薄壁结构 1030精品PPT课件
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薄壁结构_1030
第5章 钢筋混凝土 空间薄壁结构
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
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
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
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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
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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
精选ppt课件2021
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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。
精选ppt课件2021
1
精选ppt课件2021
薄壁体系的几何组成解析课件
拓扑优化
通过拓扑优化技术对薄壁体系的内部 结构进行重新分布，以实现材料的高 效利用和性能提升。
参数化设计
利用参数化设计软件对薄壁体系的形 状、尺寸等进行参数化定义，便于快 速修改和优化设计。
设计实例
薄壁桥梁
采用轻量化、高强度的薄壁结构 ，实现桥梁的自重减轻、跨越能
力增强。
薄壁压力容器
利用薄壁结构的稳定性，设计出 高效、安全的压力容器，广泛应
薄壁体系的几何组成解 析课件
contents
目录
• 引言 • 薄壁体系的几何组成 • 薄壁体系的几何特性 • 薄壁体系的解析方法 • 薄壁体系的优化设计 • 薄壁体系的应用和发展趋势
引言
01
薄壁体系的定义
01
薄壁体系是指由薄壁构件组成的 结构体系，其中薄壁构件是指具 有薄截面的杆件，通常由金属、 木材、塑料等材料制成。
03
薄壁杆件的定义
薄壁杆件是指厚度远小于 其长度和宽度尺寸的杆件 。
薄壁杆件的特性
由于其厚度很小，薄壁杆 件在受力时主要通过弯曲 变形来传递力和力矩。
薄壁杆件的类型
常见的薄壁杆件包括圆管 、矩形管、六面体等。
薄壁连接
薄壁连接的定义
薄壁连接是指将两个或多 个薄壁杆件连接在一起的 构件。
薄壁连接的类型
根据受力特性的不同，薄壁体系可以 分为受弯薄壁体系和受压薄壁体系。
薄壁体系的几何特
03
性
平面性
平面性是指薄壁体系在几何组成上具有平面特征，其结构元素（如梁、板、壳等） 通常位于同一平面或相互平行的平面内。
平面性使得薄壁体系的受力分析相对简单，可以通过平面力系的分析方法进行计算 。
在实际工程中，许多薄壁结构（如平板、薄板、薄壳等）都具有平面性特征，这为 设计和分析提供了便利。
薄壁零件加工技术 教学PPT课件
二、薄壁零件加工技术
4） 零件的加工难点 球面的公差只有0.03mm，所以，对机床的精度要 求较高，特别对X轴串动间隙要求较严，否则会使球 面垂直轴线方向出现台阶，造成零件报废。 测量球面时，除了对垂直轴线方向进行测量外， 还必须在倾斜轴线的前后两个方向进行测量，极易 出现三个测量位置的测量结果不一，造成零件报废。 切槽时，会使零件刚性降低，引起加工中的振动。 加工保证高精度尺寸的加工是该零件的难点，比较 难加工的尺寸有Sφ16mm外圆球以及SR8 内圆弧。 下面说明如何确定时刀基准及调整刀尖半径尺寸。
二、薄壁零件加工技术
改进的外圆定位装夹夹具
二、薄壁零件加工技术
