[建筑工程设计]-薄壁空间结构讲解
合集下载
《薄壁空间结构》课件
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 Sxy=Syx，因此，这三对内力通称为薄《膜薄壁内空力间结。构》
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：
筒壳的纵向悬挑
《薄壁空间结构》
（4）横向悬挑 横向悬挑可用于雨蓬、站台、大看台、也可用于大厅和外墙采光多或开门特大 （如飞机库、车库）的建筑物。 悬挑横隔密排者为短筒壳，疏排者为长筒壳。
筒壳《的薄壁横空向间结悬构挑》
（5）并列组合
等宽筒壳并列可组成矩形平面 屋顶,也可组成水塔的圆柱形水 箱。锥形变宽筒壳并列可组成 扇形、环形平面屋顶，也可组成 水塔的锥形水箱, 并列筒壳相接 处形成刚劲有力的折缝。
（a）平滑圆顶 （b）肋形圆顶 （c）（d）多面圆顶
在实际工程中，平滑圆顶应用较多。当建筑平面不完全是圆形，或由于采光 要求需要将圆顶表面分成独立区格时，可采用肋形圆顶。肋形圆顶是由径向 肋系、环向肋系与壳板组成，与壳板整体连接。多面圆顶结构是由数个拱形 薄壳相交而成。有时为了建筑造型上的要求，也可将多面圆顶稍作修改。 多面圆顶结构与圆形圆顶结构相比，其优点主要是支座距离可以较大，同时 建筑外形活泼。多面圆顶结构比肋形圆顶结构经济，自重较轻。
《薄壁空间结构》
筒《壳薄的壁空折间结缝构与》 形变
（2）形变 圆柱形筒壳的外形单调、缺乏活力。若在一个筒壳中，其波宽与矢高沿 纵向变化，或两端支座一高一低变化其形象，则筒壳的造型立时顿变， 显出无穷的活力。这一变化已经超出了筒壳，进入锥壳的范围,且能组成 圆周形平面。
建筑结构选型------ 薄壁空间结构
圆顶的支座环相当于拱的拉杆， 主要为受拉，可采用普通或预 应力混凝土梁。当圆顶不是支 承在墙上而是柱上时，还同时 受弯、剪、扭的作用。
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
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
第五章 薄壁空间结构(一)PPT课件
精选ppt课件2021
35
（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
精选ppt课件2021
36
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
37
3.支座环的受力
小体育宫——支
承在斜拱或斜柱
上
精选ppt课件2021
40
▪ 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
16
精选ppt课件2021
17
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
精选ppt课件2021
18
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。
精选ppt课件2021
1
精选ppt课件2021
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。
薄壁空间结构讲解
8
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。
框架结构的受力特点 1）框架梁的内力为跨中的正弯矩，两端支座截面的负弯
矩及支座剪力。 2）柱子则应考虑上端截面与下端截面的弯矩、剪力和轴
力。一般来说，顶层柱子为大偏心受压，柱子上端为控制 截面，低层柱子为小偏心受压，柱子下端为控制截面。
13
自然界中有十分丰富的壳体结构实例，如蛋壳、蚌壳、螺蛳壳、蜗牛 壳、脑壳及植物的果壳或种子等。在日常生活中也有此类空间薄壁结 构的应用，如碗、罐、簸箕、安全帽、轮船、飞机等。它们都是以最 少的材料构成最大的使用空间，并具足够的强度和刚度。
单独式“壳”
14
下面，请大家看几个代表薄壳结构优越的结构受力特性的 建筑案例，相信在座的一定会从中的到感悟。
15
柏林爱乐音乐厅
16
组合式“壳”
17
组合式“壳”
18
飞机采用的“壳”
19
二、薄壳结构的曲面形式
薄壳结构中曲面的几何形式，按其形成的特点可以分为下列几类：
1．旋转曲面——旋转
由一条平面曲线绕着某一给定的直线旋转一周所形成的曲面称为旋转 曲面。以旋转曲面为中曲面的壳体称为旋转壳。那条转动的曲线称为
