薄壳结构 PPT

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• 壳体用于建筑结构虽为时较早，但工程界 开始研究、分析、试验已是19世纪，到20 世纪初叶壳体结构的发展一直缓慢
• 二战期间及战后壳体结构发展才迅速起来。
• 只有空间受力的结构体系才能够很好地解 决大跨度屋盖的问题，而且只有空间体系 的结构才能组成富有造型特点的屋盖形式。
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壳结构的演变
组长：冯帅 组员：韩昆昊，顾帅，国航，郭伟昊，刘松洋
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薄壳结构
1.概述 2.薄壳的曲面形式 3.圆顶结构 4.筒壳结构 5.双曲扁壳结构
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起源与发展
起源:
• 人类远在数千年前早已找出了各式各样的 日用壳体，如锅、碗、坛、罐……以后工业 逐渐发达，造出了灯泡、钢盔、木舟、机壳 等不胜枚举。
环向应力状态26
支座环的受力
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圆顶的工程实例 罗马小体育宫
钢筋混凝土网肋形扁球壳结构
壳肋——葵花图案 具有装饰性
球壳采用预制钢丝网水泥菱形构件作模板， 采用36根Y字型斜柱支承 结构明朗 轻快 富
与壳板现浇成整体的肋形球壳
有表现力
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第三节 筒 壳
一 、筒壳的结构组成
推力的竖向分力。圆顶的跨度较大时由于经向推力很大，要求支座环
的尺寸很大。
• 斜柱或斜拱
• 通过壳体四周沿着切线方向的直线形、Y形或叉形斜柱，把推力传给 基础；
• 或通过沿壳缘切线方向的单式或复式斜拱，把经向推力集中起来传给 基础
• 框架
• 利用圆顶下四周的围廊或圆顶周围的低层附属建筑的框架结构，把水 平推力传给基础。
• 受力
– 在轴向（旋转轴）对称荷载作用下，圆顶径向 受压，环向上部受压，下部可能受压，也可能 受拉，这是圆顶壳面中的主要内力。由此，圆 顶结构可以充分利用材料的强度。
– 支座对圆顶壳面起箍的作用，所以支座环承受 壳面边缘传来的推力，其截面内力主要为拉力。
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圆顶的破坏 内力
圆顶的薄膜
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边梁(侧边构件)： 横隔板
是否有横隔板是筒壳和筒拱的区别
边梁的形式
a 最经济
b 适用于边梁下有墙或中间支承的建筑 c 适用于小型筒壳 d 边梁可兼作排水沟
横隔板的型式
框架横隔
空腹桁架横隔
二 、筒壳的受力特点
是否有横隔板是筒壳和筒拱的区别 筒壳 横向 与拱类似 壳身产生环向压力
纵向 与梁类似 把上部竖向荷载传递给横隔
• 长期日晒雨淋容易开裂；
• 壳板的曲面容易引起室内声音反射和混响， 对声音效果要求高的大会堂、体育馆、影 剧院等不宜采用。
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按照形成的特点分为：
1.旋转曲面 2.平移曲面 3.直纹曲面
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旋转曲面
• 一平面曲线绕其所在平面上的轴旋转所形成的曲面，称 为旋转曲面。
• 该平面曲线可以有不同的形状，于是得到多种多样适应 于圆形平面的穹窿（圆顶）屋盖
我国许多纺织厂采用锯齿形的长筒壳，有利于采光
某礼堂
某飞机场
哥伦比亚塔基纳运动场的雨蓬
双曲扁壳
扁壳： f /l 1/5（微弯平板） 优点：
矢高小，结构空间小，屋面面积相应减小，比较经济； 平面多变，适用于圆形、正多边形、矩形等建筑平面。
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• 由一条竖向曲 线做母线沿着 另一条竖向曲 线（导线）平 行移动所形成 的曲面
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直纹曲面
双曲抛物面 一直线沿二固定曲线移动形成的曲面。
扭壳面
双曲抛物面
扭壳面与双曲抛物面
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柱面与柱状面
柱面由直母线沿沿着两根曲率相同的竖向曲导线移 动而形成的曲面。 柱状面由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形成。
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• 把平板做成曲板， 曲板的内力就改变 为受压为主，受压 比受弯更能发挥材 料的性能，尤其是 多向受压，处于空 间状态更加有利。
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• 横向受荷传力的梁起“担” 的作用，不能材尽其用， 并非经济的结构形式；以 曲梁承荷传力的拱起“顶” 的作用，能进一步发挥材 力，是较先进的结构形式；
➢长壳 l1/l2 3 横向拱的作用小；纵向梁传力显著。近似梁作用 按梁理论计算
➢短壳 l1/l21/2 横向拱的作用明显；纵向梁传力作用很小。近似拱作用 内力主要为薄膜内力，按薄膜理论计算
➢中长壳 1/2l1/l23 拱和梁的作用都明显。 存在薄膜内力和弯曲内力，按弯矩理论或半弯矩理论计算
三、工程实例
• 框架结构必须具有足够的刚度，以保证壳身的稳定性。
• 圆顶结构直接落地并支承在基础上
• 若球壳边缘全部落地，则基础同时作为受拉支座环梁。
• 若是割球壳，只有几个脚延伸入地，则基础必须能够承受水平椎力，
或在各基础之间设拉杆以平衡该大水家好平力
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圆顶薄壳的内力状态
• 一般情况下，壳面的径向和环向弯矩较小可以忽略，壳面 内力可按无弯矩理论计算
1. 两边支承的单向板只有一个方向受弯，另一个方向的抗弯 能力根本没有利用；
2.如果把做成四边支承的双向板，那么，双向受弯，两向共同 受荷，则材料的抗弯潜力得到较充分的发挥。
3.在相同荷载作用下，双向板比单向板的跨度可以大1.3~1.8倍。 4.双向板虽然是四边支承而起双向受力的作用，但还是平面结
构，它的内力还是弯矩。
• 壳体与此相仿，以曲板承 荷传力，而且更进一步， 它不像拱是单向受荷传力 的平面结构，而是双向受 荷传力的空间结构，起双 向“顶”的作用。
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定义
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特点
• 体型复杂；
• 现浇结构时费工费模板材料，施工不便；
• 板厚太小，结构厚度和保温隔热都靠这几 公分厚的材料，隔热效果不好；
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锥面与锥状面
锥面是一直母线沿一竖向曲导线移动，并始终通过 一定点而形成的曲面。 锥状面是由一直母线沿一根直导线和一根竖向曲导 线移动，并始终平行于一导平面而形成的曲面。也 称劈锥壳。
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圆顶薄壳
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• 圆顶的结构组成及结构型式
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• 支座环Байду номын сангаас
1.是圆顶结构保持几何不变的保证；
2.作用类似于拱式结构中的拉杆；
3.对圆顶壳面起箍的作用，阻止圆顶结
构在
竖向荷载作用下的裂缝开展与破坏；
4.主要承受环向拉力和弯矩
5.保证壳体基本上处于受压状态；并实 现结构的空间平衡。
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• 支承结构的类型
• 支承在竖向承重构件上
支承在框架上
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• 竖向承重构件
•
经向推力的水平分力由支座环承担，竖向支承构件仅承受经向