薄壁空间结构
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。
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
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
薄壁空间结构在本小节中我们要给大家介绍各种薄壁空间结构体系的组成、优缺点及适用范围；各种薄壁空间结构体系的合理布置原则及及受力特点。
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，如图1-65a。
薄壁空间结构如图1-95b所示的壳体，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。
图1-65 面结构（a）平板结构（b）曲面结构（壳）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。
二、薄壳空间结构的曲面形式薄壳结构中曲面的形式，按其形成的几何特点可以分成以下三类：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，分别见图1-66。
图1-66 旋转曲面2．直纹曲面（图1-67）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，分别见图1-67。
第五章 薄壁空间结构(二)
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
壳体
8．2 壳体和折板结构体系——薄壁空间结构体系壳体：由单曲面或双曲面板组成，以曲面的空间刚度折板：由平面板组成，以折板组成的空间刚度 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可见：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。
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……用于屋盖结构：1954、1955 北京展览馆上海展览馆1959 广东，大会堂 扁球壳 1960 新疆，金工车间 椭圆旋转球壳 1958 北京火车站 1964 北京网球馆保证结构刚度单波多跨筒壳双曲扁壳……缺点：● 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、 钢丝网等预制壳块、高空装配地面现浇、整体吊装● 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、徐变等问题一、 壳体结构的力学特征鸡蛋壳 δ/R=1/50 δ壳体厚度 一般壳体要求 δ/R<=1/20R —曲率半径 1● 影 响 发 展 但施工材料与人工费都很高,占总造价50%~70%左右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，● 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；一般壳体不允许吊挂不对称荷载）为此，要增配钢筋，有时甚至要增加厚度，不理想。
M 甚小）抗衡并传递外荷，这也是壳之所以薄的原因。
● 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，壳体的线形以次为准。
实现薄膜应力的条件：a ． 中面的曲率是连续变化的；b ． 壳体厚度是逐渐变化的；c ． 荷载是连续分布的；d ． 壳体的支座只在中面的切线方向阻止位移并产生反力。
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
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。
chap5薄壁空间结构
Chap 5 薄壁空间结构n本章主要内容：n1、概述n2、圆顶n3、筒壳n4、折板n5、双曲扁壳n6、双曲抛物面扭壳n7、薄壁空间结构的其他形式n自然界中存在着丰富多彩的壳体结构，如植物的果壳、种子、茎杆等等，以及动物界的蛋壳、蚌壳、蜗牛、脑壳等等。
它们的形态变化万千，曲线优美，且厚度之薄，用料之少，而结构之坚，着实让人惊叹！万灵之首的人类仿生于自然界，又造出了各种各样的壳体结构为自所用，如锅、碗、杯、瓶、坛、罐，以及灯泡、安全帽、轮船、飞机等。
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（δ），当δ比壳体其它尺寸（如曲率半径R，跨度l 等）小得多时，称为薄壳结构。
现代建筑工程中所采用的壳体一般为薄壳结构。
n薄壳结构为双向受力的空间结构，在竖向均布荷载作用下，壳体主要承受曲面内的轴向力（双向法向力）和顺剪力作用，曲面轴力和顺剪力都作用在曲面内，又称为薄膜内力。
而只有在非对称荷载（风，雪等）作用下，壳体采承受较小的弯矩和扭矩。
n由于壳体内主要承受以压力为主的薄膜内力，且薄膜内力沿壳体厚度方向均匀分布，所以材料强度能得到充分利用；而且壳体为曲面，处于空间受力状态，各向刚度都较大，因而用薄壳结构能实现以最少之材料构成最坚之结构的理想。
例如6m×6m 的钢筋混凝土双向板，最小厚度需130mm，而35m×35m的双向扁壳屋盖，壳板厚度仅需80mm。
n薄壳的薄膜内力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。
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。
空间薄壁结构
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。
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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。
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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。
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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
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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
