大跨薄殼結(jié)構(gòu)

1、5 薄殼結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)5.1 概述概述5.2 薄殼的曲面形式薄殼的曲面形式5.3 圓頂薄殼圓頂薄殼5.4 筒殼筒殼5.5 雙曲扁殼雙曲扁殼2021-10-292 25 薄殼結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)1起源起源&人類遠在數(shù)千年前早已找出了各式各樣的日用殼體，如鍋、人類遠在數(shù)千年前早已找出了各式各樣的日用殼體，如鍋、碗、壇、罐碗、壇、罐以后工業(yè)逐漸發(fā)達，造出了燈泡、鋼盔、以后工業(yè)逐漸發(fā)達，造出了燈泡、鋼盔、木舟、機殼等不勝枚舉。木舟、機殼等不勝枚舉。&殼體用于建筑結(jié)構(gòu)雖為時較早，但工程界開始研究、分析、殼體用于建筑結(jié)構(gòu)雖為時較早，但工程界開始研究、分析、試驗已是試驗已是19世紀，到世紀，到20世紀

2、初，殼體結(jié)構(gòu)的發(fā)展一直緩慢，世紀初，殼體結(jié)構(gòu)的發(fā)展一直緩慢，主要原因是計算繁瑣。主要原因是計算繁瑣。&二戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后殼體結(jié)構(gòu)發(fā)展才迅速起來。二戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后殼體結(jié)構(gòu)發(fā)展才迅速起來。1只有空間受力的結(jié)構(gòu)體系才能夠很好地解決大跨度只有空間受力的結(jié)構(gòu)體系才能夠很好地解決大跨度屋蓋的問題，而且只有空間體系的結(jié)構(gòu)才能組成富屋蓋的問題，而且只有空間體系的結(jié)構(gòu)才能組成富有造型特點的屋蓋形式。有造型特點的屋蓋形式。2021-10-293 35 薄殼結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)1殼結(jié)構(gòu)的演變殼結(jié)構(gòu)的演變&兩邊支承的單向板只有一個方向受彎，另一個方向的抗彎兩邊支承的單向板只有一個方向受彎，另一個方向的抗彎能力根本沒

3、有利用；能力根本沒有利用；&如果把做成四邊支承的雙向板，那么，雙向受彎，兩向共如果把做成四邊支承的雙向板，那么，雙向受彎，兩向共同受荷，則材料的抗彎潛力得到較充分的發(fā)揮。同受荷，則材料的抗彎潛力得到較充分的發(fā)揮。相同荷載下，雙向板比單向板的跨度可以大相同荷載下，雙向板比單向板的跨度可以大1.31.8倍。倍。&雙向板雖然是四邊支承而起雙向受力的作用，但還是平面雙向板雖然是四邊支承而起雙向受力的作用，但還是平面結(jié)構(gòu)，它的內(nèi)力還是彎矩。結(jié)構(gòu)，它的內(nèi)力還是彎矩。2021-10-294 45 薄殼結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)1殼結(jié)構(gòu)的演變殼結(jié)構(gòu)的演變&把平板做成曲板，曲板的內(nèi)力就改變?yōu)槭軌簽橹鳎?/p>

4、受壓比把平板做成曲板，曲板的內(nèi)力就改變?yōu)槭軌簽橹?，受壓比受彎更能發(fā)揮材料的性能，尤其是多向受壓，處于空間狀受彎更能發(fā)揮材料的性能，尤其是多向受壓，處于空間狀態(tài)更加有利。態(tài)更加有利。2021-10-295 55 薄殼結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)1殼結(jié)構(gòu)的演變殼結(jié)構(gòu)的演變&橫向受荷傳力的梁起橫向受荷傳力的梁起“擔擔”的作用，不能材盡其用，并非的作用，不能材盡其用，并非經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式；以曲梁承荷傳力的拱起經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式；以曲梁承荷傳力的拱起“頂頂”的作用，的作用，能進一步發(fā)揮財力，是較先進的結(jié)構(gòu)形式；能進一步發(fā)揮財力，是較先進的結(jié)構(gòu)形式；&殼體與拱相仿，以曲板承荷傳力，而且更進一步，它不像殼體與拱相

