第五章--薄壁空间结构(一)ppt课件.ppt

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1、第五章空间薄壁结构第一节概述一、发展简况广泛存在于自然中——种子，果壳，蛋壳，贝壳等。广泛存在于日常生活中——锅，碗，帽，灯泡，乒乓球。1958.北京火车站上右：1964.北京网球馆下左：1954.北京展览馆2、优缺点优点：（1）材料省——经济（2）自重轻——大跨（3）曲面多样——建筑造型丰富缺点：（1）施工复杂，费模板（2）保温隔热效果不好，易开裂（3）曲面易引起混响与反射，不适合于音响效果要求高的大会堂，影剧院等。多用于市场、食堂、博物馆、车站、航站楼、机库、体育馆等。3、常见型式薄壳结构分为球壳、筒壳、扁壳和

2、扭壳这四种主要结构类型。球壳筒壳3、常见型式扁壳扭壳二、曲面理论相关知识1．基本概念：（1）薄壳：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。当δ不随坐标位置的不同而改变时，称为等厚壳；反之，称为变厚度壳。两个曲面之间的距离称为壳体的厚度δ，当壳体结构的两个曲面之间的距离δ（厚度）远远小于壳体的最小曲率半径R时，称为薄壳结构。（一般要求δ/R≤1/20）（2）中曲面：等分壳体各点厚度的几何曲面称为壳体的中曲面。薄壳结构，可以仅以中曲面的方程描述整个结构的变形及内力。（3）高斯曲率：曲面上任意一点上的高斯曲

3、率等于该点两主曲率的乘积：K=k1k2=1/R1R2A．正高斯曲率：K=k1k2>0B．负高斯曲率：K=k1k2<0C．零高斯曲率：K=k1k2=0，即其中一个主方向为直线。不同曲率的曲面形式（4）矢高、矢率：中曲面覆盖的底面的短边为a，如图示：f/a称为矢率。矢率很小的壳体称为扁壳，矢率较大着称为陡壳。在混凝土结构中，f/a≤1/5时，称为扁壳。三、薄壳结构的曲面形式1、旋转曲面：由一平面曲线作为母线绕其平面内的轴旋转而成的曲面。不同形状的母线，形成的旋转曲面也不同。2、平移曲面：一条竖向曲线做母线沿另一条竖向曲

4、线（导线）平行移动所形成的曲面。椭圆抛物面双曲抛物面（1）椭圆抛物面：母线：抛物线；导线：与母线凸向相同的抛物线平移形成，其形成的曲面与水平面的截交面为一椭圆。（2）双曲抛物面：母线：抛物线；导线：与母线凸向相反的抛物线平移形成。其形成的曲面与水平面的截交面为一双曲线。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

5、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3．直纹曲面：由一根直线（母线）的两端分别沿两固定的曲线（导线）移动而形成的曲面。工程中常见的直纹曲面有以下几种：（1）鞍壳、扭壳：鞍壳即双曲抛物面构成的。扭壳是由扭曲面构成的。扭曲面则是一根直母线沿两根互相倾斜但不相交的直导线平移而成的曲面；扭曲面也可以是从双曲抛物面中沿直纹方向截取的一部分。（2）柱面与柱状面A、柱面：由直母线沿一竖向曲导线移动而成的曲面。B、柱状面：由一直母线沿着两根

6、曲率不同的竖向曲导线移动，并始终平行于一导平面。（3）锥面与锥状面A、锥面：一条直线（母线）沿一条竖向曲导线移动，并始终通过一定点而成的曲面。B、锥状面：由一直线（母线）一端沿一根直线，另一端沿另一根曲线（圆弧或抛物线）且与指向平面平行移动而形成的曲面。劈锥曲面锥面4、曲面的组合将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。不过，曲面过于复杂，会造成极大的施工困难，甚至难以实现。双曲扁壳柱壳扭壳锥形壳劈锥壳三、薄壳结构的内力1．薄壳的内力：如图：左：中曲面外的弯曲内力右：中

7、曲面内的薄膜内力从受力可以看出空间壳与平面拱的根本区别：2．可以忽略弯曲内力的条件：A.薄壁δ/R≤1/20，并同时满足B.壳体具有均匀、连续变化的曲面；C.壳体上的荷载是均匀连续的D.壳体的各边界能够沿着曲面的法线方向自由移动，支座只产生阻止曲面沿切线方向位移的反力。由于壳体主要承受薄膜内力，弯曲内力很小，且薄膜内力沿壳壁是均匀分布的，所以，壳体结构可以充分发挥材料强度，做到壳体薄，自重轻而强度大。因而经济。四、薄壳结构的施工1、薄壳结构的施工方法（1）现浇混凝土壳体（2）预制单元、高空装配成整体壳体（3）地面现

8、浇壳体或预制单元装配后整体提升（4）装配整体式叠合壳体（5）采用柔模喷涂成壳2、预应力结构可提高空间结构的刚度及抗裂性，可连接装配式构件，节约钢筋用量，减小侧边构件的尺寸，创造有利的应力分布。第二节圆顶薄壳圆顶属于正高斯曲率的旋转曲面壳，母曲线形式的不同，形成球面壳、椭球面壳及旋转抛物面壳。北京天文馆1957直径25m，壳厚60㎜一.圆顶结构的优点：A.壳体