薄壁空间结构PPT课件
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第五章 薄壁空间结构(一)PPT课件
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（3）下部支承结构：
•支承在竖向承重构件上 •支承在斜柱或斜拱上
•支承在框架上
斜拱
•直接落地并支承在基础上
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三 、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 精选ppt课件2021
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3.支座环的受力
小体育宫——支
承在斜拱或斜柱
上
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▪ 2、罗马小体育宫大阪市中央体育馆
▪ 所在地：大阪市港区田中3丁目 ▪ 设计时间：1992年8月~1993年5月 ▪ 施工时间：1993年6月~1996年5月 ▪ 设计监理：大阪市都市整备局营运部 ▪ 施工企业：大林.西松.浅沼建设共同体 ▪ 结构类别：基础是现场灌注混凝土柱，现场
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二 、薄壁结构的曲面形式
➢直纹曲面
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
柱面
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
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二 、薄壁结构的曲面形式
➢直纹曲面
•锥面:
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
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。
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1
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薄壁空间结构
粒子群优化算法
模拟鸟群、鱼群等生物群体的行为模 式，通过个体间的信息共享和协作来 寻找最优解。
结构尺寸优化
截面尺寸优化
根据结构承载力和稳定性要求， 优化薄壁结构的截面尺寸，以实 现最佳的承载性能和稳定性。
杆件长度优化
根据结构刚度和稳定性要求，优 化杆件的长度，以提高结构的整 体性能。
板厚优化
根据结构承载力和稳定性要求， 优化板的厚度，以提高结构的承 载能力和稳定性。
离散元法
总结词
离散元法是一种用于分析离散物体运动的数 值方法，通过将物体离散为一系列刚性或柔 性单元，对单元进行受力分析和运动学计算 。
详细描述
在薄壁空间结构分析中，离散元法可以用于 模拟结构的动态行为和碰撞问题。该方法将 结构离散化为一系列刚性或柔性单元，通过 建立单元间的相互作用模型，对每个单元进 行受力分析和运动学计算，从而得到结构的
结构形状优化
形状优化
通过改变结构的形状来提高结构的承 载能力和稳定性，如改变梁的截面形 状、改变板的形状等。
曲率优化
通过改变结构的曲率来提高结构的承 载能力和稳定性，如改变梁的弯曲程 度、改变板的曲率等。
结构拓扑优化
材料分布优化
根据结构承载力和稳定性要求，优化 材料的分布，以提高结构的承载能力 和稳定性。
大跨度桥梁等建筑和设施。
03 薄壁空间结构的分析方法
有限元分析法
总结词
有限元分析法是一种常用的数值分析方 法，通过将连续的求解域离散为一组有 限个、且按一定方式相互连接在一起的 单元组合体，对每个单元进行数学描述 ，然后对整个系统进行求解。
VS
详细描述
有限元分析法在薄壁空间结构分析中广泛 应用，它能够处理复杂的几何形状和边界 条件，提供高精度的计算结果。通过将结 构离散化为有限个单元，对每个单元进行 受力分析，然后利用数学方法将各单元的 受力情况综合起来，得到整个结构的受力 状态。
模拟鸟群、鱼群等生物群体的行为模 式，通过个体间的信息共享和协作来 寻找最优解。
结构尺寸优化
截面尺寸优化
根据结构承载力和稳定性要求， 优化薄壁结构的截面尺寸，以实 现最佳的承载性能和稳定性。
