第5章

鋼筋混凝土

空間薄壁結(jié)構(gòu)1.概念

2.圓頂

3.筒殼和錐殼

4.雙曲扁殼

5.扭殼

6.折板

7.雁形板

8.幕結(jié)構(gòu)天津南美風(fēng)情酒店（水母酒店）1.概述薄壁結(jié)構(gòu)的概念結(jié)構(gòu)的厚度遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度和寬度，一般由金屬或鋼筋混凝土材料制成，受力特點(diǎn)為空間受力體系。1.概述1.1薄殼結(jié)構(gòu)的概念概念：殼體結(jié)構(gòu)：上下兩個(gè)幾何曲面構(gòu)成的薄壁空間結(jié)構(gòu)等厚度殼：兩個(gè)曲面之間的距離（殼體的厚度）處處相等薄殼：殼體的厚度遠(yuǎn)小于最小曲率半徑R時(shí)稱(chēng)為薄殼1.概述1.1薄殼結(jié)構(gòu)的概念受力主要為力矩（雙向彎矩和扭矩）薄殼：受力主要為雙向軸力和順剪力利用其空間幾何形狀的合理性，空間受力實(shí)現(xiàn)了很大的強(qiáng)度和剛度薄殼與平板受力比較1.概述1.1薄殼結(jié)構(gòu)的概念1.“薄”，優(yōu)點(diǎn)材料省，經(jīng)濟(jì)；自重小，適合大跨度；曲面多樣化，建筑造型豐富。薄殼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)2.“空間受力”，優(yōu)點(diǎn)內(nèi)力比較均勻，強(qiáng)度大，剛度大；空間整體工作性能好。3.缺點(diǎn)：體型復(fù)雜，現(xiàn)澆施工時(shí)費(fèi)工費(fèi)摸料，施工不便；板厚太小，隔熱效果不夠好；長(zhǎng)期日曬雨淋容易開(kāi)裂；殼伴天棚曲面容易引起室內(nèi)聲音反射和混響，大會(huì)堂、影劇院、體育館等不宜采用。K=k1k2一開(kāi)口殼體的中曲面a：被這個(gè)曲面所覆蓋的底面最短邊殼頂：底面以上的中曲面上的最高點(diǎn)O矢高f:殼頂?shù)降酌嬷g的距離矢率：f/a；矢率很小的殼體稱(chēng)為扁殼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，f/a≤5時(shí)，可按扁殼結(jié)構(gòu)殼體的參數(shù)1.概述1.2薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式（1）旋轉(zhuǎn)曲面：由一條平面曲線繞該平面內(nèi)某一給定直線旋轉(zhuǎn)一周所形成的曲面冷卻塔1.概述1.2薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式（2）平移曲面：由一條豎向曲線沿另一條豎向曲線（母線）平行移動(dòng)形成的曲面橢圓拋物面1.概述1.2薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式（2）平移曲面：由一條豎向曲線沿另一條豎向曲線（母線）平行移動(dòng)形成的曲面雙曲拋物面雙曲拋物面1.概述1.2薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式（3）直紋曲面：由一段直線（母線）的兩端分別沿兩固定曲線（導(dǎo)線）移動(dòng)形成柱面（圓柱面、橢圓柱面、拋物柱面等），柱狀面1.概述1.2薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式（3）直紋曲面：由一段直線（母線）的兩端分別沿兩固定曲線（導(dǎo)線）移動(dòng)形成錐形面、劈錐曲面錐形面、劈錐曲面1.概述1.2薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式（3）直紋曲面：由一段直線（母線）的兩端分別沿兩固定曲線（導(dǎo)線）移動(dòng)形成扭曲面1.概述1.3薄殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力

殼體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力薄膜內(nèi)力（計(jì)算單位：中曲面單位長(zhǎng)度的內(nèi)力）1.概述1.3薄殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力