以抵抗侧向力为主，控制其侧向刚度是设计的基本要求； 概念设计是重要，尤其对于抗震问题； 多采用空间结构而非平面结构，更有效的利用材料。 3.高层建筑的常见结构形式主要包括哪些？适应条件怎样？ 框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构； 筒体结构、悬挂结构、巨型框架结构等 4.何谓框架剪力墙结构？为什么目前框架剪力墙结构在30层以下的高层建筑 中应用特别广泛？ 在框架结构内增设的抵抗水平剪切力的钢筋混凝土墙体。因高层建筑中的水 平剪力主要是地震力，故剪力墙又称抗震墙。 框架-剪力墙结构中，竖向荷载由框架和剪力墙共同承担；水平荷载由框架承 受约20~30%，剪力墙承受70~80%。剪力墙长度按每建筑平方米50mm的标 准设计。 5.框架剪力墙结构中，剪力墙的布置应注意什么问题？ 应沿纵横两个方向均有布置；横向剪力墙宜布置在平面形状变化处、刚度变 化处、楼梯间及电梯间；并应尽量布置在端部。
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。
框架结构的受力特点 1）框架梁的内力为跨中的正弯矩，两端支座截面的负弯
矩及支座剪力。 2）柱子则应考虑上端截面与下端截面的弯矩、剪力和轴
力。一般来说，顶层柱子为大偏心受压，柱子上端为控制 截面，低层柱子为小偏心受压，柱子下端为控制截面。
13
自然界中有十分丰富的壳体结构实例，如蛋壳、蚌壳、螺蛳壳、蜗牛 壳、脑壳及植物的果壳或种子等。在日常生活中也有此类空间薄壁结 构的应用，如碗、罐、簸箕、安全帽、轮船、飞机等。它们都是以最 少的材料构成最大的使用空间，并具足够的强度和刚度。
单独式“壳”
14
下面，请大家看几个代表薄壳结构优越的结构受力特性的 建筑案例，相信在座的一定会从中的到感悟。
15
柏林爱乐音乐厅
16
组合式“壳”
17
组合式“壳”
18
飞机采用的“壳”
19
二、薄壳结构的曲面形式
薄壳结构中曲面的几何形式，按其形成的特点可以分为下列几类：
1．旋转曲面——旋转
由一条平面曲线绕着某一给定的直线旋转一周所形成的曲面称为旋转 曲面。以旋转曲面为中曲面的壳体称为旋转壳。那条转动的曲线称为
以抵抗侧向力为主，控制其侧向刚度是设计的基本要求； 概念设计是重要，尤其对于抗震问题； 多采用空间结构而非平面结构，更有效的利用材料。 3.高层建筑的常见结构形式主要包括哪些？适应条件怎样？ 框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构； 筒体结构、悬挂结构、巨型框架结构等 4.何谓框架剪力墙结构？为什么目前框架剪力墙结构在30层以下的高层建筑 中应用特别广泛？ 在框架结构内增设的抵抗水平剪切力的钢筋混凝土墙体。因高层建筑中的水 平剪力主要是地震力，故剪力墙又称抗震墙。 框架-剪力墙结构中，竖向荷载由框架和剪力墙共同承担；水平荷载由框架承 受约20~30%，剪力墙承受70~80%。剪力墙长度按每建筑平方米50mm的标 准设计。 5.框架剪力墙结构中，剪力墙的布置应注意什么问题？ 应沿纵横两个方向均有布置；横向剪力墙宜布置在平面形状变化处、刚度变 化处、楼梯间及电梯间；并应尽量布置在端部。
薄壁空间结构
19
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
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
第五章 薄壁空间结构(二)
为控制板厚，雁形板 翼板宽度b一般宜控制在4m 以下， 当L≤12m时，可取b=2m， t=50mm， 当12m<L ≤ 21m时，可取 b=2~3m,t=50~80mm， 当 20<L≤27m时，可取b=3m， t=80mm， 当27<L≤36m时，可取 b=4m， t=80~100mm。
五、雁形板的工程实例
顺剪力，为偏心受拉构件。受力与计算同 筒壳结构。
四、双曲扁壳的优缺点：
1.优点： A.矢高小－结构空间小 B.保持双曲－这是壳体发展的必然趋向 C.施工方便－与球壳相比 D.平面适应性有所改变－能用于矩形平面 E.造型美观－外形美观，内部素雅大方、名朗 宽敞 F.能达到无拉力状态－充分利用砖或混凝土抗 压强度，合理用材，材尽其用。 2.缺点：模板仍然不能使用直料。
第六节
折板
定义：由许多薄平板，以 一定角度相互整体联接而 成的空间结构体系。 一、折板的组成及其作用 1.组成：折板结构与 筒壳相似。一般由折 板、边梁、和横隔三 部分组成。对于多波 预制折板，也可以靠 转折处的边棱代替边梁。
小试验
用书做两个支座，找一张纸放在书上，用
手压 把纸折成许多小片，同样放在书上
1） 中央区：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，壳体下表面受拉，布置 2） 边缘区：钢筋；壳体越高越薄，弯矩越小，弯矩作 用区越小 主要承受顺剪力， 3） 四角区：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