5、仿，以曲板承荷傳力，而且更進一步，它不像拱是單向受荷傳力的平面結(jié)構(gòu)，而是雙向受荷傳力的空間拱是單向受荷傳力的平面結(jié)構(gòu)，而是雙向受荷傳力的空間結(jié)構(gòu)，起雙向結(jié)構(gòu)，起雙向“頂頂”的作用。的作用。2021-10-296 65 薄殼結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)1殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點&可覆蓋大跨度空間而中間不設支柱；可覆蓋大跨度空間而中間不設支柱；&內(nèi)力比較均勻，節(jié)約材料，經(jīng)濟效果好；內(nèi)力比較均勻，節(jié)約材料，經(jīng)濟效果好；&自重輕、剛度大、整體性好，有良好的抗震和動力性能；自重輕、剛度大、整體性好，有良好的抗震和動力性能；&曲板的曲面多樣化，可適用于各種平面，為建筑造型提供曲板的曲面多樣

6、化，可適用于各種平面，為建筑造型提供豐富多彩的創(chuàng)造條件。造型美觀，活潑新穎。豐富多彩的創(chuàng)造條件。造型美觀，活潑新穎。1殼結(jié)構(gòu)的缺點殼結(jié)構(gòu)的缺點&現(xiàn)澆薄殼結(jié)構(gòu)耗費大量模板；支模工程量大，施工不便；現(xiàn)澆薄殼結(jié)構(gòu)耗費大量模板；支模工程量大，施工不便；&體型復雜，板厚太小，隔熱效果不好，長期日曬雨淋容易體型復雜，板厚太小，隔熱效果不好，長期日曬雨淋容易開裂；開裂；&殼板天棚的曲面容易引起室內(nèi)聲音反射和混響，對聲音效殼板天棚的曲面容易引起室內(nèi)聲音反射和混響，對聲音效果要求高的大會堂、體育館、影劇院等不宜采用。果要求高的大會堂、體育館、影劇院等不宜采用。2021-10-297 75

7、.1 概述概述1定義定義&殼體結(jié)構(gòu)一般是指由兩個幾何曲面構(gòu)成的空間薄壁結(jié)構(gòu)。殼體結(jié)構(gòu)一般是指由兩個幾何曲面構(gòu)成的空間薄壁結(jié)構(gòu)。&兩曲面間的距離，即殼體的厚度兩曲面間的距離，即殼體的厚度t。t不隨坐標變化時稱為等厚度殼體，反之稱為變厚度殼不隨坐標變化時稱為等厚度殼體，反之稱為變厚度殼體。體。&平分殼體厚度的曲面叫做殼體的中面。平分殼體厚度的曲面叫做殼體的中面。1劃分（按中面的曲率半徑劃分（按中面的曲率半徑r） &薄殼薄殼max(t/r)1/20按照薄殼理論進行計算，結(jié)果與按厚殼理論計算結(jié)果按照薄殼理論進行計算，結(jié)果與按厚殼理論計算結(jié)果相比，誤差一般不超過通常工程上

8、所容許的計算誤差相比，誤差一般不超過通常工程上所容許的計算誤差5。&厚殼厚殼max(t/r)1/20&實際應用的殼體通常很薄，實際應用的殼體通常很薄，1/1000t/r1/50。2021-10-298 85.1 概述概述1薄殼的特點薄殼的特點&薄殼必須具備兩個條件：薄殼必須具備兩個條件：曲面，曲面，剛性。剛性。理解為四邊支承的曲板。理解為四邊支承的曲板。&主要依靠曲面內(nèi)的雙向軸力和順剪力承重。主要依靠曲面內(nèi)的雙向軸力和順剪力承重。&形抵抗結(jié)構(gòu)形抵抗結(jié)構(gòu)強度和剛度主要依靠幾何形狀的合理性，而不是結(jié)構(gòu)強度和剛度主要依靠幾何形狀的合理性，而不是結(jié)構(gòu)截面尺寸得到