薄膜內(nèi)力（計(jì)算單位：中曲面單位長(zhǎng)度的內(nèi)力）薄膜內(nèi)力是主要內(nèi)力的條件：（1）曲面結(jié)構(gòu)壁厚滿(mǎn)足（2）殼體曲面均勻連續(xù)變化（3）殼體上的荷載均勻連續(xù)分布（4）殼體各邊界能沿曲面的發(fā)現(xiàn)方向自由移動(dòng)，支座只產(chǎn)生阻止曲面切線方向位移的反力1.概述1.4薄殼結(jié)構(gòu)的施工（1）現(xiàn)澆混凝土殼體特點(diǎn)：整體性最好；費(fèi)支架和模板；曲面模板制作費(fèi)料費(fèi)工；混凝土質(zhì)量不易保證。1.概述1.4薄殼結(jié)構(gòu)的施工（2）預(yù)制單元、高空裝配成整體殼體特點(diǎn)：模板量少；高空作業(yè)量大大減少，故工期短；缺點(diǎn)是整體抗震性能較差。1.概述1.4薄殼結(jié)構(gòu)的施工（3）地面現(xiàn)澆殼體或預(yù)制單元裝配后整體提升特點(diǎn)：高空作業(yè)量減少；腳手架減少；提升時(shí)需要臨時(shí)加固。1.概述1.4薄殼結(jié)構(gòu)的施工（4）裝配整體式疊合殼體（鋼絲網(wǎng)水泥薄板做模板）（5）柔模噴涂成殼體（抗拉性能比較好的柔性材料做模板，如棉麻織物、草葦鋼絲網(wǎng)等）圓頂是正高斯曲率的旋轉(zhuǎn)曲殼其形式有：球面殼、橢球面殼、旋轉(zhuǎn)拋物面殼2.圓頂適用于平面為圓形的建筑，如展覽館、天文館、圓形水池的頂蓋等穹拱式的造型及其四周傳力的受力特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)跨度很大厚度卻很薄，同時(shí)殼體內(nèi)力很小?！獔A頂結(jié)構(gòu)用料很少。直徑25m半球形圓頂殼體厚度60mm施工方法：噴射法自重200kg/m2橢球面殼2.1圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)型式1）殼身結(jié)構(gòu)2.圓頂采光要求；集中力時(shí)；厚度太小；裝配整體式結(jié)構(gòu)時(shí)最常見(jiàn)建筑平面為正多邊形時(shí)意大利佛羅倫薩圣瑪利亞白花大教堂（文藝復(fù)興時(shí)期）（世界上第一座大圓頂）2.1圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)型式2）支座環(huán)2.圓頂2）支座環(huán)橫截面型式2.1圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)型式3）支撐結(jié)構(gòu)2.圓頂支撐在豎向承重結(jié)構(gòu)上（墻、柱等）支座環(huán)承擔(dān)徑向推力的水平分量豎向支撐承擔(dān)徑向推力的豎直分量支撐在豎向承重結(jié)構(gòu)上（墻、柱等）支撐在豎向承重結(jié)構(gòu)上（墻、柱等）支撐在豎向承重結(jié)構(gòu)上（墻、柱等）2.1圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)型式3）支撐結(jié)構(gòu)2.圓頂支撐在斜柱或斜拱上缺點(diǎn)：柱腳或拱腳使基礎(chǔ)受到水平推力優(yōu)點(diǎn)：平、立面布置靈活，表現(xiàn)力比較強(qiáng)2.1圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)型式3）支撐結(jié)構(gòu)2.圓頂支撐在斜柱或斜拱上2.1圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)型式3）支撐結(jié)構(gòu)2.圓頂支撐在框架上由框架將水平推力傳給基礎(chǔ)?？蚣芤凶銐騽偠取?.1圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)型式3）支撐結(jié)構(gòu)2.圓頂直接落地并支撐在基礎(chǔ)上球殼邊緣全部落地，基礎(chǔ)同時(shí)作為受拉支座環(huán)梁；割球殼，基礎(chǔ)必須能夠承受水平拉力（可以在各基礎(chǔ)之間設(shè)拉桿平衡）2.2圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)1）圓頂?shù)钠茐膱D形2.圓頂均布豎向荷載作用下，球殼上部承受環(huán)向壓力，下部承受環(huán)向拉力由于磚砌體或混凝土的抗拉強(qiáng)度較低所以，球殼首先在圓頂下部沿經(jīng)向出險(xiǎn)多條裂縫此時(shí)支座環(huán)內(nèi)的鋼筋發(fā)揮作用荷載進(jìn)一步加大，鋼筋屈服，圓頂破壞2.2圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)2）圓頂?shù)谋∧?nèi)力2.圓頂單位環(huán)向弧長(zhǎng)的經(jīng)向軸力單位經(jīng)向弧長(zhǎng)的環(huán)向軸力2.2圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)2）圓頂?shù)谋∧?nèi)力2.圓頂球形圓拱在自重作用下薄膜內(nèi)力沿經(jīng)線的變化2.2圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)3）支座環(huán)的受力2.圓頂利用薄膜內(nèi)力N1計(jì)算殼身在支座環(huán)處的經(jīng)向軸力N1全部直接傳給下部結(jié)構(gòu)，支座環(huán)拉力為零2.2圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)3）支座環(huán)的受力2.圓頂利用薄膜內(nèi)力N2計(jì)算2.3圓頂工程實(shí)例（羅馬小體育館）2.圓頂巨大荷葉似的屋頂。反扣在36根丫形斜傾的柱子上，整個(gè)屋頂采用棱形槽板拼接而成，其用去了大大小小厚度只有25毫米的棱形槽板1620塊。在槽板與槽板之間的空隙放上鋼筋，再澆上混凝土，形成拱助。槽板上面再澆上一層40毫米的鋼筋混凝土，加強(qiáng)穹拱的整體性，同時(shí)作為防水層。

