結(jié)構(gòu)選型薄殼結(jié)構(gòu)第一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五啟發(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(jié)構(gòu)，它們的外形符合力學(xué)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(jié)構(gòu)自重是以均布荷載的形式存在，在蛋殼上施加均布力，一般認為在蛋殼中部為最脆弱的部位，但實際情況結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)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(dāng)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(jié)構(gòu)運用到大跨度建筑中，能夠達到滿應(yīng)力設(shè)計準(zhǔn)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(jié)構(gòu)。建筑工程中的殼體結(jié)構(gòu)多屬薄殼結(jié)構(gòu)（學(xué)術(shù)上把滿足t/R≤1/20的殼體定義為薄殼）。

第七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)概述一、薄殼結(jié)構(gòu)的概念

殼體結(jié)構(gòu)

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、剛度第八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五一、薄殼結(jié)構(gòu)的概念中曲面高斯曲率法截線第九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五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(jié)構(gòu)的概念零高斯曲率正高斯曲率負高斯曲率第十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五旋轉(zhuǎn)曲面二、薄殼結(jié)構(gòu)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)一周所形成的曲面第十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五平移曲面二、薄殼結(jié)構(gòu)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(dǎo)線）平行移動所形成的曲面橢圓拋物面雙曲拋物面第十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五平移曲面二、薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式橢圓拋物面雙曲拋物面第十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五直紋曲面二、薄壁結(jié)構(gòu)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(dǎo)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十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五直紋曲面二、薄壁結(jié)構(gòu)的曲面形式劈錐曲面由一段直線（母線）沿一直導(dǎo)線和一根豎向曲導(dǎo)線移動并始終平行于一導(dǎo)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(dǎo)線）移動并始終通過一定點形成的曲面錐面:錐面第十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五曲面的組合雙曲扁殼柱殼扭殼錐形殼劈錐殼第十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五三、薄殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力薄膜內(nèi)力為主要內(nèi)力的情況：殼體結(jié)構(gòu)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十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五四、薄殼結(jié)構(gòu)的施工方法現(xiàn)澆混凝土殼體預(yù)制單元、高空裝配成整體殼體地面現(xiàn)澆殼體或預(yù)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十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五北京天文館第十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)圓頂一、圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)型式1.殼身結(jié)構(gòu)支座環(huán)殼身下部支承平滑圓頂肋形圓頂多面圓頂?shù)诙?，共四十六頁，編輯?023年，星期五第二節(jié)圓頂一、圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的空間平衡作用：支座環(huán)第二十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五一、圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)形式3.支承結(jié)構(gòu)的類型支承在豎向承重構(gòu)件上支承在框架上象落地拱直接落地并支承在基礎(chǔ)上支承在斜柱或斜拱上斜拱第二十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五二、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(yīng)力狀態(tài)環(huán)向應(yīng)力狀態(tài)第二十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五3.支座環(huán)的受力二、圓頂?shù)氖芰μ攸c支座環(huán)第二十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五三、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(jié)構(gòu)施工時起重機安裝在中央天窗處十分合理球殼采用預(yù)制鋼絲網(wǎng)水泥菱形構(gòu)件作模板，與殼板現(xiàn)澆成整體的肋形球殼殼肋——葵花圖案具有裝飾性采用36根Y字型斜柱支承結(jié)構(gòu)明朗輕快富有表現(xiàn)力第二十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第二十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)筒殼一、筒殼的結(jié)構(gòu)組成邊梁(側(cè)邊構(gòu)件)：是否有橫隔板是筒殼和筒拱的區(qū)別橫隔板第二十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)筒殼一、筒殼的結(jié)構(gòu)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二十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五一、筒殼的結(jié)構(gòu)組成橫隔板的型式框架橫隔空腹桁架橫隔第二十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五二、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小；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三十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五三、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三十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第四節(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(jié)構(gòu)空間小，屋面面積相應(yīng)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(gòu)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(yīng)有可靠連接構(gòu)造措施要求：第三十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五二、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(gòu)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(yīng)力為拉力——配45度斜筋主應(yīng)力為壓力——局部增大混凝土厚度邊緣構(gòu)件主要承受殼板邊緣傳來的順剪力第三十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五三、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三十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五三、工程實例北京網(wǎng)球館扁殼中央隆起，適應(yīng)網(wǎng)球在空中弧形軌跡，空間充分利用第三十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五第五節(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三十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五一、扭殼的結(jié)構(gòu)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(gòu)件第三十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五二、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(yīng)力，下凹——受拉“索”上凸——受壓“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(jié)構(gòu)扭殼的殼板

第三十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五二、扭殼的受力特點邊緣構(gòu)件軸力圖四坡屋頂邊緣構(gòu)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(gòu)件第三十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五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(gòu)件順剪力合力R作用于A、B的基礎(chǔ)上當(dāng)?shù)鼗箓?cè)移能力不足時，在基礎(chǔ)之間設(shè)置拉桿第四十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五三、雙曲拋物面扭殼的工程實例透視圖平面圖扭殼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(gòu)件為人字形拉桿拱第四十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五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四十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五鳥瞰圖室內(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四十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期五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(chǔ)上建筑平面為30m*30m的正方形，殼厚40mm