空间薄壁结构
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第五章 薄壁空间结构
§4–1 概述 §4–2 壳体结构的力学特征 §4–3 曲面形式 §4–4 折板结构 §4–5 圆顶结构 §4–6 范 例
第五章 薄壁空间结构
壳体：由单曲面或双曲面板组成， 以曲面的空间刚度
保证结构刚度
折板：由平面板组成，以折板组成的空间刚度
§4–1 概 述
壳体结构的发展简况 自然界：果壳、贝壳、鸡蛋、头颅等曲线优美、形 态善变、厚度之薄—令人惊叹 遵循：用最少之料构成最坚之型的规律
优点：壳体结构的覆盖面积大，无需中柱，室内 空间开阔宽敞，用于市场、礼堂、体育馆、飞机库…
第五章 薄壁空间结构
缺点：
1）现浇砼费模板、制作复杂——壳体本身材料与人工费
比很小。
柔模喷涂成壳：帆布、 钢丝网等
但施工材料与 人工费都很高,
预制壳块、高空装配
占总造价 50%~70%左
地面现浇、整体吊装
右
2）有些壳体（球壳、扁壳等）易产生回声现象，还存在计 算复杂，尚需研究开孔影响、稳定、振动、徐变等问题。
c.中面或中心面——因为，壳薄，所以，可认为 沿厚度方向均匀分布，一般把厚度中心的面称为 中面或中心面，壳体的线形以此为准。
第五章 薄壁空间结构
2．空间刚度大 主要承受两个方向法向力及顺剪力及弯矩
3.屋面承重合一 —— 板架合一，型式很多（T型 板、V型板……使用功能与结构骨架合一）
4.壳体厚度薄，自重轻，有利于抗震——适用于大跨 度屋面结构
⑹. 空间薄壳结构
受力第特点四：章壳体结构
由曲面形板 与边缘构件 （梁、拱或桁 架）组成的空 间结构。能以 较薄的板面形 成承载能力高、 刚度大的承重 结构。
第五章 薄壁空间结构
壳体是最自然、最合理、最有效、最进步的结构 型式。
人类：锅、匙、碗、杯、瓶、罐、坛、乒乓球、 灯 泡、钢盔、汽车壳、飞机壳等。
法国巴黎国家工业与技
术展览中心大厅。混凝土薄
壳结构，是当前世界上跨度最 大的公共建筑。
壳顶离地面 46m
折算壳面总厚度只有180mm， 厚跨比为1：1200，比鸡蛋蛋 壳的厚长比1：100还小12倍。 建筑造型新颖，充分说明混凝 土壳体结构的优越性。
边长219m
双层波形拱壳
角部墩座
平面呈 三角形
2） 美国，伊利诺大学会堂，1962年建，圆形平面， D=122m，集会、演出、球赛，可容纳2万人。周围有 环形走廊，屋顶为预应力折板组成穹顶，由48块同样 的板组成，板厚d=90mm，D=132m，重5000t。屋顶推 力由后张预应力圈梁承受，最高点+40.9m。
第四章壳体结构
第四章壳体结构
§4–6 结构范例
意大利罗 马小体育 宫
屋盖--混凝 土网格型薄
壳结构。
该建筑的外观和平面俯视或仰视都像 一个盛开的向日葵。
网格型壳面是 用Y形斜向支 撑
第五章 薄壁空间结构
它以精巧的圆形屋顶著称于世。屋顶直径60米，由 1620个钢筋混凝土预制棱形构件拼合而成，这些构件最 薄的地方只有25毫米厚，它们不但在力学上十分合理， 而且组成了一个非常完整秀美的天顶图案。
3) 壳
▪件由的曲梁第线、形拱四板或章与桁作架壳为组体边成缘，结构它构
是一种空间形的结构构件， 主要承受压力。犹如蛋壳以 最薄的壳面能构成强大的蛋 体一样，能以较小的构件厚 度形成承载能力很高的结构。
第五章 薄壁空间结构
§4–4 折板结构
