高点，如下图的o点K.矢高—壳顶到底面的距离，如右图的fL.矢率—矢高与底面短边之比，即右图

3、中的f/aM.扁壳与陡壳—矢率较小者为扁壳，较大者为陡壳，工程上常以f/a=1/5为界限概述薄壳结构的概念3.壳体结构相对梁、拱的力学特性A.梁—主要受弯剪，截面应力不均匀B.拱—主要受压，截面应力均匀。可找到与某种特定荷载的合理轴线。C.壳—相当于双向拱，主要受薄膜轴力和薄膜剪力，对荷载的适应性更强。概述薄壳结构的概念4.壳体结构实例A.自然界中的壳体结构蛋壳蚌壳螺蛳壳蜗牛壳脑壳果壳种子概述薄壳结构的概念4.壳体结构实例B.生活中的壳体结构乒乓球罐灯泡安全帽轮船飞机概述薄壳结构的曲面形式1.旋转曲面旋转曲面：由一条平面曲线绕着该平面内某一给定直线旋转一周所形成的曲面。旋转壳：

4、以旋转曲面为中曲面的壳体。母线：即绕旋转曲转动的曲线。旋转轴：旋转时不动的直线。球形壳椭球壳抛物球壳双曲球壳圆柱壳锥形壳双曲球壳概述薄壳结构的曲面形式2.平移曲面由一条竖向曲线作母线沿着另一竖向曲线（导线）平行移动所形成的曲面。椭圆抛物面双曲抛物面概述薄壳结构的曲面形式3.直纹曲面由一段直线（母线）的两端分别沿两固定曲线（导线）移动所形成的曲面。圆柱面椭圆柱面抛物柱面A.柱形面由一段直线作母线沿着两条相同且平行的曲线（导线）平行移动所形成的曲面。概述薄壳结构的曲面形式3.直纹曲面B.劈锥曲面由一段直线一端沿抛物线（或圆弧），另一端沿直线与指向平面平行移动所形成的曲面。劈锥曲面C

5、.扭曲面由一段直线作母线沿两根相互倾斜但又不相交的直导线平行移动所形成的曲面。它也可以看成是双曲抛物面的一部份。扭曲面双曲抛物面双曲抛物面中的abcd为扭曲面圆顶概述1.定义圆顶为正高斯曲率的旋转曲面壳。2.类型球面壳椭球壳旋转抛物面壳3.建筑与力学特点穹拱式的造型，四周传力的特点，使得其在大跨度时仍可用很薄的壳，且壳身应力很小，壳厚常按构造及稳定来确定即可。4.应用及实例壳体失稳圆顶适用于平面为圆形的建筑，如杂技院，剧院，展览馆，天文馆，圆形水池顶盖等。北京天文馆，R=25m，t=60mm，结构自重仅约2kN/m2。北京天文馆圆顶结构组成及形式1.结构组成由壳身、支座环和下部

6、支承结构三部份组成。2.壳身结构的形式最常见为平滑圆顶因采光、稳定需要或受集中荷载或采用装配整体式结构时，可用肋形圆顶。当跨度不大时，肋形圆顶可仅设经肋；当建筑平面为正多边形时，可采用多面圆顶结构。为建筑造型需要，可将多面圆顶稍作修改。圆顶结构组成及形式3.支座环的截面形式圆顶的支座环相当于拱的拉杆，主要为受拉，可采用普通或预应力混凝土梁。当圆顶不是支承在墙上而是柱上时，还同时受弯、剪、扭的作用。4.支承结构的形式A.直接支承在柱或墙等竖向承重构件上优点：受力明确，构造简单；缺点：跨度大时，推力大；表现力不够丰富B.支承在斜柱或斜拱上优点：平、立面布置灵活，表现力强；缺点：需基

7、础承受水平推力复式斜拱支承单式斜拱和交叉形斜柱支承Y形斜柱支承C.框架支承D.落地支承圆顶结构构造1.壳板厚度t=R/600，且现浇时≥40mm，装配整体式时≥30mm。2.壳板配筋A.受压区或主拉应力小于砼抗拉强度的受拉区，按构造配筋最小配筋率：0.2%；最小直径：4mm；最大间距：250mm。B.主拉应力大于砼抗拉强度的受拉区，按计算配筋最大间距：150mm。C.配筋形式及位置t≤60mm时：可仅在壳板中截面单层配筋；t>60mm或受冲击或振动荷载时：应双层配筋；3.支座环附近构造及配筋