2.3圓頂工程實(shí)例（羅馬小體育館）2.圓頂為什么又單單要用36根支柱呢？因?yàn)閳A屋頂最外圈正好108塊槽板，用36個(gè)斜撐，則剛好使每二塊有一個(gè)斜撐，而且丫形柱是傾斜的，順著拱的力線把拱的推力傳到埋在地下的環(huán)形基礎(chǔ)上去。穹頂?shù)耐饩壈櫿鄢刹ㄐ?，防止產(chǎn)生不利的彎矩，同時(shí)又加大了窗子的高度，取得了優(yōu)美的視覺(jué)效果，這樣更顯示出體育用的效果。這棱形的槽板和交叉細(xì)細(xì)的弧形助形成一個(gè)精致的圖案，像一朵凹凸相間的葵花。整體看去，就像蛋殼一樣一張巨大半透明的網(wǎng)籠罩著，當(dāng)人從室內(nèi)向外看去，就像人坐在空中一樣。那淺灰色的丫形斜撐，好像就用一個(gè)小小的指頭支撐著屋頂，整個(gè)穹拱仿佛懸浮在空中，似乎觀眾一陣掌聲就能把它送到九霄云外去。2.3圓頂工程實(shí)例（羅馬小體育館）2.圓頂1.鋼筋混凝土網(wǎng)肋扁球殼結(jié)構(gòu)，球殼直徑59.13m2.球殼采用裝配整體式疊合結(jié)構(gòu)1620塊預(yù)制鋼絲網(wǎng)水泥菱形構(gòu)件作為模板，現(xiàn)澆上混凝土，成為肋形球殼3.殼肋支撐在36根Y形斜柱上斜柱的傾角與殼底邊緣經(jīng)向切線方向一致，把推力傳入基礎(chǔ)2.3圓頂工程實(shí)例

（德國(guó)法蘭克福市霍希斯特染料廠游藝大廳）2.圓頂1.球形建筑，正六邊形割球殼，球殼半徑50m，矢高25m，底平面為正六邊形2.球殼支撐在六個(gè)點(diǎn)上，支撐點(diǎn)之間、球殼的邊緣是拱券形3.球殼切口由邊緣桁架支撐，跨度為43.3m2.3圓頂工程實(shí)例

