建筑結(jié)構(gòu)選型-鋼筋混凝土空間薄壁結(jié)構(gòu).pptVIP

,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),1.概述,薄壁結(jié)構(gòu)的概念,結(jié)構(gòu)的厚度遠(yuǎn)小于長度和寬度，一般由金屬或鋼筋混凝土材料制成， 受力特點為空間受力體系。,1.概述,1.1 薄殼結(jié)構(gòu)的概念,概念： 殼體結(jié)構(gòu)：上下兩個幾何曲面構(gòu)成的薄壁空間結(jié)構(gòu) 等厚度殼：兩個曲面之間的距離（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時稱為薄殼,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 實現(xiàn)了很大的強度和剛度,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,2.“空間受力”，優(yōu)點內(nèi)力比較均勻，強度大，剛度大； 空間整體工作性能好。,3.缺點：體型復(fù)雜，現(xiàn)澆施工時費工費料，施工不便； 板厚太小，隔熱效果不夠好； 長期日曬雨淋容易開裂； 殼伴天棚曲面容易引起室內(nèi)聲音反射和混響， 大會堂、影劇院、體育館等不宜采用。,K=k1k2,一開口殼體的中曲面,a ： 被這個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；矢率很小的殼體稱為扁殼,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，f/a1/5時，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（母線）沿另一條豎向曲線（導(dǎo)線）平行移動 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,（計算單位：中曲面單位長度的內(nèi)力）,1.概述,1.3 薄殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力,薄膜內(nèi)力,（計算單位：中曲面單位長度的內(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法線方向自由移動，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：整體性最好； 費支架和模板； 曲面模板制作費料費工； 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：模板量少； 高空作業(yè)量大大減少，故工期短； 缺點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：高空作業(yè)量減少； 腳手架減少； 提升時需要臨時加固。,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）,1.5 預(yù)應(yīng)力薄殼結(jié)構(gòu),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，可以實現(xiàn)跨度很大厚度卻很薄，同時殼體內(nèi)力很小。圓頂結(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； 厚度太小；裝配整體式結(jié)構(gòu)時,最常見,建筑平面為正多邊形時,意大利 佛羅倫薩 圣瑪利亞白花大教堂 （文藝復(fù)興時期） （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： 柱腳或拱腳使基礎(chǔ)受到水平推力,優(yōu)點： 平、立面布置靈活，表現(xiàn)力比較強,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)。框架要有足夠剛度。,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,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,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度較低 所以，球殼首先在圓頂下部沿經(jīng)向出險多條裂縫 此時支座環(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,2）圓頂?shù)谋∧?nèi)力,2.圓頂,單位環(huán)向弧長的經(jīng)向軸力,單位經(jīng)向弧長的環(huán)向軸力,2.2 圓頂?shù)氖芰μ攸c,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,3）支座環(huán)的受力,2.圓頂,利用薄膜內(nèi)力N1計算,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,3）支座環(huán)的受力,2.圓頂,利用薄膜內(nèi)力N2計算,2.3 圓頂工程實例（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，加強穹拱的整體性，同時作為防水層。,2.3 圓頂工程實例（羅馬小體育館）,2.圓頂,為什么又單單要用36根支柱呢？因為圓屋頂最外圈正好108 塊槽板，用36個斜撐， 則剛好使每二塊有一個斜撐，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，同時又加大了窗子的高度，取得了優(yōu)美的視覺效果，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，好像就用一個小小的指頭支撐著屋頂，整個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59.13m,2.