此类夹具可采用四爪卡盘定位装夹，也可采用机 床主轴定位装夹。为提高机床主轴定位夹具的使用 范围，设计时采用可调式定位方案。从夹具的加工 工艺性考虑：锥柄法兰采用整体，夹具体与采用法 兰滑道连接，螺纹连接，夹具体可根据不同的尺寸 规格加工。调整时，轻松螺钉，前后移动夹具体， 使夹具与机床的偏心距达到零件要求。调整完成后， 拧紧螺钉，再检查偏心距，避免在拧紧螺钉过程中 夹具体产生移动。
有些编程人员在圆弧加工时，习惯采用R编程，一 般，R编程用以加工精度要求不高的劣弧或刀具起点 和终点均位于象限点的圆弧。对于精度要求较高的 圆弧的圆弧中心应采用I、K编程，以减少编程造成的 误差（实例见下图）。
二、薄壁零件加工技术
两个图形按R编程都是 G02 W-40 R20 按I、K编程分别是
G02 W-ห้องสมุดไป่ตู้0 I0 K-20 G02 W-40 I0.1 K-20
二、薄壁零件加工技术
3）加工工步安排 毛坯装夹时工件伸出长度大于55mm，粗车端
面后，用φ43mm钻头钻孔（孔深大于52mm） 。 粗车内孔、外圆。 精车前端面、半精车内孔、外圆及球面。 精车内孔、外圆、球面及倒角。 切槽。 切外前端槽、切内前端槽、切内后端槽、切外后
薄壁结构获奖课件
2－3杆 x 0, N23 Nx q23 0
Nx N23 q23x 3－4杆 Nx N34 q34 x, N43 0
N43 F 4
N 45 q45 4
N 45
5 N54
结点4 N45 F N43 0
4－5杆
y 0, N45 q45l 0
q45 N45 / l F / l
2. 若取出旳构造部分（不论其可变性）能够平衡外荷载， 则其他部分将不受力
3. 在构造某几何不变部分上荷载做等效变换时，荷载变 化部分之外旳反力、内力不变
4. 构造某几何不变部分，在保持与构造其他部分连接方 式不变旳前提下，用另一方式构成旳不变体替代，其 他部分旳受力情况不变
P
P
P
P
11
作业:
3-15(h), 3-16(b) , 3-17,
C
D
Fl / 6
a
N FE F
F /3
EF a/2 a/2
YaB F / 3
NFE F / 2, XG F / 2,YG F / 3 NFD NFB NFD F / 2,
F /6 +
F / 3 NFE F
NFB 2F / 2,
一 F /3 FS
N EA
N EC E
N EF
NEC F / 2, NEA 2F / 2,
3
所以,三角形骨架内旳三角板不受剪力 3
16
2.长方形板
1
2
1
q12
2
Fx 0, q12l q34l 0,
q34 q12
Fy 0, q14 q32
q14
q32 h
M 4 0, q12l h q32h l 0
y4
Nx N23 q23x 3－4杆 Nx N34 q34 x, N43 0
N43 F 4
N 45 q45 4
N 45
5 N54
结点4 N45 F N43 0
4－5杆
y 0, N45 q45l 0
q45 N45 / l F / l
2. 若取出旳构造部分（不论其可变性）能够平衡外荷载， 则其他部分将不受力
3. 在构造某几何不变部分上荷载做等效变换时，荷载变 化部分之外旳反力、内力不变
4. 构造某几何不变部分，在保持与构造其他部分连接方 式不变旳前提下，用另一方式构成旳不变体替代，其 他部分旳受力情况不变
P
P
P
P
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作业:
3-15(h), 3-16(b) , 3-17,
C
D
Fl / 6
a
N FE F
F /3
EF a/2 a/2
YaB F / 3
NFE F / 2, XG F / 2,YG F / 3 NFD NFB NFD F / 2,
F /6 +
F / 3 NFE F
NFB 2F / 2,
一 F /3 FS
N EA
N EC E
N EF
NEC F / 2, NEA 2F / 2,
