1、結構選型薄殼結構第1頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三第2頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三第3頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三第4頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三第5頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三第6頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三啟發(fā)自然界某些動植物的種子外殼、蛋殼、貝殼，可以說是天然的薄殼結構，它們的外形符合力學原理，以最少的材料獲得堅硬的外殼，以抵御外界的侵襲。以蛋殼為例，由于工程中結構自重是以均布荷載的形式存在，在蛋殼上施加均布力，

2、一般認為在蛋殼中部為最脆弱的部位，但實際情況結構產(chǎn)生應力均勻，而在兩端較大。通常情況，如果一枚雞蛋的橫徑在4厘米左右，那么蛋殼厚度就只有0.38毫米，二者的比值接近1：105。這么薄的蛋殼，簡直不堪一擊。然而，蛋殼的形狀可以影響它的受力，凸出向外的曲面能把力均勻散開。特別是當它均勻受力時，抗壓性就更大了，遠不是看上去的那么脆弱。可見薄殼結構運用到大跨度建筑中，能夠達到滿應力設計準則的要求。人們從這些天然殼體中受到啟發(fā)，利用混凝土以及其他合金材料的可塑性，創(chuàng)造出各種形式的薄殼結構。建筑工程中的殼體結構多屬薄殼結構（學術上把滿足t/R1/20的殼體定義為薄殼）。第7頁，共46頁，2022年，5月2

3、0日，11點55分，星期三第一節(jié) 概 述一 、薄殼結構的概念 殼體結構 等厚度殼 薄殼概念比較優(yōu)點薄膜內(nèi)力雙軸力 順剪力殼體平板雙彎矩 扭矩空間受力薄膜內(nèi)力材料強度充分利用很大的強度、剛度第8頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三一 、薄殼結構的概念中曲面高斯曲率法截線第9頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三按高斯曲率分類零高斯曲率正高斯曲率負高斯曲率一 、薄殼結構的概念零高斯曲率正高斯曲率負高斯曲率第10頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三旋轉(zhuǎn)曲面二 、薄殼結構的曲面形式由一條平面曲線繞著該平面內(nèi)某一指定的直線旋轉(zhuǎn)一周所形成的曲

4、面第11頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三平移曲面二 、薄殼結構的曲面形式由一條豎向曲線做母線沿著另一條豎向曲線（導線）平行移動所形成的曲面橢圓拋物面雙曲拋物面第12頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三平移曲面二 、薄殼結構的曲面形式橢圓拋物面雙曲拋物面第13頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三直紋曲面二 、薄壁結構的曲面形式柱面由一段直線（母線）的兩端分別沿著二固定曲線（導線）移動所形成的曲面扭曲面扭面也可認為是從雙曲拋物面中沿直紋方向截取的一部分第14頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三直紋曲面二 、

5、薄壁結構的曲面形式劈錐曲面由一段直線（母線）沿一直導線和一根豎向曲導線移動并始終平行于一導平面形成的曲面劈錐曲面由一段直線（母線）沿一豎向曲線（導線）移動并始終通過一定點形成的曲面錐面:錐面第15頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三曲面的組合雙曲扁殼柱殼扭殼錐形殼劈錐殼第16頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三三、薄殼結構的內(nèi)力薄膜內(nèi)力為主要內(nèi)力的情況：殼體結構的內(nèi)力薄膜內(nèi)力薄膜內(nèi)力：彎曲內(nèi)力：雙軸力 順剪力雙彎矩 扭矩 橫向剪力第17頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三四、薄殼結構的施工方法現(xiàn)澆混凝土殼體預制單元、高空裝配成整

6、體殼體地面現(xiàn)澆殼體或預制單元裝配后整體提升采用柔膜噴涂成殼裝配整體式疊合殼體第18頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三北京天文館第19頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三第二節(jié) 圓 頂一 、圓頂?shù)慕Y構組成及結構型式1.殼身結構支座環(huán)殼身下部支承平滑圓頂肋形圓頂多面圓頂?shù)?0頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三第二節(jié) 圓 頂一 、圓頂?shù)慕Y構組成及結構形式2.支座環(huán)阻止裂縫開展保證殼體處于受壓工作狀態(tài)實現(xiàn)結構的空間平衡作用：支座環(huán)第21頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三一 、圓頂?shù)慕Y構組成及結構形式3.支承結

7、構的類型支承在豎向承重構件上支承在框架上象落地拱直接落地并支承在基礎上支承在斜柱或斜拱上斜拱第22頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三二 、圓頂?shù)氖芰μ攸c1.圓頂?shù)钠茐?.圓頂?shù)谋∧?nèi)力殼面單元體的主要內(nèi)力經(jīng)向應力狀態(tài)環(huán)向應力狀態(tài)第23頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三3.支座環(huán)的受力二 、圓頂?shù)氖芰μ攸c支座環(huán)第24頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三三、圓頂?shù)墓こ虒嵗_馬小體育宮鋼筋混凝土網(wǎng)肋形扁球殼結構 施工時起重機安裝在中央天窗處 十分合理球殼采用預制鋼絲網(wǎng)水泥菱形構件作模板，與殼板現(xiàn)澆成整體的肋形球殼殼肋葵花圖案 具有

8、裝飾性采用36根Y字型斜柱支承 結構明朗 輕快 富有表現(xiàn)力第25頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三第26頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三第三節(jié) 筒 殼一 、筒殼的結構組成邊梁(側(cè)邊構件)：是否有橫隔板是筒殼和筒拱的區(qū)別橫隔板第27頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三第三節(jié) 筒 殼一 、筒殼的結構組成邊梁的型式a 最經(jīng)濟b 適用于邊梁下有墻或中間支承的建筑c 適用于小型筒殼d 邊梁可兼作排水溝第28頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三一 、筒殼的結構組成橫隔板的型式框架橫隔空腹桁架橫隔第29頁，共46頁