杆件长度优化
根据结构刚度和稳定性要求，优 化杆件的长度，以提高结构的整 体性能。
板厚优化
根据结构承载力和稳定性要求， 优化板的厚度，以提高结构的承 载能力和稳定性。
离散元法
总结词
离散元法是一种用于分析离散物体运动的数 值方法，通过将物体离散为一系列刚性或柔 性单元，对单元进行受力分析和运动学计算 。
详细描述
在薄壁空间结构分析中，离散元法可以用于 模拟结构的动态行为和碰撞问题。该方法将 结构离散化为一系列刚性或柔性单元，通过 建立单元间的相互作用模型，对每个单元进 行受力分析和运动学计算，从而得到结构的
结构形状优化
形状优化
通过改变结构的形状来提高结构的承 载能力和稳定性，如改变梁的截面形 状、改变板的形状等。
曲率优化
通过改变结构的曲率来提高结构的承 载能力和稳定性，如改变梁的弯曲程 度、改变板的曲率等。
结构拓扑优化
材料分布优化
根据结构承载力和稳定性要求，优化 材料的分布，以提高结构的承载能力 和稳定性。
大跨度桥梁等建筑和设施。
03 薄壁空间结构的分析方法
有限元分析法
总结词
有限元分析法是一种常用的数值分析方 法，通过将连续的求解域离散为一组有 限个、且按一定方式相互连接在一起的 单元组合体，对每个单元进行数学描述 ，然后对整个系统进行求解。
VS
详细描述
有限元分析法在薄壁空间结构分析中广泛 应用，它能够处理复杂的几何形状和边界 条件，提供高精度的计算结果。通过将结 构离散化为有限个单元，对每个单元进行 受力分析，然后利用数学方法将各单元的 受力情况综合起来，得到整个结构的受力 状态。
薄壁空间结构
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n 圆顶是正高斯曲率的旋转曲面壳。 n 一、圆顶的结构组成及结构形式 n 1、壳身部分
20
20
按壳板的构造不同，圆顶薄壳可分为平 滑圆顶、肋形圆顶和多面圆顶三种。
三种圆顶壳板构造 （a）平滑圆顶 （b）肋形圆顶 源自c）多面圆顶2121
n 2、支座环
支座环是球壳的底座，它是圆顶薄壳结构保持几何不变 性的保证，对圆顶起到箍的作用。它可能要承担很大的 支座推力，由此环内会产生很大的环向拉力T，因此支 座环必须为闭合环形，且尺寸很大，其宽度在0.5— 2m，建筑上常将其与挑檐、周圈廊或屋盖等结合起来加 以处理，也可以单独自成环梁，隐藏于壳底边缘。
23
23
圆顶薄壳支承在斜拱
这种支承方式，往往会收到意想不到建筑效果。在平面上， 斜柱、斜拱可布置为多边形，给人以“天圆地方”的造型美。 在立面上，斜柱、斜拱可以外露，既可表现结构的力量之 美，又能与其它建筑构件互相配合，形成很好的装饰效果， 给人清新，明朗之感。
n薄壳的薄膜内力
3
3
n 由于壳体强度高，刚度大，用料省，自重轻；覆盖大面积， 无需中柱；而且其造型多变，曲线优美，表现力强，因而深 受建筑师们的青睐，故多用于大跨度的建筑物，如展览厅， 食堂，剧院，天文馆，厂房，飞机库等。
n 不过，薄壳结构也又其自身的不足之处，由于体形多为曲 线，复杂多变，采用现浇结构时，模板制作难度大，会费模 费工，施工难度较大；一般壳体既作承重结构又作屋面，由 于壳壁太薄，隔热保温效果不好；并且某些壳体（如球壳、 扁壳）易产生回声现象，对音响效果要求高的大会堂、体育 馆、影剧院等建筑不适宜。
n 以上所列种种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。两个曲面之间的距离即为壳体的厚度
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n 圆顶是正高斯曲率的旋转曲面壳。 n 一、圆顶的结构组成及结构形式 n 1、壳身部分
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按壳板的构造不同，圆顶薄壳可分为平 滑圆顶、肋形圆顶和多面圆顶三种。
三种圆顶壳板构造 （a）平滑圆顶 （b）肋形圆顶 源自c）多面圆顶2121
n 2、支座环
支座环是球壳的底座，它是圆顶薄壳结构保持几何不变 性的保证，对圆顶起到箍的作用。它可能要承担很大的 支座推力，由此环内会产生很大的环向拉力T，因此支 座环必须为闭合环形，且尺寸很大，其宽度在0.5— 2m，建筑上常将其与挑檐、周圈廊或屋盖等结合起来加 以处理，也可以单独自成环梁，隐藏于壳底边缘。
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圆顶薄壳支承在斜拱