9、。截面尺寸得到。2021-10-299 95.1 概述概述1薄殼的曲面構(gòu)成薄殼的曲面構(gòu)成&在任意形狀的殼的中面上某一點在任意形狀的殼的中面上某一點m可作法線可作法線mn。包含該。包含該法線可作一系列的平面，各平面與中面相交可得許多具有法線可作一系列的平面，各平面與中面相交可得許多具有確定方向的平面曲線，其中有兩條相互垂直或正交的曲線確定方向的平面曲線，其中有兩條相互垂直或正交的曲線r和和t的曲率具有極值，一條曲率最大，另一條曲率最小，的曲率具有極值，一條曲率最大，另一條曲率最小，這兩條曲線的曲率稱為曲面在該點的主曲率，用這兩條曲線的曲率稱為曲面在該點的主曲率，用k1、k2表表示。示。&

10、amp;曲面任意點上的高斯曲率曲面任意點上的高斯曲率k k k1k2。2021-10-2910105.1 概述概述1薄殼的曲面分類薄殼的曲面分類&k k1k20正高斯曲率曲面，橢圓拋物面、球正高斯曲率曲面，橢圓拋物面、球面面&k k1k20負高斯曲率曲面，雙曲拋物面負高斯曲率曲面，雙曲拋物面&k k1k2=0零高斯曲率曲面，圓柱面、圓錐面零高斯曲率曲面，圓柱面、圓錐面2021-10-2911115.2 薄殼的曲面形式薄殼的曲面形式1按照形成的特點按照形成的特點&旋轉(zhuǎn)曲面旋轉(zhuǎn)曲面&平移曲面平移曲面&直紋曲面直紋曲面&復雜曲面復雜曲面2021

11、-10-2912125.2 薄殼的曲面形式薄殼的曲面形式1旋轉(zhuǎn)曲面旋轉(zhuǎn)曲面&一平面曲線繞其所在平面上的軸旋轉(zhuǎn)所形成的曲面，稱為一平面曲線繞其所在平面上的軸旋轉(zhuǎn)所形成的曲面，稱為旋轉(zhuǎn)曲面。旋轉(zhuǎn)曲面。球形曲面球形曲面橢球曲面橢球曲面旋轉(zhuǎn)拋物面旋轉(zhuǎn)拋物面旋轉(zhuǎn)雙曲面旋轉(zhuǎn)雙曲面2021-10-2913135.2 薄殼的曲面形式薄殼的曲面形式1平移曲面平移曲面&一豎向曲線沿另一豎向曲線平移所形成的曲面稱為平移曲一豎向曲線沿另一豎向曲線平移所形成的曲面稱為平移曲面。面。橢圓拋物面橢圓拋物面2021-10-2914145.2 薄殼的曲面形式薄殼的曲面形式1直紋曲面直紋曲面&1雙曲拋物面

12、雙曲拋物面一直線沿二固定曲線移動形成的曲面。一直線沿二固定曲線移動形成的曲面。扭殼面扭殼面雙曲拋物面雙曲拋物面扭殼面與扭殼面與雙曲拋物面雙曲拋物面建造時容易制作，建造時容易制作，工程應用較多工程應用較多2021-10-2915155.2 薄殼的曲面形式薄殼的曲面形式1直紋曲面直紋曲面&2柱面與柱狀面柱面與柱狀面柱面由直母線沿沿著兩根曲率相同的豎向曲導線移動柱面由直母線沿沿著兩根曲率相同的豎向曲導線移動而形成的曲面。而形成的曲面。柱狀面由直母線沿著兩根曲率不同的豎向曲導線移動，柱狀面由直母線沿著兩根曲率不同的豎向曲導線移動，并始終平行于一導平面而形成。并始終平行于一導平面而形成。柱面柱面

