空间薄壁结构
第五章 钢筋混凝土空间薄壁结构
施工监控：采用先进的施工监控技术，对施工过程进行实时监测和记录，及时发现 和解决潜在的问题，确保施工质量和安全。
应急预案：制定完善的应急预案，包括应对突发事件、自然灾害等方面的措施，确 保在紧急情况下能够迅速采取有效措施，保障人员安全和减少损失。
绿色环保技术：采用绿色环保技 术，减少对环境的负面影响，实 现可持续发展。
未来发展方向与挑战
未来发展方向：优化设计、提高承载能力、降低成本 面临的挑战：耐久性、施工质量控制、环境适应性 发展趋势：智能化、绿色化、可持续性 展望：在建筑、桥梁等领域的应用前景广阔
对行业的贡献与影响
提高了建筑结构的稳定性和安全 性
案例分析与实践经验
案例一：某大型桥梁工程
案例三：某大跨度厂房
添加标题
添加题
案例二：某高层建筑
添加标题
添加标题
实践经验：施工要点与注意事项
案例的优缺点与改进方向
缺点：施工难度大、易开裂、 维护成本高
改进方向：优化设计、提高 材料性能、加强施工监控
优点：结构轻巧、承载力高、 抗震性能好
案例：某大型桥梁工程、高 层建筑等
钢筋混凝土空间薄壁结构的性能分 析
受力性能
稳定性：能够承受较大的侧 向压力和水平推力
受力特点：具有较高的承载 能力和刚度
抗震性能：在地震作用下具 有良好的抗震性能
耐久性：能够承受长期的外 部荷载和环境因素的作用
抗震性能
钢筋混凝土空间薄壁结构具有良好的抗震性能，能够吸收地震能量，减少 结构损伤。
降低了建筑成本和能耗，提高了 经济效益和社会效益
钢筋混凝土空间薄壁结构
5.3.3 筒壳的结构构造 1、短壳：矢高大于波长的1/8，空间作用明显，壳体 内力以薄膜内力为主，弯矩极小，按构造配筋。 2、长壳：长壳截面高度建议取用跨长的1/10~1/15， 壳板的矢高不应小于波长的1/8，板厚取波长的 1/300~1/500且大于50mm。
5.3.4 筒壳结构的工程实例 1、同济大学礼堂
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
自然界中的空间薄壁结构
鸡蛋：直径50mm，壁厚0.2mm， 厚度为跨度的1/250
第五章 钢筋混凝土空间薄壁结构
5.1.1 薄壳结构的概念
壳体结构——上下两个几何曲面所构成的薄壁空间 结构。
壳体厚度——两个几何曲面距离称为壳体的厚度δ， 可分为等厚度壳，变厚度壳。
薄壳——壳体的厚度δ远小于壳体的最小曲率半径R 时，即称为薄壳。
3、直纹曲面 一条直线（母 线）的两端分 别沿二固定曲 线（导线）移 动所形成曲面。
双曲抛物面也是直纹曲面
5.1.3 薄壳结构的内力
为了方便计算，一般不用应力作为计算单位，而是 以中曲面单位长度上的内力作为计算单位。
内力有8对，分为两类： 1、作用于中曲面以内的薄膜 内力； 2、作用于中曲面以外的弯曲 内力。
5.2 圆顶
适用于平面为圆形的大跨 度建筑。 天文馆最常用的结构形式
5.2.1 圆顶的结构组成及 结构形式
圆顶结构由壳身、支座环、 下部支撑构件三部分组成。
5.2.1 圆顶的结构组成及 结构形式
圆顶结构由壳身、支座环、 下部支撑构件三部分组成。
5.2.1 圆顶的结构组成及结构形式 圆顶结构由壳身、支座环、下部支撑构件三部分组成。
第五章 钢筋混凝土空间薄壁结构
5.1 概述 平面结构——自身平面内受力，构件之间需额外设 置支撑以实现另一方向的安全性和稳定性。
薄壁结构_1030
1.概念 2.圆顶 3.筒壳和锥壳 4.双曲扁壳 5.扭壳 6.折板 7.雁形板 8.幕结构
天津南美风情酒店 （水母酒店）
1.概述
薄壁结构的概念 结构的厚度远小于长度和宽度，一 般由金属或钢筋混凝土材料制成， 受力特点为空间受力体系。
1.概述
1.1 薄壳结构的概念
（德国法兰克福市霍希斯特染料厂游艺大厅）
1.球形建筑，正六边形割球壳，球壳半径50m，矢高 25m，底平面为正六边形 2.球壳支撑在六个点上，支撑点之间、球壳的边缘是拱券形
3.球壳切口由边缘桁架支撑，跨度为43.3m
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例
（美国麻省理工学院礼堂）
1.屋顶为球面薄壳，薄壳曲面由1/8球面构成，是由三个与水平
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
2）支座环
横截面型式
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
支座环承担径向推力的水平分量 竖向支撑承担径向推力的竖直分量
支撑在竖向承重结构上（墙、柱等）
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
优点： 平、立面布置灵活，表现力比较强 缺点： 柱脚或拱脚使基础受到水平推力
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例（罗马小体育馆）
1.钢筋混凝土网肋扁球壳结构，球壳直径59.13m
2.球壳采用装配整体式叠合结构