这种支承方式，往往会收到意想不到建筑效果。在平面上， 斜柱、斜拱可布置为多边形，给人以“天圆地方”的造型美。 在立面上，斜柱、斜拱可以外露，既可表现结构的力量之 美，又能与其它建筑构件互相配合，形成很好的装饰效果， 给人清新，明朗之感。
n薄壳的薄膜内力
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n 由于壳体强度高，刚度大，用料省，自重轻；覆盖大面积， 无需中柱；而且其造型多变，曲线优美，表现力强，因而深 受建筑师们的青睐，故多用于大跨度的建筑物，如展览厅， 食堂，剧院，天文馆，厂房，飞机库等。
n 不过，薄壳结构也又其自身的不足之处，由于体形多为曲 线，复杂多变，采用现浇结构时，模板制作难度大，会费模 费工，施工难度较大；一般壳体既作承重结构又作屋面，由 于壳壁太薄，隔热保温效果不好；并且某些壳体（如球壳、 扁壳）易产生回声现象，对音响效果要求高的大会堂、体育 馆、影剧院等建筑不适宜。
n 以上所列种种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。两个曲面之间的距离即为壳体的厚度
第六章 薄壁空间结构
横隔（跨度）－－ 功能：承受顺剪力，将内力传到下部结构 型式：5种
l1 / l2 ≥ 3
6.3.2 筒壳的受力特点
1. 当 l1 / l 2 ≥ 3 2. 当 l1 / l 2 ≤ 2 时；为长壳：按梁理论计算 时；为短壳：按照薄膜理论计算
3.当 2 < l1 / l 2 < 3 时；为中长壳：薄壳，半弯矩理论计算 4.横隔：按偏心受拉构件设计
6.6 双曲抛物面扭壳
双曲抛物面扭壳是双曲抛物面截取的直纹曲面 。
双曲抛物面扭壳
6.6.1 结构的组成
壳板 1.双倾单块 2.单倾单块 3.组合型 边缘构件 形式：1.三角形桁架 2. 拉杆人字架
l1 / l2 ≥ 3
6.6.2 双曲抛物面扭壳的受力特点
四坡屋顶 ：三角形桁架受力 单块扭壳：对角线方向的推力 落地扭壳：边框推力
6.3.3 筒壳的结构构造
f 1.短壳： > 1 / 8l 2 ，t 与配筋按构造 2.长壳：f > 1 / 8l 2 ，h ≈ 1 / 10 ~ 1 / 12l 2 ； 可取 1 / 300 ~ 1 / 500l 2 ， t
配筋按计算确定 3.天窗孔的布置 4.装配整体式圆柱面筒壳
6.3.4 结构实例
大坂市中央体育馆
所 在 地：大坂市港区田中3丁目 设计时间：1992年8月～1993年5月 施工时间：1993年6月～1996年5月 设计监理：大坂市都市整备局营运部
m 施工企业：大林·西松·浅沼建设共同体
2
结构类别：基础：现场灌注混凝土桩，现场 灌注混凝土连续墙 上部结构：预应力混凝土球形壳体 建筑面积：38425m2
6.2 圆顶
圆顶是正高斯曲率的旋转曲面壳。根据建筑设计的要求， 圆顶的形式可采用球面壳、椭球面及旋转抛物面壳等。
薄壁体系的几何组成解析PPT课件( 19页)
§2. 薄壁体系的几何组成分析
§2-1 平面薄壁结构的几何组成分析
薄壁结构由杆和板组成，杆与杆之间铰接，杆与板之间铆接或焊接。 杆起斜杆作用。没有板体系是可变的；加上板体系是几何不变的。
四个杆，一个板
五个杆
几何组成分析时，将板当作斜杆 按桁架分析
§2. 薄壁体系的几何组成分析
§2-1 平面薄壁结构的几何组成分析
§2-3 空间桁架的组成规则
规则1：在基本四面体上用不在同一平面的三个杆 连接一个结点仍为无多余约束的几何不变体系。
规则2：两刚体规则，两个刚体用六根轴线不都相
交于同一轴线，且不在同一平面的链杆相连组成
无多余约束的几何不变体系。
1
空间固定桁架的组成规则：从固定面开始， 2
4
用三根不在同一平面的链杆相连接一个结 3 点组成无多余约束的几何不变体系。
超静定次数f 的计算：
c－约束总数
f c3n6 自由体公式
§2. 薄壁体系的几何组成分析
§2-4 空间薄壁结构的组成规则
一、盒式结构
盒式结构－由杆和板组成的六面体结构。
（杆与杆之间铰接，杆与板之间铆接或焊接）
单层自由盒式结构 单层固定盒式结构
4个结点，8个杆， 5个板。
有一个多余约束。
43(85)1
超静定次数f 的计算： f c3n 固定体公式
c－约束总数， n－结点总数
§2. 薄壁体系的几何组成分析
§2-4 空间薄壁结构的组成规则
一、盒式结构
自由盒式结构
固定盒式结构
一个闭室：
f (1 2 6 ) 3 8 6 0 f85341
两个闭室：
f (2 1 0) 1 3 1 2 6 1f1 6 1 0 3 82