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 圓頂工程實例 （德國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.球殼支撐在六個點上，支撐點之間、球殼的邊緣是拱券形,3.球殼切口由邊緣桁架支撐，跨度為43.3m,2.3 圓頂工程實例 （美國麻省理工學(xué)院禮堂）,2.圓頂,3.殼面荷載通過薄殼的三個邊傳至支座。,1.屋頂為球面薄殼，薄殼曲面由1/8球面構(gòu)成，是由三個與水平面夾角相等且通過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 圓頂工程實例,2.圓頂,清華大學(xué)禮堂,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 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，承受殼身傳來的順剪力并將內(nèi)力傳到下部結(jié)構(gòu)去。 有沒有橫隔是筒殼結(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 的 筒 殼 橫 隔 型 式,a)變高度梁，適用于波長不大的殼體 b)拱架，常用于豎向荷載基本對稱的殼體 c)弧形桁架，波長較大時，使用比較經(jīng)濟(jì) d)剛架，波長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,3.筒殼與錐殼,橫向： 與拱類似，殼身產(chǎn)生環(huán)向壓力 縱向： 與梁類似，把上部豎向荷載傳遞給橫隔,3.2 筒殼的受力特點,3.筒殼與錐殼,三 種 情 況,3.2 筒殼的受力特點,3.筒殼與錐殼,3.3 筒殼的工程實例,3.筒殼與錐殼,美國田納西州金貝爾藝術(shù)館,3.3 筒殼的工程實例,3.筒殼與錐殼,美國田納西州金貝爾藝術(shù)館,3.3 筒殼的工程實例,3.筒殼與錐殼,美國田納西州金貝爾藝術(shù)館,1.現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),平頂過度帶（管道空間）,2.三組連續(xù)平行的拱殼,3.每個拱殼6.5m*30m,3.3 筒殼的工程實例,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),1.三個平行的錐殼屋頂,3.每個錐殼36m*12m 每個預(yù)制單元12m*1.8m,3.3 筒殼的工程實例,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)點混凝土,3.平面40m*56m ，矢高8-8.5m,日本的殼體別墅,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/a1/5的殼體。又稱為微彎平板。,4.雙曲扁殼,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(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.雙曲扁殼,殼身,邊緣構(gòu)件,光面或帶肋兩種 ， 通常采用拋物線平移曲面。,帶拉桿的拱或者拱形桁架 跨度較小時用等截面或變截面的薄腹梁,要求邊緣構(gòu)件在自身平面內(nèi)有足夠的剛度,否則殼身將產(chǎn)生很大的內(nèi)力及彎矩四角連接處有可靠的連接構(gòu)造措施,主要承受殼板邊緣傳來的順剪力,4.2 雙曲扁殼的受力特點,4.雙曲扁殼,4.1 雙曲扁殼的工程實例,4.雙曲扁殼,北京火車站,4.1 雙曲扁殼的工程實例,4.雙曲扁殼,北京網(wǎng)球館,1.扁殼屋頂跨度42m*42m,殼身厚度90mm 2.扁殼在中央隆起，適應(yīng)網(wǎng)球在空中弧形軌跡， 空間得到了充分利用,5.雙曲拋物面扭殼,雙曲拋物面概念： 凸向相反的兩條拋物線，一條沿著另一條平移而成,優(yōu)點：（1）穩(wěn)定性好 上凸方向如同薄拱，受壓；下凹方向如同拉索，受拉。 避免了屈曲失穩(wěn)，提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此殼板可以很薄 （2） 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)好 屬于直紋曲面，配筋和模板制作簡單，節(jié)省材料,5.1 雙曲拋物面扭殼的結(jié)構(gòu)組成和型式,5.雙曲拋物面扭殼,5.1 雙曲拋物面扭殼的結(jié)構(gòu)組成和型式,型式,5.1 雙曲拋物面扭殼的結(jié)構(gòu)組成和型式,組成：殼板和邊緣構(gòu)件,5.2 雙曲拋物面扭殼的受力特點,5.雙曲拋物面扭殼,（1）殼板,5.2 雙曲拋物面扭殼的受力特點,5.雙曲拋物面扭殼,（2）邊緣構(gòu)件,5.2 雙曲拋物面扭殼的受力特點,5.雙曲拋物面扭殼,（2）邊緣構(gòu)件,5.2 雙曲拋物面扭殼的受力特點,5.雙曲拋物面扭殼,（2）邊緣構(gòu)件,5.3 工程實例（大連海港轉(zhuǎn)運倉庫）,5.雙曲拋物面扭殼,（1）鋼筋混凝土（C30）組合型 雙曲拋物面扭殼屋蓋 （2）邊緣構(gòu)件為人字形拉桿拱 （3）扭殼平面尺寸23m*23m, 共16個，殼厚60mm, （4）十字脊線及邊緣處加厚到 200mm,5.3 工程實例（華南理工大學(xué)體育館）,5.雙曲拋物面扭殼,5.3 工程實例（華南理工大學(xué)體育館）,5.雙曲拋物面扭殼,5.3 工程實例（美國路易航空港候機室）,5.雙曲拋物面扭殼,5.3 工程實例（墨西哥霍奇米洛餐廳）,5.雙曲拋物面扭殼,6.折板,6.折板,折板結(jié)構(gòu)的工程實例 （巴黎聯(lián)合國教科文組織總部會議 大廳）,6.折板,折板結(jié)構(gòu)的工程實例 （美國伊利諾大學(xué)會堂）,6