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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
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双曲抛物面 (a)扭面(b) 抛物面的形成(c)双曲抛物面
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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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
（δ），当δ比壳体其它尺寸（如曲率半径R，跨度l
等）小得多时，称为薄壳结构。现代建筑工程中所采用
的壳体一般为薄壳结构。
1/1000≤t/R ≤1/50
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9.1 概述
n 1、薄壳结构的概念
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f/a ≤1/5－－扁壳结构
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n 2、薄壳结构的曲面形式
n 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，称为旋转曲面。
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n 直纹曲面 一根直线的两端沿二固定曲线移动而成的曲面称为
直纹曲面。 柱面是由直母线沿二竖向曲导线移动而成的曲面。
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柱状面是由一直母线沿着两根曲率不同的竖向曲导 线移动，并始终平行于一导平面而成。
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锥面与锥状面 锥面是一直线沿一竖向曲导线移动，并始终通过一定点而成 的曲面。工程中的锥面壳就由锥面构成的。 锥状面是由一直线一端沿一根直线另一端沿另一根曲线，与 一指向平面平行移动而成的曲面。工程中的劈锥壳就是由锥 状面构成的。
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n 薄壳结构为双向受力的空间结构，在竖向均布荷载作用下，壳 体主要承受曲面内的轴向力（双向法向力）和顺剪力作用，曲 面轴力和顺剪力都作用在曲面内，又称为薄膜内力。而只有在 非对称荷载（风，雪等）作用下，壳体采承受较小的弯矩和扭 矩。
n 由于壳体内主要承受以压力为主的薄膜内力，且薄膜内力沿壳 体厚度方向均匀分布，所以材料强度能得到充分利用；而且壳 体为曲面，处于空间受力状态，各向刚度都较大，因而用薄壳 结构能实现以最少之材料构成最坚之结构的理想。例如6m×6m 的钢筋混凝土双向板，最小厚度需130mm，而35m×35m的双向 扁壳屋盖，壳板厚度仅需80mm。
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n 平移曲面
一竖向曲母线沿另一竖向曲导线平移而成的曲面称为平移曲 面。在工程中常见的平移曲面有椭圆抛物面和双曲抛物面。 椭圆抛物面----以一竖向抛物线作母线沿另一凸向相同的抛 物线作导线平移而成的曲面。
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双曲抛物面－－－以一竖向抛物线作母线沿另一凸向 相反的抛物线作导线平移而成的曲面。
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扭曲面是用一根直母线沿两根相互倾斜且不相交的直导线平行移动而 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。工程中扭 壳就是由扭曲面构成的。
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n 3、薄壳结构的内力
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n 4、薄壳结构的施工 n 现浇混凝土壳体 n 预制单元、高空装配成整体壳体 n 地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升 n 装配整体式叠合壳体 n 柔模喷涂成壳
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n 3、支承结构 n （1）圆顶结构通过支座环支承在房屋的竖向承重构件上。如
砖墙、钢筋混凝土柱等。这时径向推力的水平分力由支座环 承担，竖向支承构件仅承受径向推力的竖向分力。 n （2）圆顶结构支承在斜柱或斜拱上。但当结构跨度较大时， 由于推力很大，支座环的截面尺寸就很大，这样既不经济， 也不美观。因而有的圆顶薄壳就不设支座环，而采用斜柱或 斜拱支承。圆顶薄壳可以通过周围顺着壳体底缘切线方向的 直线形、Y形或叉形斜柱，把推力传给基础。如罗马奥林匹克 小体育宫，它是人所共知的经典之作。
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n 预应力结构
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复杂曲面
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9.2 圆顶
圆顶薄壳结构具有良好的空间工作性能，能以很薄 的圆顶覆盖很大的跨度，因而可以用于大型公共建 筑，如天文馆、展览馆、剧院等。 目前已建成的大跨度钢筋混凝土圆顶薄壳结构，直 径已达200多米。 我国解放后建成的第一座天文馆——北京天文馆， 即是直径25m的圆顶薄壳，壳厚仅为60mm。
Ch 9.2 薄壁空间结构
n 本章主要内容：
n 1、概述 n 2、圆顶 n 3、筒壳 n 4、折板 n 5、双曲扁壳 n 6、双曲抛物面扭壳 n 7、薄壁空间结构的其他形式
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n 自然界中存在着丰富多彩的壳体结构，如植物的果壳、 种子、茎杆等等，以及动物界的蛋壳、蚌壳、蜗牛、脑 壳等等。它们的形态变化万千，曲线优美，且厚度之 薄，用料之少，而结构之坚，着实让人惊叹！万灵之首 的人类仿生于自然界，又造出了各种各样的壳体结构为 自所用，如锅、碗、杯、瓶、坛、罐，以及灯泡、安全 帽、轮船、飞机等。