§2-1 平面薄壁结构的几何组成分析
薄壁结构由杆和板组成，杆与杆之间铰接，杆与板之间铆接或焊接。 杆起斜杆作用。没有板体系是可变的；加上板体系是几何不变的。
四个杆，一个板
五个杆
几何组成分析时，将板当作斜杆 按桁架分析
§2. 薄壁体系的几何组成分析
§2-1 平面薄壁结构的几何组成分析
§2-3 空间桁架的组成规则
规则1：在基本四面体上用不在同一平面的三个杆 连接一个结点仍为无多余约束的几何不变体系。
规则2：两刚体规则，两个刚体用六根轴线不都相
交于同一轴线，且不在同一平面的链杆相连组成
无多余约束的几何不变体系。
1
空间固定桁架的组成规则：从固定面开始， 2
4
用三根不在同一平面的链杆相连接一个结 3 点组成无多余约束的几何不变体系。
超静定次数f 的计算：
c－约束总数
f c3n6 自由体公式
§2. 薄壁体系的几何组成分析
§2-4 空间薄壁结构的组成规则
一、盒式结构
盒式结构－由杆和板组成的六面体结构。
（杆与杆之间铰接，杆与板之间铆接或焊接）
单层自由盒式结构 单层固定盒式结构
4个结点，8个杆， 5个板。
有一个多余约束。
43(85)1
超静定次数f 的计算： f c3n 固定体公式
c－约束总数， n－结点总数
§2. 薄壁体系的几何组成分析
§2-4 空间薄壁结构的组成规则
一、盒式结构
自由盒式结构
固定盒式结构
一个闭室：
f (1 2 6 ) 3 8 6 0 f85341
两个闭室：
f (2 1 0) 1 3 1 2 6 1f1 6 1 0 3 82
第九章 薄壁空间结构
2. 短筒壳 L1／L2＜1横向壳板拱的作用明显受力近似于 ／ ＜ 横向壳板拱的作用明显受力近似于 单向作用的拱内很小，一般可不计算机壳板厚 单向作用的拱内很小， 按构照要求。 与配 按构照要求。 L1＝6∽10m, L2＝30∽100m(适用跨度 适用跨度) ＝ ∽ ＝ ∽ 适用跨度 大多为单波多跨
3．筒壳的开洞 ①通常采用锯齿形屋盖来解决筒壳的采光通风问题 优点：采光均匀、波谷汇水量小、造型优美 ②也可采用无窗钆的处理方式 宜放于筒壳顶部 洞口横向尺寸≤
4．选型与布置 适用跨度大，平面进深在，支承结构多样化。 一般用于展览性建筑，平面布局不太变化的建筑，规则 平面,有多 种布置方式：单波单跨、单波多跨、多波单跨、多波多 跨、形式 多样、并列，垂直交叉、悬挑横向悬挑、纵向悬挑。
（一） 圆顶
是一种正高斯曲率的旋转曲面壳，空间刚度大壳体薄跨主最大 可达207m用料省 北京天文馆25m，壳厚60mm，展览馆等。 1．结构组成 （1）壳身：平滑圆顶，肋形圆顶多面圆顶 （2）支座环：圆顶保持几何不变的保证 （3）支承结构 a.支座环支承在竖向承重构件上 b.支承在斜柱或斜拱上 c.支承在框架上 d.支承在基础上
3．构造尺寸等要求 （1）壳板厚度由板造确定，可取 R现浇应≥40m装配 应≥30m （2）壳板边缘由于支座环约束会产生径向局部弯矩， 应局部加厚配双层钢 （3）当上设孔洞时应在孔洞周围设圆形加强－内环梁
（二） 筒壳
亦称柱面壳为零高斯曲率壳， 亦称柱面壳为零高斯曲率壳，是历史上出现最早的壳体 几何形状简单，模板制作方便，易于施工广泛采用。 几何形状简单，模板制作方便，易于施工广泛采用。 1．结构组成工作特点：内力与变形 ．结构组成工作特点： 壳板②边梁③和横隔构件三部分组成， ①壳板②边梁③和横隔构件三部分组成，边梁可理解为 壳体的“边框” 两边梁之间的距离为波长。 壳体的“边框”，两边梁之间的距离为波长。 横隔可理解为壳板和边梁的支承构件故L1为跨度 横隔可理解为壳板和边梁的支承构件故 为跨度 L1／L2≥①简壳受力类似曲线截面梁，把整个壳体看 ／ ①简壳受力类似曲线截面梁， 做两端支承在横隔上的梁L1为跨度 做两端支承在横隔上的梁 为跨度 L1≤40m L2≤20m,否则边梁过高，横向从过大不经济 否则边梁过高， 否则边梁过高 大部分为多波形以覆盖较大空间，壳板厚一般为准0－ 大部分为多波形以覆盖较大空间，壳板厚一般为准 － 80mm空间作用不明显 空间作用不明显
第五章 薄壁空间结构
(2)预制单元、高空装配成整体壳体
把壳体划分成若干单元预制后在工地吊装、拼合、固定。因 只需在接缝处搭脚手架浇筑混凝土，接缝模板量少且为单曲， 较易制作，现场高空作业量大为减少，工期较短，且施工不 受季节影响。装配整体式壳体的整体抗震性能，比现浇混凝 土壳体差。单元划分时规格不宜过多，堆放、搬运及吊装时 需特别注意壳板稳定，因此一般宜增设壳板边肋，这将增加 一些材料用量，但同时壳板的厚度则可比无肋壳体做的薄些。