3
所以,三角形骨架内旳三角板不受剪力 3
16
2.长方形板
1
2
1
q12
2
Fx 0, q12l q34l 0,
q34 q12
Fy 0, q14 q32
q14
q32 h
M 4 0, q12l h q32h l 0
y4
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
《冷弯薄壁结构设计》课件
满足设计要求。
质量控制
严格遵守工艺流程
确保制造过程中严格遵守工艺流程，避免出 现差错和缺陷。
质量记录
对制造过程中的各项质量数据进行记录和分 析，以便追溯和改进。
质量检测
对各个工序的成品进行质量检测，及时发现 并处理问题。
持续改进
通过对制造过程的持续改进，提高产品质量 和生产效率。
环保与安全
环保措施
绿色制造技术
总结词
随着环保意识的提高，绿色制造技术将在冷弯薄壁结 构设计中得到广泛应用，降低能耗和减少废弃物排放 。
详细描述
绿色制造技术致力于在产品生命周期内实现资源消耗最 小化、废弃物排放最少化，同时保证产品性能和经济效 益。在冷弯薄壁结构设计过程中，采用绿色制造技术可 以大幅度降低能耗和减少废弃物排放，符合可持续发展 的要求。例如，采用高效焊接、激光切割等工艺可以减 少材料浪费和减少废气排放，同时提高生产效率。此外 ，通过优化结构设计，可以实现轻量化设计，进一步降 低能耗和减少环境负荷。
关键工艺参数
材料选择
选择合适的材料是制造冷弯薄 壁结构的关键，需要考虑材料 的机械性能、耐腐蚀性、成本
等因素。
冷弯成型
冷弯成型过程中，需要控制成 型温度、压力、速度等参数， 以确保成型质量。
焊接工艺
焊接过程中，需要选择合适的 焊接方法、焊接材料和焊接工 艺参数，以确保焊接质量。
组装精度
组装过程中，需要确保各个部 件的位置精度和配合精度，以
01
冷弯薄壁结构设计 原理
受力分析
静力分析
研究结构在静力荷载作用 下的响应，包括位移、应 变和应力等。
动力分析
研究结构在动力荷载作用 下的响应，如地震、风等 自然灾害。
质量控制
严格遵守工艺流程
确保制造过程中严格遵守工艺流程，避免出 现差错和缺陷。
质量记录
对制造过程中的各项质量数据进行记录和分 析，以便追溯和改进。
质量检测
对各个工序的成品进行质量检测，及时发现 并处理问题。
持续改进
通过对制造过程的持续改进，提高产品质量 和生产效率。
环保与安全
环保措施
绿色制造技术
总结词
随着环保意识的提高，绿色制造技术将在冷弯薄壁结 构设计中得到广泛应用，降低能耗和减少废弃物排放 。
详细描述
绿色制造技术致力于在产品生命周期内实现资源消耗最 小化、废弃物排放最少化，同时保证产品性能和经济效 益。在冷弯薄壁结构设计过程中，采用绿色制造技术可 以大幅度降低能耗和减少废弃物排放，符合可持续发展 的要求。例如，采用高效焊接、激光切割等工艺可以减 少材料浪费和减少废气排放，同时提高生产效率。此外 ，通过优化结构设计，可以实现轻量化设计，进一步降 低能耗和减少环境负荷。
关键工艺参数
材料选择
选择合适的材料是制造冷弯薄 壁结构的关键，需要考虑材料 的机械性能、耐腐蚀性、成本
等因素。
冷弯成型
冷弯成型过程中，需要控制成 型温度、压力、速度等参数， 以确保成型质量。
焊接工艺
焊接过程中，需要选择合适的 焊接方法、焊接材料和焊接工 艺参数，以确保焊接质量。
组装精度
组装过程中，需要确保各个部 件的位置精度和配合精度，以
01
冷弯薄壁结构设计 原理
受力分析
静力分析
研究结构在静力荷载作用 下的响应，包括位移、应 变和应力等。
动力分析
研究结构在动力荷载作用 下的响应，如地震、风等 自然灾害。
《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。
薄壁体系的几何组成解析课件
自由度
描述体系中独立运动或转动的数量。
约束度
描述体系中受到的限制或约束的数量。
自由度和约束度的计算