2.横隔：边缘构件主要承受壳板边缘传来的
轴向应力呈三角形分布，屋脊处为零，支 座处最大，水平分力使得下弦杆受拉。
三、受力特点
1、扭壳的壳板 •只有顺剪力 平行于直纹方向
五、雁形板的工程实例
顺剪力，为偏心受拉构件。受力与计算同 筒壳结构。
四、双曲扁壳的优缺点：
1.优点： A.矢高小－结构空间小 B.保持双曲－这是壳体发展的必然趋向 C.施工方便－与球壳相比 D.平面适应性有所改变－能用于矩形平面 E.造型美观－外形美观，内部素雅大方、名朗 宽敞 F.能达到无拉力状态－充分利用砖或混凝土抗 压强度，合理用材，材尽其用。 2.缺点：模板仍然不能使用直料。
第六节
折板
定义：由许多薄平板，以 一定角度相互整体联接而 成的空间结构体系。 一、折板的组成及其作用 1.组成：折板结构与 筒壳相似。一般由折 板、边梁、和横隔三 部分组成。对于多波 预制折板，也可以靠 转折处的边棱代替边梁。
小试验
用书做两个支座，找一张纸放在书上，用
手压 把纸折成许多小片，同样放在书上
1） 中央区：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，壳体下表面受拉，布置 2） 边缘区：钢筋；壳体越高越薄，弯矩越小，弯矩作 用区越小 主要承受顺剪力， 3） 四角区：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
2.横隔：边缘构件主要承受壳板边缘传来的
轴向应力呈三角形分布，屋脊处为零，支 座处最大，水平分力使得下弦杆受拉。
三、受力特点
1、扭壳的壳板 •只有顺剪力 平行于直纹方向
薄壁空间结构1
径向应力状态
圆顶薄壳 圆顶薄壳的受力特点 壳身的受力 圆顶环向受力，则与壳板 支座边缘径向法线与旋转 轴的夹角Ф大小有关。
圆顶薄壳 圆顶薄壳的组成
平滑圆顶
肋形圆顶
多面圆顶
当圆顶跨度不太大时，肋形圆顶可以只设径向肋。 当建筑物平面为正多边形时，可采用多面圆顶结构。 与平滑圆顶相比，多面圆顶有较好的建筑外形，与 肋形圆顶相比，节省材料、自重轻。
圆顶薄壳 圆顶薄壳的组成
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。
筒壳（柱面壳） 筒壳结构的的组成
（3）横隔： 常用的横隔形式有 弧形横隔梁、等高横隔 梁、拉杆拱、拱形刚架、 桁架、悬挑桁架、空腹 桁架、框架横隔。
筒壳（柱面壳） 筒壳结构的的组成
横隔的作用 保持壳体的形状； 形成筒壳的空间刚度并 保证筒壳的空间工作； 作为筒壳的支座承受由 壳板传来的顺剪力。
概述 薄壁空间结构的优缺点
优点： （1）材料省； （2）自重轻； （3）曲面形式丰富。 结构主要承受轴力和顺剪力，再加上它的空间工作 特性，所以材料强度可以得到充分利用。
如6x6的钢筋混凝土结构板，一般至少 需要130mm厚度，而35mx35m的双曲扁 壳屋盖（北京火车站候车厅）仅80mm 厚度，折算下来两者相差10倍。
概述 直纹曲面
由一条直母线的两端分别沿两条 固定的曲导线移动而形成的曲面。 工程中常见的3种 （3）锥面、锥状面 锥面: 一条直母线的一端固定在一 点，另一端沿一条曲导线移动形 成。 锥状面:又称为劈锥面，由一条直 母线沿一条直导线和一条曲导线 平移并始终平行于导平面所形成。
概述 组合曲面 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， 双曲扁壳 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 筒壳 大的施工困难， 甚至难以实现。 劈锥壳
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。
大跨度建筑屋盖结构-薄壁空间结构
0105
06
07
08
第二节 圆顶薄壳 圆顶的结构形式与特点 圆顶薄壳是正高斯曲率的旋转曲面壳，是极古老而近代仍在大量使用的一种结构形式。具有很好的空间工作性能，圆顶的覆盖跨度可以很大而其厚度却很薄，壳身内应力通常很小，钢筋配置及壳身厚度常由构造要求及稳定验算来确定，材料用量很省。常用于平面为圆形的建筑，如杂技院、天文馆、剧院等的屋盖及圆水池的顶盖。目前最大直径已达200多米。
添加标题
根据受力特点的不同，可分为长折板 （ ） 短折板
添加标题
在折板纵向，可取一个波长作为计算单元，把折板看成以横隔为支座的梁，折板的截面可折算成T形截面或工字形截面。