2.砌体结构 用砌体作为竖向承重结构的结构体系。
3.砌体结构的应用 由于砌块具有良好的耐火、保温、隔声和抗腐蚀 性能，且具有较好的大气稳定性。它还可以就地取材，生产和施工工 艺简单，工程造价低。尽管砌体结构也具有自重大、强度低、抗震性 能差的弱点，砌体结构在我国依然有着非常广泛的应用。
4.提高砌体结构承载能力和抗震性能的技术措施 1）在灰缝中配置钢筋，可以增强砌体本身的强度和变形
（4）拱结构的支撑系统：为了保证拱在轴线平面外的受压稳定性， 须设置横向支撑，为了传递作用于山墙上的风荷载，还应设置纵向支 撑。
（5）拱结构的实际应用：建筑中多用于屋面结构。 （6）拱结构的布置：并列拱或交叉拱结构
多层建筑结构核心概念复习
1.砌体 砌块材料用灰浆粘接砌筑而成的结构体。
化处、楼梯间及电梯间；并应尽量布置在端部。
1 概述
一、薄壳结构的概念 壳体结构是一种曲面的空间薄壁结构。壳体的截面高度称为壳体厚度，
根据壳体厚度是否有变化，有等厚度壳和变厚度壳之分。 当厚度远小于壳体的最小曲率半径时，称为薄壳，反之称为厚壳或中
厚度壳。 一般在建筑工程中所遇到的壳体，常属于薄壳结构的范畴。
框架结构的承重方案 承重框架的布置方案有横向框架承 重方案、纵向框架承重方案和纵横向框架混合承重方案等 几种。
《薄壁空间结构》课件
风力、雨雪等自然因素对结构的影响。
充气薄壁空间结构
总结词
通过充气的方式形成封闭的空间结构，具有轻质、便携和 可移动等特点。
详细描述
充气薄壁空间结构是一种通过充气的方式形成封闭的空间 结构形式，具有轻质、便携和可移动等特点。这种结构通 常用于临时建筑、户外活动、商业展览等建筑领域。
总结词
易于安装和拆卸，方便运输和存储。
总结词
造型多样，可以根据不同的需求进行定制化设计。
薄膜薄壁空间结构
• 详细描述：薄膜薄壁空间结构的造型多样 ，可以根据不同的需求进行定制化设计。 设计师可以根据项目的具体要求，对薄膜 的形状、大小、颜色等进行调整，以满足 不同的使用功能和审美需求。
薄膜薄壁空间结构
• 总结词：易于安装和拆卸，方便运输和存储。
VS
稳定性分析需要考虑多种因素，如结 构的几何形状、支撑条件、材料特性 等。对于大型薄壁空间结构，稳定性 问题尤为重要，因为一旦发生失稳， 可能导致结构发生严重变形甚至破坏 。
振动性能
薄壁空间结构的振动性能是指结构在 受到外部激励（如风、地震等）或内 部因素（如机械振动）时，产生的振 动响应。
振动性能分析对于确保结构的正常使 用和安全性至关重要。通过合理的振 动控制措施，可以减小结构在风、地 震等自然灾害下的响应，提高结构的 可靠性和安全性。
固定连接
采用高强度螺栓、焊接或锚固 等方式将薄壁空间结构与基础 或其他结构进行固定连接。
基础准备
根据设计要求，对基础进行清 理、整平、夯实或浇筑混凝土 垫层。
安装组件
按照施工方法，将预制好的薄 壁空间结构组件进行拼装或吊 装至设计位置。
检查验收
对安装完成的薄壁空间结构进 行检查，确保满足设计要求， 并进行验收。
充气薄壁空间结构
总结词
通过充气的方式形成封闭的空间结构，具有轻质、便携和 可移动等特点。
详细描述
充气薄壁空间结构是一种通过充气的方式形成封闭的空间 结构形式，具有轻质、便携和可移动等特点。这种结构通 常用于临时建筑、户外活动、商业展览等建筑领域。
总结词
易于安装和拆卸，方便运输和存储。
总结词
造型多样，可以根据不同的需求进行定制化设计。
薄膜薄壁空间结构
• 详细描述：薄膜薄壁空间结构的造型多样 ，可以根据不同的需求进行定制化设计。 设计师可以根据项目的具体要求，对薄膜 的形状、大小、颜色等进行调整，以满足 不同的使用功能和审美需求。
薄膜薄壁空间结构
• 总结词：易于安装和拆卸，方便运输和存储。
VS
稳定性分析需要考虑多种因素，如结 构的几何形状、支撑条件、材料特性 等。对于大型薄壁空间结构，稳定性 问题尤为重要，因为一旦发生失稳， 可能导致结构发生严重变形甚至破坏 。
振动性能
薄壁空间结构的振动性能是指结构在 受到外部激励（如风、地震等）或内 部因素（如机械振动）时，产生的振 动响应。
振动性能分析对于确保结构的正常使 用和安全性至关重要。通过合理的振 动控制措施，可以减小结构在风、地 震等自然灾害下的响应，提高结构的 可靠性和安全性。
固定连接
采用高强度螺栓、焊接或锚固 等方式将薄壁空间结构与基础 或其他结构进行固定连接。
基础准备
根据设计要求，对基础进行清 理、整平、夯实或浇筑混凝土 垫层。
安装组件
按照施工方法，将预制好的薄 壁空间结构组件进行拼装或吊 装至设计位置。