13、柱狀面柱狀面2021-10-2916165.2 薄殼的曲面形式薄殼的曲面形式1直紋曲面直紋曲面&3錐面與錐狀面錐面與錐狀面錐面是一直母線沿一豎向曲導線移動，并始終通過一錐面是一直母線沿一豎向曲導線移動，并始終通過一定點而形成的曲面。定點而形成的曲面。錐狀面是由一直母線沿一根直導線和一根豎向曲導線錐狀面是由一直母線沿一根直導線和一根豎向曲導線移動，并始終平行于一導平面而形成的曲面。也稱劈錐移動，并始終平行于一導平面而形成的曲面。也稱劈錐殼殼錐面錐面錐狀面錐狀面2021-10-2917175.2 薄殼的曲面形式薄殼的曲面形式1復雜曲面復雜曲面&在上述的基本幾何曲面上任意切取一部分或

14、將曲面進行不在上述的基本幾何曲面上任意切取一部分或?qū)⑶孢M行不同組合。同組合。交叉圓柱殼，交叉圓柱殼，由錐扇形曲面形成的扇貝形圓屋頂。由錐扇形曲面形成的扇貝形圓屋頂。2021-10-2918185.3 圓頂薄殼圓頂薄殼1圓頂薄殼的特點圓頂薄殼的特點&旋轉(zhuǎn)曲面、正高斯曲率；旋轉(zhuǎn)曲面、正高斯曲率；球面殼、橢球面殼、旋轉(zhuǎn)拋物面；球面殼、橢球面殼、旋轉(zhuǎn)拋物面；&適用于平面形狀為圓型的建筑；適用于平面形狀為圓型的建筑；雜技院、劇院、展覽館、天文館、圓形水池頂蓋雜技院、劇院、展覽館、天文館、圓形水池頂蓋&是最早出現(xiàn)的一種古老型式。是最早出現(xiàn)的一種古老型式。&厚度薄、結(jié)構(gòu)自重

15、輕、節(jié)省材料；厚度薄、結(jié)構(gòu)自重輕、節(jié)省材料；&殼體的徑向和環(huán)向彎矩極小，可以忽略；殼體主要承受壓殼體的徑向和環(huán)向彎矩極小，可以忽略；殼體主要承受壓力，壓力沿整個球面呈擴散均勻分布，可以充分利用材料力，壓力沿整個球面呈擴散均勻分布，可以充分利用材料強度。強度。2021-10-2919195.3.1選型設計選型設計 11幾何特性幾何特性圓球殼圓球殼 0,2222zrxrrfrzyxaa222aryxfrfra2222021-10-2920205.3.1選型設計選型設計 11幾何特性幾何特性橢圓球殼橢圓球殼 222aryx22fcfcara0,122222zrxrcfczayxaa2021-

16、10-2921215.3.1選型設計選型設計 11幾何特性幾何特性拋物面球殼拋物面球殼 222aryxfzfryxa222fzfrxa222021-10-2922225.3.1選型設計選型設計 12選型設計選型設計&（1）矢跨比）矢跨比從力學特性和建筑功能上分析：當從力學特性和建筑功能上分析：當f/( (2ra) )=1/2時，呈半時，呈半球形，水平推力最小，但占用的建筑空間最大，可用于球形，水平推力最小，但占用的建筑空間最大，可用于有特殊要求的建筑中（如天文館）；有特殊要求的建筑中（如天文館）；當當 f/( (2ra) )=1/5時，呈扁球殼，水平推力最大，但占用的時，呈扁球殼，水平

17、推力最大，但占用的建筑空間最小，節(jié)約空調(diào)費用，外形也美觀；建筑空間最小，節(jié)約空調(diào)費用，外形也美觀；當當1/2 f/( (2ra) )1/5時，為一般球殼，水平推力中等，時，為一般球殼，水平推力中等，處理也較方便，在建筑功能及美觀上一般。處理也較方便，在建筑功能及美觀上一般。某一建筑選用多大的矢跨比很大程度上取決于建筑功某一建筑選用多大的矢跨比很大程度上取決于建筑功能和外形的美觀。能和外形的美觀。2021-10-2923235.3.1選型設計選型設計 12選型設計選型設計&（2）線型選擇）線型選擇從建筑外形衡量，以拋物線較好，從建筑外形衡量，以拋物線較好，從方便施工角度看，以圓球形最方便