自由度的计算公式
$W = n - R - F$，其中$n$为体系 中独立刚片的数量，$R$为体系中单 刚片之间的连接关系数量，$F$为体 系中固定支座的数量。
约束度的计算公式
$R = 2(n - W)$，其中$n$为体系中 独立刚片的数量，$W$为体系中自由 度的数量。
解析的目的和意 义
薄壁体系的几何组成解析是理解 薄壁结构体系的关键，对于结构 设计、分析和优化具有重要的意
义。
通过解析薄壁体系的几何组成， 可以深入了解结构的传力路径、 承载能力和稳定性等方面的性能，
为优化设计提供依据。
解析薄壁体系的几何组成还有助 于发现潜在的缺陷和问题，提高
结构的安全性和可靠性。
当外部载荷超过结构 的承载能力时，结构 会发生失稳，即失去 平衡状态。
弹性稳定性的计算
01
弹性稳定性可以通过计 算结构的临界载荷和临 界应力来评估。
02
临界载荷是指使结构失 稳的最小外部载荷。
03
临界应力是指结构在临 界载荷作用下的最大应 力值。
04
通过比较实际外载荷与 临界载荷的大小，可以 判断结构的弹性稳定性。
薄壁体系的几何组成解析 课件
目 录
• 薄壁体系的几何组成 • 薄壁体系的几何组成分析 • 薄壁体系的稳定性分析 • 薄壁体系的优化设计 • 结论与展望
01 引言
薄壁体系的定 义
薄壁体系是指由薄壁构件组成的结构体系，其中薄壁构件是指具有薄截面的杆件， 通常由金属薄板或塑料等轻质材料制成。
薄壁构件可以是直的或弯曲的，通过连接形成整个结构体系。
描述体系中独立运动或转动的数量。
约束度
描述体系中受到的限制或约束的数量。
自由度和约束度的计算
自由度的计算公式
$W = n - R - F$，其中$n$为体系 中独立刚片的数量，$R$为体系中单 刚片之间的连接关系数量，$F$为体 系中固定支座的数量。
约束度的计算公式
$R = 2(n - W)$，其中$n$为体系中 独立刚片的数量，$W$为体系中自由 度的数量。
解析的目的和意 义
薄壁体系的几何组成解析是理解 薄壁结构体系的关键，对于结构 设计、分析和优化具有重要的意
义。
通过解析薄壁体系的几何组成， 可以深入了解结构的传力路径、 承载能力和稳定性等方面的性能，
为优化设计提供依据。
解析薄壁体系的几何组成还有助 于发现潜在的缺陷和问题，提高
结构的安全性和可靠性。
当外部载荷超过结构 的承载能力时，结构 会发生失稳，即失去 平衡状态。
弹性稳定性的计算
01
弹性稳定性可以通过计 算结构的临界载荷和临 界应力来评估。
02
临界载荷是指使结构失 稳的最小外部载荷。
03
临界应力是指结构在临 界载荷作用下的最大应 力值。
04
通过比较实际外载荷与 临界载荷的大小，可以 判断结构的弹性稳定性。
薄壁体系的几何组成解析 课件
目 录
• 薄壁体系的几何组成 • 薄壁体系的几何组成分析 • 薄壁体系的稳定性分析 • 薄壁体系的优化设计 • 结论与展望
01 引言
薄壁体系的定 义
薄壁体系是指由薄壁构件组成的结构体系，其中薄壁构件是指具有薄截面的杆件， 通常由金属薄板或塑料等轻质材料制成。
薄壁构件可以是直的或弯曲的，通过连接形成整个结构体系。
06薄壁结构的构造和受力03_图文42页PPT
板件屈曲系数（四边简支）
➢ 能量法计算板的弹性失稳荷载
板在微弯状态时的总势能为：
UV
U D 2 0 a0 b 2 x w 2 2 y w 2 2 2 1 2 x w 2 2 y w 2 x 2 w y 2 d x d y
✓板的平衡方程属于二维偏微分方程，除了均匀受压的四边简支的理 想矩形板可直接求解分叉屈曲荷载外，对于其他受力条件和边界条 件的板，用平衡法很难求解；需用能量法或数值法求解。
✓理想薄板失稳属于稳定的分叉失稳。对于有刚强侧边支撑的板，会 产生薄膜应力，提高钢板屈曲后的强度（屈曲后强度）。
✓按照小挠度理论分析只能得到板的分叉屈曲荷载，根据大挠度理论 分析才能得到板的屈曲后强度和板的挠度。
