建筑结构选型-第五章钢筋混凝土空间薄壁结构参考课件
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（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）
31
1.5 预应力薄壳结构
32
2.圆顶
圆顶是正高斯曲率的旋转曲壳
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
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
柱面（圆柱面、椭圆柱面、抛物柱面等），柱状面
22
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
23
1.概述
1.2 薄壳结构的曲面形式
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
10
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
11
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。 12
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
1
2
3
4
5
6
7
天津南美风情酒店
（水母酒店）
8
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。
9
1.概述
39
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
40
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
41
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
由框架将水平推力传给基础。框架要有足够刚度。
K=k1k2
13
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≤1/5时，可按扁壳结构
14
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
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
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。
33
直径25m半球形圆顶 壳体厚度60mm 施工方法：喷射法 自重200kg/m2
34
椭球面壳
35
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
建筑平面为正多边形时
采光要求；集中力时；
（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
24
25
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）
壳体结构的内力
薄膜内力
26
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法线方向自由移动， 支座只产生阻止曲面切线方向位移的反力
27
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。
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
44
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
单位经向弧长的环向轴力
45
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 46
36
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）
37
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
38
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）
28
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。
29
1.概述
1.4 薄壳结构的施工
（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。
30
1.概述
1.4 薄壳结构的施工
冷却塔
15
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（母线）沿另一条竖向曲线（导线）平行移动 形成的曲面
椭圆抛物面 16
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 17
18
19
20
21
1.概述
支撑在框架上
42
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； 割来自百度文库壳，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
43
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
（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）
31
1.5 预应力薄壳结构
32
2.圆顶
圆顶是正高斯曲率的旋转曲壳
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
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
柱面（圆柱面、椭圆柱面、抛物柱面等），柱状面
22
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
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1.概述
1.2 薄壳结构的曲面形式
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
10
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
11
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。 12
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
1
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3
4
5
6
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天津南美风情酒店
（水母酒店）
8
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。
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1.概述
39
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
40
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
41
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
由框架将水平推力传给基础。框架要有足够刚度。
K=k1k2
13
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≤1/5时，可按扁壳结构
14
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
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
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。
33
直径25m半球形圆顶 壳体厚度60mm 施工方法：喷射法 自重200kg/m2
34
椭球面壳
35
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
建筑平面为正多边形时
采光要求；集中力时；
（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
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25
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）
壳体结构的内力
薄膜内力
26
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法线方向自由移动， 支座只产生阻止曲面切线方向位移的反力
27
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。
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
44
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
单位经向弧长的环向轴力
45
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 46
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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）
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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
38
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）
28
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。
29
1.概述
1.4 薄壳结构的施工
（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。
30
1.概述
1.4 薄壳结构的施工
冷却塔
15
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（母线）沿另一条竖向曲线（导线）平行移动 形成的曲面
椭圆抛物面 16
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 17
18
19
20
21
1.概述
支撑在框架上
42
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； 割来自百度文库壳，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
43
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