检查验收
对安装完成的薄壁空间结构进 行检查，确保满足设计要求， 并进行验收。
薄壁空间结构
薄壁空间结构
薄壁空间结构，也称壳体结构。
它的厚度比其他尺寸(如跨度)小得多，所以称薄壁。
它属于空间受力结构，主要承受曲面内的轴向压力，弯矩很小。
它的受力比较合理，材料强度能得到充分利用。
薄壳常用于大跨度的屋盖结构，如展览馆、俱乐部、飞机库等。
薄壳结构多采用现浇钢筋混凝土，费模板、费工时。
薄壁空间结构的曲面形式很多。
这里讲两种，筒壳和双曲壳。
筒壳一般由壳板、边梁和横隔三部分组成。
筒壳的空间工作是由这三部分结构协同完成的。
它的跨度在30m以内是有利的。
当跨度再大时，宜采用双曲薄壳。
双曲壳特别适用于大空间大跨度的建筑。
双曲壳又分为圆顶壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳。
目前圆顶的直径已达200多米。
圆顶结构可用在大型公共建筑中，如天文馆、展览馆的屋盖。
圆顶结构由壳面、支座环组成。
通过支座环支于垂直构件上。
壳面主要承受压力，支座环承受拉力。
北京天文馆顶盖为半球形圆顶，直径25m，壳面厚6cm，结构自重约200kg／m2。
双曲扁壳是双曲抛物面的一种形式，它由壳板和竖直的边缘构件(横隔构件)组成。
因为扁壳的矢高比底面尺寸小得多，大约为l／5，所以叫扁壳。
例如北京火车站大厅，35mx35m的双曲面扁壳屋盖，壳板为8cm，宽敞明亮，是一成功的范例。
第五讲 钢筋混凝土空间薄壁结构
建筑结构选型
第五章 钢筋混凝土薄壁结构
壳结构的演变 两边支承的单向板只有一个方向受弯， 单向板只有一个方向受弯 两边支承的单向板只有一个方向受弯，另一个方向的抗弯 能力根本没有利用； 能力根本没有利用； 如果把做成四边支承的双向板 那么，双向受弯， 双向板， 如果把做成四边支承的双向板，那么，双向受弯，两向共 同受荷，则材料的抗弯潜力得到较充分的发挥。 同受荷，则材料的抗弯潜力得到较充分的发挥。
建筑结构选型
第五章 钢筋混凝土薄壁结构
椭圆抛物面
双曲抛物面
建筑结构选型
第五章 钢筋混凝土薄壁结构
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 由一段直线((母线 的两端分别沿两固定曲线 导线 移动所 直线 母线))的两端分别沿两固定曲线((导线 形成的曲面叫直纹曲面 直纹曲面。 形成的曲面叫直纹曲面。 房屋建筑中常用的直纹曲面有柱形曲面、锥曲面、扭曲面等 房屋建筑中常用的直纹曲面有柱形曲面、锥曲面、扭曲面等。 柱形曲面
锥ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 劈锥曲面
建筑结构选型
第五章 钢筋混凝土薄壁结构
扭曲面
扭壳面 扭壳面
双曲抛物面
扭壳面与双曲抛物面 扭壳面与双曲抛物面
建筑结构选型
第五章 钢筋混凝土薄壁结构
5.1.3 薄壳结构的内力
建筑结构选型
第五章 钢筋混凝土薄壁结构
理论分析表明：当曲面结构的厚度δ小于其最小主曲率半 最小主曲率半 理论分析表明：当曲面结构的厚度 小于其最小主曲率 径R的1/20并能满足下列条件时，薄膜内力是壳体结构中 1/20并能满足下列条件时，薄膜内力是壳体结构中 并能满足下列条件时 的主要内力： 的主要内力： （1）壳体具有均有连续的曲面； 壳体具有均有连续的曲面； （2）壳体上的荷载是均匀连续分 布的； 布的； （3）壳体的各边界能够沿着曲面 的法线放心自由移动， 的法线放心自由移动，支座只能 阻止曲面切线方向位移的反力。 阻止曲面切线方向位移的反力。
第五章 钢筋混凝土薄壁结构
壳结构的演变 两边支承的单向板只有一个方向受弯， 单向板只有一个方向受弯 两边支承的单向板只有一个方向受弯，另一个方向的抗弯 能力根本没有利用； 能力根本没有利用； 如果把做成四边支承的双向板 那么，双向受弯， 双向板， 如果把做成四边支承的双向板，那么，双向受弯，两向共 同受荷，则材料的抗弯潜力得到较充分的发挥。 同受荷，则材料的抗弯潜力得到较充分的发挥。
建筑结构选型
第五章 钢筋混凝土薄壁结构
椭圆抛物面
双曲抛物面
建筑结构选型
第五章 钢筋混凝土薄壁结构
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 由一段直线((母线 的两端分别沿两固定曲线 导线 移动所 直线 母线))的两端分别沿两固定曲线((导线 形成的曲面叫直纹曲面 直纹曲面。 形成的曲面叫直纹曲面。 房屋建筑中常用的直纹曲面有柱形曲面、锥曲面、扭曲面等 房屋建筑中常用的直纹曲面有柱形曲面、锥曲面、扭曲面等。 柱形曲面