它是以一定角度整体联系的薄板ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ系，受力性 能良好构造简单，施工比筒壳方便，模板耗量少。
第五章 薄壁空间结构
§4–2 壳体结构的力学特征
鸡蛋壳 一般壳体要求
d/R=1/50 d/R<=1/20
d —壳体厚度 R—曲率半径
1．双向直接传力—— 强度大 a.主要承受曲面内的 轴力（双向法向力） Nx、Nf
第五章 薄壁空间结构
顺剪力 S 称之为曲面应力或切向力，又称为薄膜应力。沿厚
度分布均匀，经济。 这层膜很薄，却能直接抗衡外荷，并直接传力给支座。
第五章 薄壁空间结构
§4–3 曲面形式
1.旋转曲面——由一平面曲线作母线绕其平面内的轴 旋转而成的曲面。 球形曲面——圆弧曲线 抛物面 ——抛物线 椭球面 ——椭圆 双曲面 ——双曲线
第四章壳体结构
旋转曲面 (a)球形曲面(b)旋转抛物面(c)椭球面(d)旋转双曲面
双曲抛物面 (a)扭面(b) 抛物面的形成(c)双曲抛物面
第五章 薄壁空间结构
弯曲内力
Mf，Vf 环向的M和横剪力（筒壳拱圈） Mx，Vx 纵向的M和横剪力 Mf，Mfx 扭矩
第五章 薄壁空间结构
b.承受少许横向弯矩——只有在非对称均布荷载作 用时（扭矩） （曲线外形使壳体风载很小，一般可不计）
曲面的最大功能是以双向直接应力为主（横向M 甚小）抗衡并传递外荷，这也是壳之所以薄的原因。
结构型式与尺寸 有边梁
板 边梁
组成与筒壳类似
横隔构件
无边梁：由若干等厚的平板和横隔构件组成 ——V型折板
第五章 薄壁空间结构
第五章 薄壁空间结构
§4–5 圆顶结构
旋转曲面壳——空间工作性能好
第五章 薄壁空间结构
圆顶结构实例 1）北京天文馆——半球形顶盖，直径25m，d=60mm，
喷射砼
第五章 薄壁空间结构
§4–1 概述 §4–2 壳体结构的力学特征 §4–3 曲面形式 §4–4 折板结构 §4–5 圆顶结构 §4–6 范 例
第五章 薄壁空间结构
壳体：由单曲面或双曲面板组成， 以曲面的空间刚度
保证结构刚度
折板：由平面板组成，以折板组成的空间刚度
§4–1 概 述
壳体结构的发展简况 自然界：果壳、贝壳、鸡蛋、头颅等曲线优美、形 态善变、厚度之薄—令人惊叹 遵循：用最少之料构成最坚之型的规律
优点：壳体结构的覆盖面积大，无需中柱，室内 空间开阔宽敞，用于市场、礼堂、体育馆、飞机库…
第五章 薄壁空间结构
缺点：
1）现浇砼费模板、制作复杂——壳体本身材料与人工费
比很小。
柔模喷涂成壳：帆布、 钢丝网等
但施工材料与 人工费都很高,
预制壳块、高空装配
占总造价 50%~70%左
地面现浇、整体吊装
右
2）有些壳体（球壳、扁壳等）易产生回声现象，还存在计 算复杂，尚需研究开孔影响、稳定、振动、徐变等问题。
c.中面或中心面——因为，壳薄，所以，可认为 沿厚度方向均匀分布，一般把厚度中心的面称为 中面或中心面，壳体的线形以此为准。
第五章 薄壁空间结构
2．空间刚度大 主要承受两个方向法向力及顺剪力及弯矩
3.屋面承重合一 —— 板架合一，型式很多（T型 板、V型板……使用功能与结构骨架合一）
4.壳体厚度薄，自重轻，有利于抗震——适用于大跨 度屋面结构
⑹. 空间薄壳结构
受力第特点四：章壳体结构
由曲面形板 与边缘构件 （梁、拱或桁 架）组成的空 间结构。能以 较薄的板面形 成承载能力高、 刚度大的承重 结构。
第五章 薄壁空间结构
