结构选型薄壳结构ppt课件.ppt

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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

2、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/R≤1/20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

3、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

4、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

5、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.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

6、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

7、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、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

8、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