锥ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 劈锥曲面
建筑结构选型
第五章 钢筋混凝土薄壁结构
扭曲面
扭壳面 扭壳面
双曲抛物面
扭壳面与双曲抛物面 扭壳面与双曲抛物面
建筑结构选型
第五章 钢筋混凝土薄壁结构
5.1.3 薄壳结构的内力
建筑结构选型
第五章 钢筋混凝土薄壁结构
理论分析表明：当曲面结构的厚度δ小于其最小主曲率半 最小主曲率半 理论分析表明：当曲面结构的厚度 小于其最小主曲率 径R的1/20并能满足下列条件时，薄膜内力是壳体结构中 1/20并能满足下列条件时，薄膜内力是壳体结构中 并能满足下列条件时 的主要内力： 的主要内力： （1）壳体具有均有连续的曲面； 壳体具有均有连续的曲面； （2）壳体上的荷载是均匀连续分 布的； 布的； （3）壳体的各边界能够沿着曲面 的法线放心自由移动， 的法线放心自由移动，支座只能 阻止曲面切线方向位移的反力。 阻止曲面切线方向位移的反力。
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a)壳体结构的内力
b）薄膜内力
内力可以分为两类，作用于中曲面内的薄膜内力和作用于中曲面外的
弯曲内力。理想的薄膜在荷载作用下只能产生轴向力Nx、Ny和顺剪力
S2x0y2=1/S3/7yx，因此，这三对内力通称为CH薄EN膜LI 内力。
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弯曲内力是由于中曲面的曲率和扭率的改变而产生的，它包括有横剪力Vx、 Vy；弯矩Mx、My以及扭矩Mxy=Myx。理论分析表明：当曲面结构的壁厚t 于其最小主曲率半径R的二十分之一并能满足下列条件时，薄膜内力是壳体 结构中的主要内力： （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）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 切线方向位移的反力。
平移曲面
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4. 切割或组合曲面
由上述三类曲面切割组合形成的曲面，建筑师根据平面及空间的需要， 通过对曲面的切割或组合，形成千姿百态的建筑造型。
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三、薄壳结构的内力
对于一般的壳体结构，中曲面单位长度上的内力一共有8对，它们是轴向力 Nx、Ny；顺剪力Sxy=Syx;横剪力Vx、Vy；弯矩Mx、My以及扭矩Mxy=Myx
侧边构件（边梁）与壳身共同工作，整体受力。 它一方面作为壳体的受拉区集中布置纵向受拉钢筋， 另一方面可提供较大的刚度，减少壳身的竖向位移 及水平位移，并对壳身的内力分布产生影响。
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Байду номын сангаас11
常见的筒壳横隔型式
横隔是筒壳的横向支承，缺少它，壳身的形体就要破坏。横隔的功能是承受 壳身传来的顺剪力并将内力传到下部结构上去。
（3）扭面
（一根直母线在两根相互倾斜又不相交的直导线上平行移动而成）,
直纹曲面建造时模板易于制作，常被采用。
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直纹曲面
直纹曲面
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3.平移曲面
由一根竖向曲母线沿另一竖向曲导线平移而成。其中，母线与导线均为 抛物线且曲率方向相同者称椭圆抛物面，因为这种曲面与水平面的截交曲线 为一椭圆；母线与导线均为抛物线。
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（二）筒壳的分类及受力特点
1. 长筒壳
当跨长 l1 与波长 l 2 的比值 l1 / l2 ≥3时，称为长筒壳。
对于较长的壳体，因横隔的间距很大，纵向支承的柔性很大，壳体的变形 与梁一致。这时长筒壳结构中的应力状态和曲线截面梁的应力状态相似， 可以按照材料力学中梁的理论来计算。
（a）平板结构