✓薄板：1 / 8 0 ~ 1 / 1 0 0 t / b 1 / 5 ~ 1 / 8
受力特点：横向剪力引起的剪切变形与弯曲变形相比可以忽略不计。
✓薄膜：t/b 1 /8 0 ~ 1 /1 0 0
受力特点：没有抗弯刚度，依靠薄膜拉力与横向荷载平衡。
➢ 板失稳的特点：
✓板屈曲时产生出平面的双向弯曲变形（凸曲现象），故板上任何一 点的弯矩 M x 、M y 和扭矩 M x y 以及板的挠度 w 都与此点的坐标有关。
➢ 小挠度理论板的弹性曲面微分方程
基本假定：
✓垂直于中面方向的正应变很小，可以忽略。即中面任何一根法线上， 薄板全厚度内的所有点具有相同的挠度；且可以忽略中面因弯曲变 形伸长而产生的薄膜应力。
✓应力分量 z 、 z x 和 z y 远小于 x 、 y 和 x y ，故可以忽略他们产生的
正应变 z 、剪应变 z x 和 z y 。薄板小挠度弯曲问题可简化为平面应
06薄壁结构的构造和受力03_图文
➢ 能量法计算板的弹性失稳荷载
板在微弯状态时的总势能为：
UV
U D 2 0 a0 b 2 x w 2 2 y w 2 2 2 1 2 x w 2 2 y w 2 x 2 w y 2 d x d y
✓板的平衡方程属于二维偏微分方程，除了均匀受压的四边简支的理 想矩形板可直接求解分叉屈曲荷载外，对于其他受力条件和边界条 件的板，用平衡法很难求解；需用能量法或数值法求解。
✓理想薄板失稳属于稳定的分叉失稳。对于有刚强侧边支撑的板，会 产生薄膜应力，提高钢板屈曲后的强度（屈曲后强度）。
✓按照小挠度理论分析只能得到板的分叉屈曲荷载，根据大挠度理论 分析才能得到板的屈曲后强度和板的挠度。
✓薄板：1 / 8 0 ~ 1 / 1 0 0 t / b 1 / 5 ~ 1 / 8
受力特点：横向剪力引起的剪切变形与弯曲变形相比可以忽略不计。
✓薄膜：t/b 1 /8 0 ~ 1 /1 0 0
受力特点：没有抗弯刚度，依靠薄膜拉力与横向荷载平衡。
➢ 板失稳的特点：
✓板屈曲时产生出平面的双向弯曲变形（凸曲现象），故板上任何一 点的弯矩 M x 、M y 和扭矩 M x y 以及板的挠度 w 都与此点的坐标有关。
➢ 小挠度理论板的弹性曲面微分方程
基本假定：
✓垂直于中面方向的正应变很小，可以忽略。即中面任何一根法线上， 薄板全厚度内的所有点具有相同的挠度；且可以忽略中面因弯曲变 形伸长而产生的薄膜应力。
✓应力分量 z 、 z x 和 z y 远小于 x 、 y 和 x y ，故可以忽略他们产生的
正应变 z 、剪应变 z x 和 z y 。薄板小挠度弯曲问题可简化为平面应
06薄壁结构的构造和受力03_图文
薄壁结构_1030
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。
2021/7/14
1.概述
1.1 薄壳结构的概念
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
支撑在框架上
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
球壳边缘全部落地，基础同时作为受拉支座环梁； 割球壳，基础必须能够承受水平拉力（可以在各基础之间设拉杆平衡）
2021/7/14
直接落地并支撑在基础上
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
1）圆顶的破坏图形
均布竖向荷载作用下， 球壳上部承受环向压力， 下部承受环向拉力 由于砖砌体或混凝土的抗拉强度较低 所以，球壳首先在圆顶下部沿经向出险多条裂缝 此时支座环内的钢筋发挥作用 荷载进一步加大，钢筋屈服，圆顶破坏
1.概述
1.4 薄壳结构的施工
（1）现浇混凝土壳体 特点：整体性最好； 费支架和模板； 曲面模板制作费料费工； 混凝土质量不易保证。
2021/7/14
1.概述