1620块预制钢丝网水泥菱形构件作为模板，现浇上混凝土， 成为肋形球壳 3.壳肋支撑在36根Y形斜柱上 斜柱的倾角与壳底边缘经向
切线方向一致，把推力传入
基础
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例
概念： 壳体结构：上下两个几何曲面构成的薄壁空间结构 等厚度壳：两个曲面之间的距离（壳体的厚度）处处相等 薄壳：壳体的厚度远小于最小曲率半径R时称为薄壳
建筑结构选型------ 薄壁空间结构
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 。
3.支座环附近构造及配筋
支座环约束附 近的局部弯矩 支座环附近壳板应 加厚并双层配筋 增加厚度≥t
长壳与曲线截面梁的应力状 态相似，可按梁理论计算
筒壳
• 筒壳的受力特点
3.筒壳的传力模式
当横隔为实体梁时， 梁应按偏拉构件计算 并非将荷载竖 向地传给横隔
而是通过壳面内的顺 剪力将荷载传给横隔
当横隔为桁架时，应将顺剪力换 算成节点上的集中荷载再计算
筒壳
• 筒壳的结构构造
1.短壳（L1/L2≤2）
果壳
蜗牛壳
蛋壳
蚌壳
脑壳
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
灯泡
乒乓球
飞机
罐
安全帽
轮船
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： 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。 抛物球壳 椭球壳 双曲球壳
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f L.矢率 —矢高与底面 短边之比，即 右图中的f/a M.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
钢筋混凝土空间薄壁结构
钢筋混凝土空间薄壁结构关键信息项：1、结构设计要求2、施工技术标准3、质量验收标准4、维护与保养责任5、违约责任与赔偿6、争议解决方式11 协议目的本协议旨在规范钢筋混凝土空间薄壁结构的设计、施工、验收、维护及相关责任等方面的事宜，确保该结构的安全性、可靠性和耐久性。
111 适用范围本协议适用于所有采用钢筋混凝土空间薄壁结构的建筑项目。
12 结构设计要求121 设计单位应具备相应的资质和经验，根据相关规范和标准进行结构设计。
122 结构设计应考虑荷载情况，包括但不限于恒载、活载、风载、地震作用等。
123 薄壁结构的几何形状、尺寸和配筋应经过精确计算和优化，以满足结构的强度、刚度和稳定性要求。
13 施工技术标准131 施工单位应制定详细的施工方案，并经监理单位和建设单位审批。
132 施工过程中应严格按照设计要求进行钢筋的布置、绑扎和连接。
133 混凝土的配合比、搅拌、浇筑和振捣应符合相关标准，确保混凝土的质量。
134 施工中应采取有效的模板支撑体系，保证薄壁结构的形状和尺寸精度。
14 质量验收标准141 钢筋混凝土空间薄壁结构的验收应按照国家和地方相关标准进行。
142 验收内容包括结构的几何尺寸、钢筋布置、混凝土强度、外观质量等。
143 对于存在质量问题的部位，应制定整改措施并及时整改，整改后重新验收。
15 维护与保养责任151 建设单位应在结构使用过程中定期进行检查和维护，确保结构的安全使用。
152 维护工作包括但不限于结构表面的清洁、防水处理、钢筋的防锈蚀处理等。
153 发现结构存在安全隐患时，应及时采取措施进行修复或加固。
16 违约责任与赔偿161 若设计单位未按照协议要求进行设计，导致结构存在安全隐患或质量问题，应承担相应的责任并赔偿损失。
162 施工单位未按照施工技术标准进行施工，造成质量事故的，应负责返工并承担由此产生的费用和损失。
163 建设单位未按照维护要求进行维护，导致结构损坏的，应承担相应的责任和损失。
薄壁空间结构
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
19
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
第5章_薄壳结构
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1概述
梁式结构 拚架结构 刚架结构 拱式结构
面外:需设支撑体系保证安 全及稳定 平面受力结构
面内:承受屋面板传来的竖 向荷载
平面受力结构体系的特点: 优点:荷载为单向传递，计算分析方便，结构施工吊装方便。 缺点:结构内力较大，材料强度得不到充分发挥，随着结构材料用量
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构
System and Selection of Building Structures 土木工程学院
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1 概述 5.1.1 薄壳结构的概念 思考:一个鸡蛋能受多大的压力？ F1=?