18、。從方便施工角度看，以圓球形最方便。建議選用圓弧曲線和建議選用圓弧曲線和f/( (2ra) )=1/41/6較合適較合適2021-10-2924245.3.2 圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式1組成組成&殼身殼身&支座環(huán)支座環(huán)&下部支撐構(gòu)件下部支撐構(gòu)件2021-10-2925255.3.2 圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式1組成組成&圓頂?shù)闹С协h(huán)箍可以直接支承在磚墻或鋼筋混凝土柱上，圓頂?shù)闹С协h(huán)箍可以直接支承在磚墻或鋼筋混凝土柱上，也可以支承在斜拱或斜柱上。也可以支承在斜拱或斜柱上。&斜拱或斜柱按正多邊形布置，故可與相應的正多邊形建筑斜拱或斜柱按

19、正多邊形布置，故可與相應的正多邊形建筑平面配合采用。平面配合采用。&立面處理上，常把斜拱或斜柱袒露而別具風格立面處理上，常把斜拱或斜柱袒露而別具風格2021-10-2926265.3.2 圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式1殼身殼身&根據(jù)殼板構(gòu)造的不同，圓頂結(jié)構(gòu)可分為根據(jù)殼板構(gòu)造的不同，圓頂結(jié)構(gòu)可分為平滑圓頂平滑圓頂肋形圓頂肋形圓頂多面圓頂多面圓頂2021-10-2927275.3.2 圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式1殼身殼身&平滑圓頂結(jié)構(gòu)平滑圓頂結(jié)構(gòu)實際工程中用的較多。實際工程中用的較多。鋼筋沿徑線及沿同心圓放置；徑向鋼筋的數(shù)量朝圓頂鋼筋沿徑線及沿同心圓放置；

20、徑向鋼筋的數(shù)量朝圓頂點方向根據(jù)圓頂周長的減少而減少；點方向根據(jù)圓頂周長的減少而減少；當厚度大于當厚度大于80mm時，為避免收縮及溫度裂縫，應放置時，為避免收縮及溫度裂縫，應放置兩層鋼筋。兩層鋼筋。&肋形圓頂結(jié)構(gòu)肋形圓頂結(jié)構(gòu)當殼體受集中荷載作用；當殼體受集中荷載作用；當殼體厚度較??；當殼體厚度較??；采用裝配整體式結(jié)構(gòu)時采用裝配整體式結(jié)構(gòu)時經(jīng)向肋系、環(huán)向肋系、殼面板經(jīng)向肋系、環(huán)向肋系、殼面板2021-10-2928285.3.2 圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式1殼身殼身&多面圓頂結(jié)構(gòu)多面圓頂結(jié)構(gòu)由數(shù)個拱形薄殼相交而成；由數(shù)個拱形薄殼相交而成；與平滑圓頂結(jié)構(gòu)相比，支座距離較大；

21、與平滑圓頂結(jié)構(gòu)相比，支座距離較大；與肋型圓頂結(jié)構(gòu)相比，可節(jié)省材料；與肋型圓頂結(jié)構(gòu)相比，可節(jié)省材料；&通風采光通風采光在頂部開設圓形孔洞在頂部開設圓形孔洞2021-10-2929295.3.2 圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式1支座環(huán)支座環(huán)&是圓頂結(jié)構(gòu)保持幾何不變的保證；是圓頂結(jié)構(gòu)保持幾何不變的保證；&作用類似于拱式結(jié)構(gòu)中的拉桿；作用類似于拱式結(jié)構(gòu)中的拉桿；&對圓頂殼面起箍的作用，阻止圓頂結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下對圓頂殼面起箍的作用，阻止圓頂結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的裂縫開展與破壞；的裂縫開展與破壞；&主要承受環(huán)向拉力和彎矩主要承受環(huán)向拉力和彎矩&保證