壳体是最自然、最合理、最有效、最进步的结构 型式。
人类：锅、匙、碗、杯、瓶、罐、坛、乒乓球、 灯 泡、钢盔、汽车壳、飞机壳等。
法国巴黎国家工业与技
术展览中心大厅。混凝土薄
壳结构，是当前世界上跨度最 大的公共建筑。
壳顶离地面 46m
折算壳面总厚度只有180mm， 厚跨比为1：1200，比鸡蛋蛋 壳的厚长比1：100还小12倍。 建筑造型新颖，充分说明混凝 土壳体结构的优越性。
边长219m
双层波形拱壳
角部墩座
平面呈 三角形
2） 美国，伊利诺大学会堂，1962年建，圆形平面， D=122m，集会、演出、球赛，可容纳2万人。周围有 环形走廊，屋顶为预应力折板组成穹顶，由48块同样 的板组成，板厚d=90mm，D=132m，重5000t。屋顶推 力由后张预应力圈梁承受，最高点+40.9m。
第四章壳体结构
第四章壳体结构
§4–6 结构范例
意大利罗 马小体育 宫
屋盖--混凝 土网格型薄
壳结构。
该建筑的外观和平面俯视或仰视都像 一个盛开的向日葵。
网格型壳面是 用Y形斜向支 撑
第五章 薄壁空间结构
它以精巧的圆形屋顶著称于世。屋顶直径60米，由 1620个钢筋混凝土预制棱形构件拼合而成，这些构件最 薄的地方只有25毫米厚，它们不但在力学上十分合理， 而且组成了一个非常完整秀美的天顶图案。
3) 壳
▪件由的曲梁第线、形拱四板或章与桁作架壳为组体边成缘，结构它构
是一种空间形的结构构件， 主要承受压力。犹如蛋壳以 最薄的壳面能构成强大的蛋 体一样，能以较小的构件厚 度形成承载能力很高的结构。
第五章 薄壁空间结构
§4–4 折板结构
它是以一定角度整体联系的薄板ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ系，受力性 能良好构造简单，施工比筒壳方便，模板耗量少。
第五章 薄壁空间结构
§4–2 壳体结构的力学特征
鸡蛋壳 一般壳体要求
d/R=1/50 d/R<=1/20
d —壳体厚度 R—曲率半径
1．双向直接传力—— 强度大 a.主要承受曲面内的 轴力（双向法向力） Nx、Nf
第五章 薄壁空间结构
顺剪力 S 称之为曲面应力或切向力，又称为薄膜应力。沿厚
度分布均匀，经济。 这层膜很薄，却能直接抗衡外荷，并直接传力给支座。
第五章 薄壁空间结构
§4–3 曲面形式
1.旋转曲面——由一平面曲线作母线绕其平面内的轴 旋转而成的曲面。 球形曲面——圆弧曲线 抛物面 ——抛物线 椭球面 ——椭圆 双曲面 ——双曲线
第四章壳体结构
旋转曲面 (a)球形曲面(b)旋转抛物面(c)椭球面(d)旋转双曲面
双曲抛物面 (a)扭面(b) 抛物面的形成(c)双曲抛物面
第五章 薄壁空间结构
弯曲内力
Mf，Vf 环向的M和横剪力（筒壳拱圈） Mx，Vx 纵向的M和横剪力 Mf，Mfx 扭矩
第五章 薄壁空间结构
b.承受少许横向弯矩——只有在非对称均布荷载作 用时（扭矩） （曲线外形使壳体风载很小，一般可不计）
曲面的最大功能是以双向直接应力为主（横向M 甚小）抗衡并传递外荷，这也是壳之所以薄的原因。
结构型式与尺寸 有边梁
板 边梁
组成与筒壳类似
横隔构件
无边梁：由若干等厚的平板和横隔构件组成 ——V型折板
第五章 薄壁空间结构
第五章 薄壁空间结构
§4–5 圆顶结构
旋转曲面壳——空间工作性能好
第五章 薄壁空间结构
圆顶结构实例 1）北京天文馆——半球形顶盖，直径25m，d=60mm，
喷射砼
第五章 薄壁空间结构