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（b）曲面结构（壳）
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薄壁空间结构，由于它主要承受曲面内的轴力作用，所以材料强度得到充分 利用；同时由于它的空间工作，所以具有很高的强度及很大的刚度。薄壳 空间结构内力比较均匀，是一种强度高、刚度大、材料省、既经济又合理的 结构型式。薄壁空间结构常用于中、大跨度结构，如展览大厅，飞机库、 工业厂房、仓库等。在一般的民用建筑中也常采用薄壳结构。 薄壁空间结构在应用中也存在一些问题，由于它体形复杂，一般采用现浇 结构，所以费模板、费工时，往往因此而影响它的推广。同时在设计方面， 薄壁空间结构的计算过于复杂。
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3.中长筒壳
当跨长l1 与波长 l 2 的比值 1/2<l1 / l2 <3 时，称为中长筒壳。
对于中长筒壳，壳体的薄膜内力及弯曲内力都应该考虑，用薄壳有弯矩 理论来分析它的全部内力。为简化计算，也可忽略其中较次要的纵向弯矩 及扭矩，用所谓半弯矩理论来计算筒壳内的主要内力。
圆顶
筒壳
壳 体
折板
双曲扁壳
双曲抛物面壳
薄壳结构
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一、薄壳结构的概念
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。这两个曲面之间 的距离称为壳体的厚度t。当厚度t远小于壳体的最小曲率半径时，称为薄壳。 一般在建筑工程中所遇到的壳体，常属于薄壳结构的范畴。
在面结构中，平板结构主要受弯曲内力，包括双向弯矩和扭矩，薄壁空间 结构的壳体，它的厚度t远小于壳体的其它尺寸（如跨度）， 属于空间受力状态，主要承受曲面内的轴力（双向法向力）和顺剪力作用， 弯矩和扭矩都很小。
l1 表示；两个侧边构件之间的距离称为筒壳的波长，以 l 2 表示。沿跨度 l1
方2向021称/3/为7 筒壳的纵向，沿波长 l 2 方C向HE则NL称I 为筒壳的横向。
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筒壳壳身横截面的边线可为圆弧形、椭圆形，或其他形状的曲线，一般采用 圆弧形较多，它方便施工。壳身包括侧边构件在内的高度称为筒壳的截面高 度，以h表示。不包括侧边构件在内的高度称为筒壳的矢高，以f表示。
四、筒壳结构
筒壳其外形似圆筒，故名圆筒壳，又似圆柱体，故又名柱面壳。筒壳外形 简单，是单曲面壳体。其纵向为直线，有其横向刚度小的缺点，但它的几何 形状简单，模板制作方便，易于施工，省工省料。
（一）筒壳的结构组成
筒壳由壳身、侧边构件及横隔三部分所组成。
侧边构件可理解为壳体“边框”， 两个横隔之间的距离称为筒壳的跨度，以
二、薄壳空间结构的曲面形式
1.旋转曲面 由一平面曲线（或直线）作母线绕其平面内的一根轴线旋转而成的曲面， 称为旋转曲面。
在薄壁空间结构中，常用的旋转曲面有球形曲面、旋转抛物（椭圆）面、 圆锥曲面、旋转双曲面等。
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旋转曲面
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2．直纹曲面
一根直母线，其两端各沿两固定曲导线（或为一固定曲导线，一固定直导线） 平行移动而成的曲面，称为直纹曲面。一般有：
长筒壳的受力特点
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2. 短筒壳
当跨长 l1 与波长 l 2 的比值 l1 / l2 ≤1/2时，称为短筒壳。
对于短筒壳，因为横隔的间距很小，所以纵向支承的刚度很大。 这时壳体的弯曲内力很小，可以忽略不计，壳体内力主要是薄膜内力， 故可按照薄膜理论来计算。
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（1）柱曲面 一根直母线沿两根曲率方向和大小相同的竖向曲导线移动而成或柱状曲面 （一根直母线沿两根曲率方向相同但大小不同的竖向曲导线始终平行于导平面 移动而成） 它们又都称单曲柱面。
（2）锥面
（一根直母线一端沿一竖向曲导线，另端通过一定点移动而成）或锥状面 （同上，但另端为一直线，母线移动时始终平行于导平面）, 后者又称劈锥曲面。