（美國(guó)麻省理工學(xué)院禮堂）

2.圓頂3.殼面荷載通過(guò)薄殼的三個(gè)邊傳至支座。1.屋頂為球面薄殼，薄殼曲面由1/8球面構(gòu)成，是由三個(gè)與水平面夾角相等且通過(guò)球心的大圓從球面上切割的2.平面形狀為48m*41.5m的曲邊三角形2.3圓頂工程實(shí)例

2.圓頂3.1筒殼的結(jié)構(gòu)組成3.筒殼與錐殼3.1筒殼的結(jié)構(gòu)組成3.筒殼與錐殼3.1筒殼的結(jié)構(gòu)組成3.筒殼與錐殼側(cè)邊構(gòu)件的作用：與殼身共同工作，整體受力。一方面作為殼體的受拉區(qū)域集中布置縱向受拉鋼筋，另一方面可以提供較大的剛度，減少殼身的豎向位移和水平位移。3.1筒殼的結(jié)構(gòu)組成3.筒殼與錐殼側(cè)邊構(gòu)件常見(jiàn)的截面型式3.1筒殼的結(jié)構(gòu)組成3.筒殼與錐殼橫隔的作用：作為筒殼的橫向支撐，承受殼身傳來(lái)的順剪力并將內(nèi)力傳到下部結(jié)構(gòu)去。有沒(méi)有橫隔是筒殼結(jié)構(gòu)與筒拱結(jié)構(gòu)的根本區(qū)別。3.1筒殼的結(jié)構(gòu)組成3.筒殼與錐殼常見(jiàn)的筒殼橫隔型式a)變高度梁，適用于波長(zhǎng)不大的殼體b)拱架，常用于豎向荷載基本對(duì)稱(chēng)的殼體c)弧形桁架，波長(zhǎng)較大時(shí)，使用比較經(jīng)濟(jì)d)剛架，波長(zhǎng)不大及帶有承受水平推力的附屬建筑物中使用，凈空間較大，用料較多。3.2筒殼的受力特點(diǎn)3.筒殼與錐殼橫向：與拱類(lèi)似，殼身產(chǎn)生環(huán)向壓力縱向：與梁類(lèi)似，把上部豎向荷載傳遞給橫隔3.2筒殼的受力特點(diǎn)3.筒殼與錐殼三種情況

3.3筒殼的工程實(shí)例3.筒殼與錐殼美國(guó)田納西州金貝爾藝術(shù)館3.3筒殼的工程實(shí)例3.筒殼與錐殼美國(guó)田納西州金貝爾藝術(shù)館3.3筒殼的工程實(shí)例3.筒殼與錐殼美國(guó)田納西州金貝爾藝術(shù)館1.現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)平頂過(guò)度帶（管道空間）2.三組連續(xù)平行的拱殼3.每個(gè)拱殼6.5m*30m

3.3筒殼的工程實(shí)例3.筒殼與錐殼山西平遙棉織廠2.帶肋的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)

1.三個(gè)平行的錐殼屋頂3.每個(gè)錐殼36m*12m每個(gè)預(yù)制單元12m*1.8m3.3筒殼的工程實(shí)例3.筒殼與錐殼同濟(jì)大學(xué)大禮堂1.鋼筋混凝土聯(lián)方網(wǎng)格型筒殼結(jié)構(gòu)2.預(yù)制桿件，高空拼裝并現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)混凝土3.平面40m*56m

，矢高8-8.5m雙曲扁殼的概念：

薄殼的矢高f與被其覆蓋的底面最短邊a之間的比值f/a≤1/5的殼體。又稱(chēng)為微彎平板。4.雙曲扁殼優(yōu)點(diǎn)：

矢高小，結(jié)構(gòu)空間小，屋面面積相應(yīng)減小，比較經(jīng)濟(jì)；

平面多變，適用于圓形、正多邊形、矩形等建筑平面。4.1雙曲扁殼的結(jié)構(gòu)組成4.