第五章-空间薄壁结构.pptx

41 概述概述42 壳体结构的力学特征壳体结构的力学特征43 曲面形式曲面形式44 折板结构折板结构 45 圆顶结构圆顶结构46 范范 例例第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构壳体：由单曲面或双曲面板组成，壳体：由单曲面或双曲面板组成，以曲面的空间刚度以曲面的空间刚度保证结构刚度保证结构刚度折板：由平面板组成，以折板组成的空间刚度折板：由平面板组成，以折板组成的空间刚度41 概概 述述壳体结构的发展简况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、形自然界：果壳、贝壳、鸡蛋、头颅等曲线优美、形态善变、厚度之薄态善变、厚度之薄令人惊叹令人惊叹遵循：用最少之料构成最坚之型的规律遵循用最少之料构成最坚之型的规律第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构第四章壳体结构 壳体是最自然、最合理、最有效、最进步的结构壳体是最自然、最合理、最有效、最进步的结构型式。型式。人类：锅、匙、碗、杯、瓶、罐、坛、乒乓球、人类：锅、匙、碗、杯、瓶、罐、坛、乒乓球、灯灯 泡、钢盔、汽车壳、飞机壳等。泡、钢盔、汽车壳、飞机壳等。优点：壳体结构的覆盖面积大，无需中柱，室内优点：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、飞机库空间开阔宽敞，用于市场、礼堂、体育馆、飞机库第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构缺点：缺点：1 1）现浇砼费模板、制作复杂）现浇砼费模板、制作复杂壳体本身材料与人工费壳体本身材料与人工费比很小。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 但施工材料与人工费都很高,占总造价50%70%左右2 2）有些壳体（球壳、扁壳等）易产生回声现象，还存在计）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。算复杂，尚需研究开孔影响、稳定、振动、徐变等问题。第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构42 壳体结构的力学特征壳体结构的力学特征 鸡蛋壳鸡蛋壳 d/R=1/50d/R=1/50 d d 壳体厚度壳体厚度一般壳体要求一般壳体要求 d/R=1/20d/R=1/20 R R曲率半径曲率半径1 1双向直接传力双向直接传力强度大强度大a.a.主要承受曲面内的主要承受曲面内的轴力（双向法向力）轴力（双向法向力）NxNx、NfNf第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构顺剪力顺剪力 S S 称之为曲面应力或切向力，又称为薄膜应力。沿厚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。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。这层膜很薄，却能直接抗衡外荷，并直接传力给支座。第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构Mf，Vf 环向的M和横剪力（筒壳拱圈）Mx，Vx 纵向的M和横剪力Mf，Mfx 扭矩弯曲内力 第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构b.b.承受少许横向弯矩承受少许横向弯矩只有在非对称均布荷载作只有在非对称均布荷载作用时（扭矩）用时（扭矩）（曲线外形使壳体风载很小，一般可不计）（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（横向曲面的最大功能是以双向直接应力为主（横向M M甚小）抗衡并传递外荷，这也是壳之所以薄的原因。甚小）抗衡并传递外荷，这也是壳之所以薄的原因。c.c.中面或中心面中面或中心面因为，壳薄，所以，可认为沿因为，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。或中心面，壳体的线形以此为准。第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构2 2空间刚度大空间刚度大 主要承受两个方向法向力及顺剪力及弯矩主要承受两个方向法向力及顺剪力及弯矩3.3.屋面承重合一屋面承重合一 板架合一，型式很多（板架合一，型式很多（T T型板、型板、V V型板型板使用功能与结构骨架合一）使用功能与结构骨架合一）4.4.