22、殼體基本上處于受壓狀態(tài)；并實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的空間平衡。保證殼體基本上處于受壓狀態(tài)；并實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的空間平衡。2021-10-2930305.3.2 圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式1支撐構(gòu)件支撐構(gòu)件&1 圓頂結(jié)構(gòu)通過支座環(huán)支承在房屋的豎向承重構(gòu)件上圓頂結(jié)構(gòu)通過支座環(huán)支承在房屋的豎向承重構(gòu)件上磚墻、鋼筋混凝土柱磚墻、鋼筋混凝土柱這時經(jīng)向推力的水平分力由支座環(huán)承擔，豎向支承構(gòu)這時經(jīng)向推力的水平分力由支座環(huán)承擔，豎向支承構(gòu)件僅承受經(jīng)向推力的豎向分力。件僅承受經(jīng)向推力的豎向分力。受力明確，構(gòu)造簡單。受力明確，構(gòu)造簡單。圓頂?shù)目缍容^大時由于經(jīng)向推力很大，要求支座環(huán)的圓頂?shù)目缍容^大時由于經(jīng)向推力很大，要求

23、支座環(huán)的尺寸很大。同時，其表現(xiàn)力也不夠豐富活躍。尺寸很大。同時，其表現(xiàn)力也不夠豐富活躍。2021-10-2931315.3.2 圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式1支撐構(gòu)件支撐構(gòu)件&2 圓頂結(jié)構(gòu)支承在斜圓頂結(jié)構(gòu)支承在斜柱或斜拱上。柱或斜拱上。通過殼體四周沿著切線方向的直線形、通過殼體四周沿著切線方向的直線形、y形形或叉或叉形斜柱，形斜柱，把推力傳給基礎；把推力傳給基礎；或通過沿殼緣切線方向的單式或復式斜拱，把經(jīng)向報或通過沿殼緣切線方向的單式或復式斜拱，把經(jīng)向報力集中起來傳給基礎。力集中起來傳給基礎。在平面上，斜柱、斜拱可按正多邊形布置，以便與建在平面上，斜柱、斜拱可按正多邊形布置，以

24、便與建筑平面相協(xié)調(diào)筑平面相協(xié)調(diào)；在立面上，斜柱、斜拱可與建筑在立面上，斜柱、斜拱可與建筑圍護及門窗重合布置，圍護及門窗重合布置，也可暴露在建筑物的外面，以取得較好的建筑立面也可暴露在建筑物的外面，以取得較好的建筑立面效果效果。這種結(jié)構(gòu)方案這種結(jié)構(gòu)方案清新、明朗，既表現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的力量與作清新、明朗，既表現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的力量與作用，又極富裝飾性。但傾斜的柱腳或拱腳將使基礎受到用，又極富裝飾性。但傾斜的柱腳或拱腳將使基礎受到水平推力的作用水平推力的作用2021-10-2932325.3.2 圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式1支撐構(gòu)件支撐構(gòu)件&3 圓頂結(jié)構(gòu)支承在框架上，利用圓頂下四周的圍廊或圓頂圓

25、頂結(jié)構(gòu)支承在框架上，利用圓頂下四周的圍廊或圓頂周圍的低層附屬建筑的框周圍的低層附屬建筑的框架結(jié)構(gòu)，把水平推力傳給基礎。架結(jié)構(gòu)，把水平推力傳給基礎?？蚣芙Y(jié)構(gòu)必須具有足夠的剛度，以保證殼身的穩(wěn)定性框架結(jié)構(gòu)必須具有足夠的剛度，以保證殼身的穩(wěn)定性。&4 圓頂結(jié)構(gòu)直接落地圓頂結(jié)構(gòu)直接落地并支承在基礎上。并支承在基礎上。落地的圓頂就像落地拱一樣，經(jīng)向推力直接傳落地的圓頂就像落地拱一樣，經(jīng)向推力直接傳給基礎給基礎。若球殼邊緣全部落地，則基礎同時作為受拉支座環(huán)梁若球殼邊緣全部落地，則基礎同時作為受拉支座環(huán)梁。若是割球殼若是割球殼，只只有幾個腳延伸入地，則基礎必須能夠有幾個腳延伸入地，則基礎必須能夠承受