9、，2022年，5月20日，11點55分，星期三二 、筒殼的受力特點是否有橫隔板是筒殼和筒拱的區(qū)別筒殼縱向 與梁類似 把上部豎向荷載傳遞給橫隔橫向 與拱類似 殼身產(chǎn)生環(huán)向壓力按梁理論計算橫向拱的作用??；縱向梁傳力顯著。近似梁作用橫向拱的作用明顯；縱向梁傳力作用很小。近似拱作用內(nèi)力主要為薄膜內(nèi)力，按薄膜理論計算長殼短殼中長殼拱和梁的作用都明顯。存在薄膜內(nèi)力和彎曲內(nèi)力，按彎矩理論或半彎矩理論計算第30頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三三、工程實例我國許多紡織廠采用鋸齒形的長筒殼，有利于采光某禮堂某飛機場哥倫比亞塔基納運動場的雨蓬第31頁，共46頁，2022年，5月20日，11

10、點55分，星期三第四節(jié) 雙曲扁殼一 、雙曲扁殼的組成扁殼：（微彎平板）橢圓拋物面扁殼優(yōu)點：矢高小，結構空間小，屋面面積相應減小，比較經(jīng)濟；平面多變，適用于圓形、正多邊形、矩形等建筑平面。邊緣構件帶拉桿的拱，拱形桁架，薄腹梁，拱形剛架種類：具有較大的剛度在四角交接處應有可靠連接構造措施要求：第32頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三二 、雙曲扁殼的受力特點薄膜內(nèi)力為主三個受力區(qū)主要承受雙向軸壓力 按構造配筋 洞口開在此區(qū)主要承受正彎矩 殼體下表面受拉，布置鋼筋 殼體越高越薄，彎矩越小，彎矩作用區(qū)越小1 中央?yún)^(qū)：2 邊緣區(qū)：3 四角區(qū)：主要承受順剪力，主應力為拉力配45度斜筋

11、主應力為壓力局部增大混凝土厚度邊緣構件主要承受殼板邊緣傳來的順剪力第33頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三三 、工程實例北京火車站中央大廳頂蓋、檢票口通廊雙曲扁殼中央大廳頂蓋：35m*35m，f=7m，厚度80mm； 四周有拱形高窗，采光充分檢票口通廊： 五個雙曲扁殼，中間的為21.5m*21.5m，其余16.5m*16.5m 矢高3.3m，厚度60mm，每個頂蓋均可采光第34頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三三 、工程實例北京網(wǎng)球館扁殼中央隆起，適應網(wǎng)球在空中弧形軌跡，空間充分利用第35頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三

12、第五節(jié) 雙曲拋物面扭殼殼體穩(wěn)定性好雙曲拋物面是直紋曲面，配筋和模板制作簡單扭面也可以認為是從雙曲拋物面中沿直紋方向截取的一部分，如abcd扭殼從雙曲拋物面中沿直紋曲面切取的一部分上凸薄拱（受壓）下凹索網(wǎng)（受拉）避免屈曲失穩(wěn)，提高穩(wěn)定性。殼板可以很薄扭殼單塊作屋面或組合第36頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三一 、扭殼的結構組成和型式形式雙傾單塊扭殼單傾單塊扭殼組合型扭殼屋頂四邊采光，排水方便。組成：殼板和邊緣構件第37頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三二 、扭殼的受力特點只有順剪力 平行于直紋方向順剪力產(chǎn)生的主拉或主壓應力，下凹受拉 “索”上凸受

13、壓 “拱”整個扭殼看成一系列受拉索與一系列受壓拱組成的曲面組合結構扭殼的殼板 第38頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三二 、扭殼的受力特點邊緣構件軸力圖四坡屋頂邊緣構件順剪力上弦桿受壓，下弦桿件受拉順剪力使拱方向的支座受推力單塊扭殼屋蓋錨于地下的斜拉桿拉桿扭殼的邊緣構件第39頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三落地拱單塊扭殼屋蓋落地拱扭殼屋蓋邊框推力的平衡扭殼的邊緣構件順剪力合力R作用于A、B的基礎上當?shù)鼗箓?cè)移能力不足時，在基礎之間設置拉桿第40頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三三、雙曲拋物面扭殼的工程實例透視圖平面圖扭殼

14、的幾何圖形大連海港轉(zhuǎn)運倉庫鋼筋混凝土組合型雙曲拋物面扭殼屋蓋邊緣構件為人字形拉桿拱第41頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三曲面的切割與組合雙曲扁殼鋸齒形狀（柱狀）柱殼扭殼錐形殼劈錐殼兩柱殼相貫兩雙曲拋物面殼相貫錐形殼錐形殼第42頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三鳥瞰圖室內(nèi)透視室外透視由三組殼體組成每組有兩個圓柱形曲面正交形成兩個柱形曲面的交線為十字形交叉拱，加強殼體，并將荷載傳至支座三組殼體的相交處為采光帶美國圣路易航空港候機室殼體組合頂視圖兩圓柱正交幾何圖第43頁，共46頁，2022年，5月20日，11點55分，星期三墨西哥霍奇米洛科餐廳立面平面幾何形體建筑由八瓣鞍殼交叉組成，相交處加厚形成剛度極大的拱肋，直接支承在八個基礎上建筑平面為30m*30m的正方形，殼厚40mm殼體的外圍八個立面是傾斜的，整