1.4 薄壳结构的施工
（2）预制单元、高空装配成整体壳体 特点：模板量少； 高空作业量大大减少，故工期短； 缺点是整体抗震性能较差。
2021/7/14
2021/7/14
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例（罗马小体育馆）
为什么又单单要用36根支柱呢？因为圆屋顶最外圈正好108 块槽板，用36 个斜撑， 则刚好使每二块有一个斜撑，而且丫形柱是倾斜的，顺着拱的力 线把拱的推力传到 埋在地下的环形基础上去。穹顶的外缘皱折成波形，防 止产生不利的弯矩，同时又加大了窗子的高度，取得了优美的视觉效果， 这样更显示出体育用的效果。 这棱形的槽板和交叉细细的弧形助形成一个精致的图案，像一朵凹凸相间 的葵花。整体看去，就像蛋壳一样一张巨大半透明的网笼罩 着，当人从室 内向外看去，就像人坐在空中一样。那浅灰色的丫形斜撑，好像就用 一个 小小的指头支撑着屋顶，整个穹拱仿佛悬浮在空中，似乎观众一阵掌声就 能把2021它/7/1送4 到九霄云外去。
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壳体结构的内力
薄膜内力
1.概述
1.3 薄壳结构的内力 （计算单位：中曲面单位长度的内力）
薄膜内力是主要内力的条件：
（1）曲面结构壁厚满足
薄膜内力
1R(R 为 最 小 主 曲 率 半 径 ）
20
（2）壳体曲面均匀连续变化
（3）壳体上的荷载均匀连续分布
（4）壳体各边界能沿曲面的发现方向自由移动， 支座只产生阻止曲面切线方向位移的反力
冷却塔
1.概述
1.2 薄壳结构的曲面形式
（2）平移曲面： 由一条竖向曲线沿另一条竖向曲线（母线）平行移动形成的曲面
椭圆抛物面
1.概述
1.2 薄壳结构的曲面形式
（2）平移曲面： 由一条竖向曲线沿另一条竖向曲线（母线）平行移动形成的曲面
双曲抛物面
1.概述
1.2 薄壳结构的曲面形式
（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）移动形成
其形式有：球面壳、椭球面壳、旋转抛物面壳
适用于平面为圆形的建筑，如展览馆、天文馆、 圆形水池的顶盖等
穹拱式的造型及其四周传力的受力特点，可以 实现跨度很大厚度却很薄，同时壳体内力很小。— 圆顶结构用料很少。
直径25m半球形圆顶 壳体厚度60mm 施工方法：喷射法 自重200kg/m2
椭球面壳
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
1）壳身结构
最常见
采光要求；集中力时；
建筑平面为正多边形时
厚度太小；装配整体式结构时
意大利 佛罗伦萨 圣玛利亚白花大教堂 （文艺复兴时期） （世界上第一座大圆顶）
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
支撑在斜柱或斜拱上
缺点： 柱脚或拱脚使基础受到水平推力
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
支撑在斜柱或斜拱上
（3）地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升 特点：高空作业量减少； 脚手架减少； 提升时需要临时加固。
1.概述
1.4 薄壳结构的施工
（4）装配整体式叠合壳体 （钢丝网水泥薄板做模板）
（5）柔模喷涂成壳体 （抗拉性能比较好的柔性材料做模板， 如棉麻织物、草苇钢丝网等）
2.圆顶
圆顶是正高斯曲率的旋转曲壳
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
由Байду номын сангаас架将水平推力传给基础。框架要有足够刚度。 支撑在框架上
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