壳体厚度薄，自重轻，有利于抗震壳体厚度薄，自重轻，有利于抗震适用于大跨适用于大跨度屋面结构度屋面结构第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构43 曲面形式曲面形式 1.1.旋转曲面旋转曲面由一平面曲线作母线绕其平面内的轴由一平面曲线作母线绕其平面内的轴旋转而成的曲面。旋转而成的曲面。球形曲面球形曲面圆弧曲线圆弧曲线 抛物面抛物面 抛物线抛物线 椭球面椭球面 椭圆椭圆 双曲面双曲面 双曲线双曲线第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构第四章壳体结构 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 双曲抛物面(a)扭面(b)抛物面的形成(c)双曲抛物面第四章壳体结构 44 折板结构折板结构 它是以一定角度整体联系的薄板体系，受力性它是以一定角度整体联系的薄板体系，受力性能良好构造简单，施工比筒壳方便，模板耗量少。能良好构造简单，施工比筒壳方便，模板耗量少。结构型式与尺寸结构型式与尺寸有边梁 无边梁：由若干等厚的平板和横隔构件组成 板 边梁 横隔构件组成与筒壳类似 V型折板第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构45 圆顶结构圆顶结构 旋转曲面壳旋转曲面壳空间工作性能好空间工作性能好 第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构圆顶结构实例圆顶结构实例1）北京天文馆半球形顶盖，直径25m，d=60mm，喷射砼第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构2 2）美国，伊利诺大学会堂，美国，伊利诺大学会堂，19621962年建，圆形平面，年建，圆形平面，D=122mD=122m，集会、演出、球赛，可容纳，集会、演出、球赛，可容纳2 2万人。周围有万人。周围有环形走廊，屋顶为预应力折板组成穹顶，由环形走廊，屋顶为预应力折板组成穹顶，由4848块同样块同样的板组成，板厚的板组成，板厚d=90mmd=90mm，D=132mD=132m，重，重5000t5000t。屋顶推。屋顶推力由后张预应力圈梁承受，最高点力由后张预应力圈梁承受，最高点+40.9m+40.9m。第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构第四章壳体结构 第四章壳体结构 46 结构范例结构范例 法国巴黎国家工业与技法国巴黎国家工业与技法国巴黎国家工业与技法国巴黎国家工业与技术展览中心大厅术展览中心大厅术展览中心大厅术展览中心大厅。混凝土薄混凝土薄混凝土薄混凝土薄壳结构，是当前世界上跨度最壳结构，是当前世界上跨度最壳结构，是当前世界上跨度最壳结构，是当前世界上跨度最大的公共建筑。大的公共建筑。大的公共建筑。大的公共建筑。平面呈平面呈三角形三角形边长边长219m壳顶离地面壳顶离地面46m折算壳面总厚度只有折算壳面总厚度只有180mm，厚跨比为厚跨比为1：1200，比鸡蛋蛋壳，比鸡蛋蛋壳的厚长比的厚长比1：100还小还小12倍。建倍。建筑造型新颖，充分说明混凝土筑造型新颖，充分说明混凝土壳体结构的优越性。壳体结构的优越性。双层波形拱壳双层波形拱壳角部墩座角部墩座网格型壳面是网格型壳面是用用Y形斜向支形斜向支撑撑意大利罗意大利罗马小体育马小体育宫宫 屋盖屋盖屋盖屋盖-混凝混凝混凝混凝土网格型薄土网格型薄土网格型薄土网格型薄壳结构壳结构壳结构壳结构。该建筑的外观和平面俯视或仰视都像该建筑的外观和平面俯视或仰视都像该建筑的外观和平面俯视或仰视都像该建筑的外观和平面俯视或仰视都像一个盛开的一个盛开的一个盛开的一个盛开的向日葵向日葵向日葵向日葵。它以精巧的圆形屋顶著称于世。屋顶直径它以精巧的圆形屋顶著称于世。屋顶直径它以精巧的圆形屋顶著称于世。屋顶直径它以精巧的圆形屋顶著称于世。屋顶直径6060米，由米，由米，由米，由16201620个钢筋混凝土预制棱形构件拼合而成，这些构件最个钢筋混凝土预制棱形构件拼合而成，这些构件最个钢筋混凝土预制棱形构件拼合而成，这些构件最个钢筋混凝土预制棱形构件拼合而成，这些构件最薄的地方只有薄的地方只有薄的地方只有薄的地方只有2525毫米厚，它们不但在力学上十分合理，毫米厚，它们不但在力学上十分合理，毫米厚，它们不但在力学上十分合理，毫米厚，它们不但在力学上十分合理，而且组成了一个非常完整秀美的天顶图案。而且组成了一个非常完整秀美的天顶图案。而且组成了一个非常完整秀美的天顶图案。而且组成了一个非常完整秀美的天顶图案。第五章第五章 薄壁空间结构薄壁空间结构