第五节 双曲扁壳 双曲扁壳由壳身及周边竖直的边缘构件所组成。 壳身可以是光面的，也可以是带肋的。一般常采用抛物线平移曲面。 边缘构件一般是带拉杆的拱或拱形桁架，跨度较小时也可以用等截面或变截面的薄腹梁，当四周为多柱支承或承重墙支承时，也可用柱上的曲梁或墙上的曲线形圈梁作边缘构件。四周的边缘构件在四角交接处应有可靠连接构造措施，以有效地约束壳身的变形。同时，边缘构件在其自身平面内应有足够的刚度，否则，壳身内将产生很大的附加内力。
圆顶结构由壳身、支座环、下部支承构件组成。 壳身：平滑圆顶（最常用） 肋形圆顶 当由于采光要求需将圆顶表面划分为若干区格，或当壳体承受集中荷载，或当壳身厚度太小不能保证壳体的稳定性时，或采用装配整体式时 多面圆顶 由数个拱形薄壳相交而成
支座环：功能和拱式结构中的拉杆一样，可有效地阻止圆顶在竖向荷载作用下的裂缝开展及破坏，保证壳体基本上处于受压的工作状态，并实现结构的空间平衡。可采用普通钢筋混凝土梁或预应力混凝土梁。
添加标题
折板结构的受力特点及计算要点
添加标题
空间薄壁结构
⑹. 第空四间薄章壳壳结体构结构
受力特点： 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2页/共29页
第3页/共29页
第4页/共29页
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。
第28页/共29页
感谢您的观看！
第29页/共29页
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。
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10页/共29页
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
第11页/共29页
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12页/共29页
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
第13页/共29页
双曲抛物面 (a)扭面(b) 抛物面的形成(c)双曲抛物面
受力特点： 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2页/共29页
第3页/共29页
第4页/共29页
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。
第28页/共29页
感谢您的观看！
第29页/共29页
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。
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10页/共29页
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
第11页/共29页
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12页/共29页
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
第13页/共29页
双曲抛物面 (a)扭面(b) 抛物面的形成(c)双曲抛物面
第九章 薄壁空间结构
2．结构形式与特点 （1）受力合理、偏定性好 （2）制作简便是其他壳体无法比拟的，直纹曲直 例，日本静岗议会大厅 墨西哥霍奇烁科餐厅，如一朵覆地莲花。
（五） 折板
1．把若干块薄板以一定的角度连接成整体的 ． 空间结构体系， 空间结构体系， ①折板结构具有筒壳结构受力性能好的优点， 折板结构具有筒壳结构受力性能好的优点， 构造简单， 构造简单， 施工方便模板消耗量少， ②施工方便模板消耗量少，因而在工程中得到 广泛应用 外形波浪起伏， ③外形波浪起伏，建筑造型活泼而富有韵律
（一） 圆顶
（一） 圆顶
2．内力及破坏特点 （1）破坏圆形－形式，圆顶下部径向裂逢－钢 盘屈服－破坏 （2）内力：薄 内力，支座环拉力 均以 ＝ 51o19'' 51o19''为界 ＝51o19''薄膊内力为 部受压，支座环拉力与 角成正比； ＝51o19''薄膜内力为下部受拉，支座环拉力与 角成反比；
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
第二章 薄壁空间结构
第一节 结构特点
一．概述 1．空间结构特点——空间结构体系 从单向板到双向板再到曲板——空间结构受力状态的 合理性受力状态的合理性 2．薄壳结构的概念 当壳体结构两个曲面之间的距离（厚度）远远小于壳 体的最小曲率半径R时称为薄壳。
2．发展
广泛存在于自然界中，种子，果核，蛋壳，贝壳等 广泛存在于日常生活中——锅，碗，帽，灯泡，乒乓 球