球壳边缘全部落地，基础同时作为受拉支座环梁； 割球壳，基础必须能够承受水平拉力（可以在各基础之间设拉杆平衡）
直接落地并支撑在基础上
2.圆顶
单位经向弧长的环向轴力
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
2）圆顶的薄膜内力
球形圆拱在自重作用下薄膜内力沿经线的变化
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
3）支座环的受力
TR kHR kN 1cos0
0 90 ,V N1,T 0
壳身在支座环处的经向轴力N1 全部直接传给下部结构， 支座环拉力为零
利用薄膜内力N1计算
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
3）支座环的受力
T N2ds1
0 5 1 4 9 ,T 随 的 增 大 而 增 大
0 5 1 4 9 ,T 随 的 增 大 而 减 小
2.2 圆顶的受力特点
1）圆顶的破坏图形
均布竖向荷载作用下， 球壳上部承受环向压力， 下部承受环向拉力 由于砖砌体或混凝土的抗拉强度较低 所以，球壳首先在圆顶下部沿经向出险多条裂缝 此时支座环内的钢筋发挥作用 荷载进一步加大，钢筋屈服，圆顶破坏
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
2）圆顶的薄膜内力
单位环向弧长的经向轴力
1.概述
1.4 薄壳结构的施工
（1）现浇混凝土壳体 特点：整体性最好； 费支架和模板； 曲面模板制作费料费工； 混凝土质量不易保证。
1.概述
1.4 薄壳结构的施工
（2）预制单元、高空装配成整体壳体 特点：模板量少； 高空作业量大大减少，故工期短； 缺点是整体抗震性能较差。
1.概述
1.4 薄壳结构的施工
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
1.概述
1.1 薄壳结构的概念
薄
壳
受力主要为力矩（双向弯矩和扭矩）
与
平
板
受
力
比
较
薄壳：受力主要为双向轴力和顺剪力
利用其空间几何形状的合理性，空间受力 实现了很大的强度和刚度
柱面（圆柱面、椭圆柱面、抛物柱面等），柱状面
1.概述
1.2 薄壳结构的曲面形式
（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）移动形成
锥形面、劈锥曲面
1.概述
1.2 薄壳结构的曲面形式
（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）移动形成
扭曲面
1.概述
1.3 薄壳结构的内力 （计算单位：中曲面单位长度的内力）
1.概述
1.1 薄壳结构的概念
薄 1.“薄”，优点材料省，经济；
壳
自重小，适合大跨度；
结
曲面多样化，建筑造型丰富。
构
的 2.“空间受力”，优点内力比较均匀，强度大，刚度大；
特 点
空间整体工作性能好。
3.缺点：体型复杂，现浇施工时费工费摸料，施工不便； 板厚太小，隔热效果不够好； 长期日晒雨淋容易开裂； 壳伴天棚曲面容易引起室内声音反射和混响， 大会堂、影剧院、体育馆等不宜采用。
第5章 钢筋混凝土 空间薄壁结构
1.概念 2.圆顶 3.筒壳和锥壳 4.5.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
K=k1k2
壳体的参数
a ： 被这个曲面所覆盖的底面最短边 一开口壳体的中曲面 壳顶： 底面以上的中曲面上的最高点O 矢高f: 壳顶到底面之间的距离 矢率：f/a；矢率很小的壳体称为扁壳 钢筋混凝土结构中，f/a≤5时，可按扁壳结构
1.概述
1.2 薄壳结构的曲面形式
（1）旋转曲面： 由一条平面曲线绕该平面内某一给定直线旋转一周所形成的曲面