壳体结构的强度和刚度主要是利用其几何形状 的合理性，而不是以增大其结构截面尺寸取得的， 这是薄壳结构与拱式结构相似之处。
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
装配整体叠合壳 采用柔模喷涂成壳 预应力混凝土结构
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1 概述 5.1.4 薄壳结构的施工方法
蜂巢芯 薄壁箱体
Central South University of Forestry & Technology
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.2 圆顶 5.2.0 概述
1.屋顶为球面薄壳，薄壳曲面
由1/8球面构成，是由三个与 水平面夹角相等且通过球心的
大圆从球面上切割的
2.平面形状为48m*41.5m的曲 边三角形 3.壳面荷载通过薄壳的三个边 传至支座。
Central South University of Forestry & Technology
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。
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
筒壳的并列组合
（6）交贯组合
两个筒壳十字正交最典型的例子 是美国圣路易市航空港；另一个 是环形筒壳与周圈放射向锥形筒 壳交贯成一个环形平面的航空港 设计方案充分利用了由交贯筒壳 形成的加劲折缝。
筒壳的交贯组合
五、圆顶薄壳结构
按壳面的构造不同，圆顶结构可以分为平滑圆顶、肋形圆顶和多面圆顶三种
（一）圆顶结构型式与特点
平移曲面
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。
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
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。
旋转曲面
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： （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
《薄壁空间结构》课件
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。
钢筋混凝土空间薄壁结构
钢筋混凝土空间薄壁结构在现代建筑领域中，钢筋混凝土空间薄壁结构以其独特的优势和特点，成为了众多建筑设计中的重要选择。
这种结构形式不仅在力学性能上表现出色，还能够为建筑带来美观与创新。
首先，我们来了解一下什么是钢筋混凝土空间薄壁结构。
简单来说，它是由较薄的钢筋混凝土板或壳组成的空间结构体系。
这些薄壁构件通常具有较大的跨度和较小的厚度，通过合理的设计和布局，能够承受各种荷载并保持结构的稳定性。
与传统的结构形式相比，钢筋混凝土空间薄壁结构具有诸多优点。
其一，它能够充分发挥材料的性能。
由于薄壁结构的截面尺寸较小，混凝土和钢筋的应力分布更加均匀，从而提高了材料的利用率。
其二，这种结构具有良好的空间整体性。
薄壁构件相互连接，形成一个连续的空间受力体系，能够有效地抵抗来自各个方向的荷载，增强了结构的抗震性能和抗风性能。
其三，钢筋混凝土空间薄壁结构造型美观，可以创造出丰富多样的建筑形态，满足人们对于建筑美学的追求。
在实际应用中，钢筋混凝土空间薄壁结构的形式多种多样。
比如，筒壳结构常用于大跨度的工业厂房和仓库；双曲抛物面壳结构则常见于展览馆、体育馆等公共建筑；而折板结构则适用于一些小型的建筑或构筑物。
以筒壳结构为例，它是由单向或双向弯曲的弧形薄板组成。
在承受竖向荷载时，筒壳主要通过薄膜内力来传递荷载，其内力分布较为均匀，能够有效地跨越较大的空间。
同时，筒壳结构的边缘构件可以有效地约束薄板的变形，提高结构的整体稳定性。
双曲抛物面壳结构则是一种具有独特几何形状的薄壁结构。
它的曲面形状类似于马鞍，具有良好的力学性能。
在荷载作用下，双曲抛物面壳结构的内力分布较为复杂，但通过合理的设计和配筋，可以充分发挥其承载能力。
这种结构形式不仅能够提供较大的空间，还能够营造出独特的建筑效果，给人以强烈的视觉冲击。
折板结构是由一系列平板组成的折线形薄壁结构。
它具有构造简单、施工方便等优点。
在折板结构中，平板之间通过刚性节点连接，共同承受荷载。
第五章 薄壁空间结构
第五章薄壁空间结构第一节概述一．薄壁空间结构发展简况二．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δ与壳体的其它尺寸（如曲率半径R，跨度L等）小的多时，一般要求δ/R≤1/20，（鸡蛋壳的δ/R≈1/50）称为薄壳结构。
现代建筑中所采用的壳体一般为薄壳结构。
（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。
（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．薄壳结构的内力1．薄壳的内力：如图：对于任意壳体结构，在荷载作用下，壳体的内力可以分为两类――作用于中曲面内的和作用于中曲面外的弯曲内力。
弯曲内力是由于中曲面的曲率和扭率改变而产生的，它包括弯矩、横剪力、扭矩；理想的薄膜没有抵抗弯曲和扭曲的能力，在荷载的作用下只产生正向应力N 和顺剪力；因此，设计中应选取合理的曲面形式，使壳体内的弯曲内力小到足可以忽略的程度。
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。
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第四章壳体结构
第四章壳体结构
§4–6 结构范例
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。
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。
Hale Waihona Puke 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体系，受力性 能良好构造简单，施工比筒壳方便，模板耗量少。
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。
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
§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
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。
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。
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
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
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