薄壳结构调研讲解

薄壳结构

班级学号：*******-25

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指导老师：彭*

日期：2013.11.20

调研建筑：星海音乐厅·悉尼歌剧院·国家大剧院

1薄壳结构的定义：

壳，是一种曲面构建，主要承受各种作用产生的中面内的力。薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。

2薄壳结构的特点：

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。两个曲面之问的距离即为壳体的厚度(δ)，当δ比壳体其他尺寸(如曲率半径R，跨度等)小得多时，一般要求δ/R≤1/20(鸡蛋壳的δ/R≈1/50)称为薄壳结构。现代建筑工程中所采用的壳体一般为薄壳结构。而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，壳体才承受较小的弯矩和扭矩。

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；而且壳体为凸面，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。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。

不过，薄壳结构也有其自身的不足之处，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。

双曲抛物面案例

星海音乐厅

星海音乐厅位于广州二沙岛，造型奇特的外观，富于现代感，犹如江边欲飞的一只天鹅，与蓝天碧水浑然一体，形成一道瑰丽的风景线。这座以人民音乐家冼星海的名字命名的音乐厅，占地1.4万平方米，建筑面积1.8万平方米，设有1500个座位的交响乐演奏大厅、46个座位的室内乐演奏厅、100个座位的视听欣赏室和4800平方米的音乐文化广场。整体建筑为双曲抛物面钢筋混凝土壳体，室内不吊天花板，做到建筑空间与声学空间融为一体。星海音乐厅总投资达2.5亿元，是我国目前规模最大、设备最先进、功能完备、

具有国际水平的音乐厅。星海音乐厅东为广东美术馆，北为广东华侨博物馆，三者形成富有特色的文化景观。音乐厅主

体东侧是文化广场，由冼星海青铜雕像、音乐喷泉、水上音乐舞台等组成，是举行群众性广场音乐会和市民休息漫步的好去处。北广场的中心是一个刻有青龙、白虎等图案的梯形平台，寓意汉文化的形成。南广场地面上砌成巨大弧形图案，像风帆，也像收紧的渔网，在灯光的闪烁间，给人一种“渔歌唱晚”的意境。星海音乐厅临珠江而建，充满现代感的双曲抛物面几何体结构雄伟壮观，是一座令人赞赏的艺术殿宇。自北向南斜望，音乐厅像一只展翅欲飞的天鹅，从西往东看，南面的抛面与二楼平台构成一架撑起盖面的大钢琴，与珠江的碧水合奏着永不休止的和弦；晴日里，从两条抛物

面的弧形脊看旭日喷薄而出和夕阳西坠，又似五线谱上圆圆的音符。

星海音乐厅是典型的薄壳结构，这样的结构承重轻，更有利于建筑的空间设计。

悉尼歌剧院：

悉尼歌剧院位于澳大利亚悉尼，是20世纪具特色的建筑之一，也是世界著名的表演艺术中心，已成为悉尼市的标志性建筑，该歌剧院1973年正式落成，该剧院设计者为丹麦设计师约恩·乌松。悉尼歌剧院坐落在悉尼港便利朗角，其特有的帆造型，加上悉尼港湾大桥，与周围景物相映成趣。

悉尼歌剧院不仅是悉尼艺术文化的殿堂，更是悉尼的魂魄，清晨、黄昏或星空，不论徒步缓行或出海遨游，悉尼歌剧院随时为游客展现不同多样的迷人风采。从远处看，悉尼歌剧院就好像一艘正要起航的帆船，带着所有人的音乐梦想，驶向蔚蓝的海洋。从近处看，它就像一个陈放着贝壳的大展台，贝壳也争先恐后地向着太阳立正看起。

悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片，耸立在一南北长186米、东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土结构的基

座上。第一组壳片在地段西侧,四对壳片成串排列,三对朝北,一对朝南,内部是大音乐厅。第二组在地段东侧，与第一组大致平行,形式相同而规模略小，内部是歌剧厅。第三组在

它们的西南方，规模最小，由两对壳片组成,里面是餐厅。其他房间都巧妙地布置在基座内。整个建筑群的入口在南端,有宽97米的大台阶。车辆入口和停车场设在大台阶下面。

悉尼歌剧院主体部分采用的是钢筋混凝土结构，但屋顶部分还是采用的薄壳结构。悉尼歌剧院在外观整体上看，有由十对壳体组成的3组白色壳状屋顶，两个剧院占用两组大的壳体，另外一组小壳体为餐厅，其中歌剧厅、音乐厅与休息厅并排而立，各由四块巨大的壳状屋顶覆盖，这些壳状屋

顶依次排列，前三个一个盖着一个，面向海湾依抱，最后一个则背向海湾侍立。悉尼歌剧院采用薄壳结构，形成了独特的建筑外形—一组泊港的白帆，成为远近驰名的建筑。

➢国家大剧院

中国国家大剧院高46.68米。

由法国建筑师保罗·安德鲁主

持设计，设计方为法国巴黎机场

公司。是亚洲最大的剧院综合

体。

国家大剧院外部为钢结构壳体呈半椭球形，平面投影东西方向长轴长度为212.20米，南北方向短轴长度为143.64米，建筑物高度为46.285米，比人民大会堂略低3.32米，基础最深部分达到-32.5米，有10层楼那么高。国家大剧院壳体由18000多块钛金属板拼接而成，面积超过30000平方米，18000多块钛金属板中，只有4块形状完全一样。钛金属板经过特殊氧化处理，其表面金属光泽极具质感，且15年不变颜色。中部为渐开式玻璃幕墙，由1200多块超白玻璃巧妙拼接而成。椭球壳体外环绕人工湖，湖面面积达3.55万平方米，各种通道和入口都设在水面下。行人需从一条80米长的水下通道进入演出大厅。