26、水平椎力，或在各基礎之間設拉桿以平衡該水平力承受水平椎力，或在各基礎之間設拉桿以平衡該水平力。2021-10-2933335.3.2 圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式圓頂結(jié)構(gòu)組成和形式1支撐構(gòu)件支撐構(gòu)件2021-10-2934345.3.3 圓頂薄殼的內(nèi)力狀態(tài)圓頂薄殼的內(nèi)力狀態(tài)1計算計算&一般情況下，殼面的徑向和環(huán)向彎矩較小可以忽略，殼面一般情況下，殼面的徑向和環(huán)向彎矩較小可以忽略，殼面內(nèi)力可按無彎矩理論計算。內(nèi)力可按無彎矩理論計算。1受力受力&在軸向（旋轉(zhuǎn)軸）對稱荷載作用下，圓頂徑向受壓，環(huán)向在軸向（旋轉(zhuǎn)軸）對稱荷載作用下，圓頂徑向受壓，環(huán)向上部受壓，下部可能受壓，也可能受拉，這是圓頂殼面

27、中上部受壓，下部可能受壓，也可能受拉，這是圓頂殼面中的主要內(nèi)力。由此，圓頂結(jié)構(gòu)可以充分利用材料的強度。的主要內(nèi)力。由此，圓頂結(jié)構(gòu)可以充分利用材料的強度。&支座對圓頂殼面起箍的作用，所以支座環(huán)承受殼面邊緣傳支座對圓頂殼面起箍的作用，所以支座環(huán)承受殼面邊緣傳來的推力，其截面內(nèi)力主要為拉力。來的推力，其截面內(nèi)力主要為拉力。2021-10-2935355.3.3 圓頂薄殼的內(nèi)力狀態(tài)圓頂薄殼的內(nèi)力狀態(tài)1受力受力殼面經(jīng)向殼面經(jīng)向殼面環(huán)向殼面環(huán)向支座環(huán)支座環(huán)2021-10-2936365.3.4 圓頂薄殼的構(gòu)造圓頂薄殼的構(gòu)造1殼板厚度殼板厚度&一般由構(gòu)造要求確定，取圓頂半徑的一般由構(gòu)造要求確

28、定，取圓頂半徑的1/600。對于現(xiàn)澆鋼筋混凝土圓頂，不應小于對于現(xiàn)澆鋼筋混凝土圓頂，不應小于40mm；對于裝配整體式圓頂，不應小于對于裝配整體式圓頂，不應小于30mm。1配筋配筋&在殼板內(nèi)的受壓區(qū)域及主拉應力小于混凝土抗拉強度的受在殼板內(nèi)的受壓區(qū)域及主拉應力小于混凝土抗拉強度的受拉區(qū)域內(nèi)，可按不低于拉區(qū)域內(nèi)，可按不低于0.20的最小配筋率配置構(gòu)造鋼筋，的最小配筋率配置構(gòu)造鋼筋，其直徑不小于其直徑不小于4mm，間距不超過，間距不超過250mm。&在主拉應力大于混凝土抗拉強度的區(qū)域，應按計算配筋，在主拉應力大于混凝土抗拉強度的區(qū)域，應按計算配筋，主拉應力應全部由鋼筋承擔，鋼筋間距不

29、大干主拉應力應全部由鋼筋承擔，鋼筋間距不大干150mm。&厚度不大于厚度不大于60mm的殼體，在彎矩較小的區(qū)域內(nèi)，可采用的殼體，在彎矩較小的區(qū)域內(nèi)，可采用單層配筋，鋼筋一般布置在板厚的中間。超過上述厚度或單層配筋，鋼筋一般布置在板厚的中間。超過上述厚度或當殼體受有沖擊及振動荷載作用時，應采用雙層配筋。當殼體受有沖擊及振動荷載作用時，應采用雙層配筋。2021-10-2937375.3.4 圓頂薄殼的構(gòu)造圓頂薄殼的構(gòu)造1局部處理局部處理&由于支座環(huán)對殼板邊緣變形的約束作用，殼板的邊緣附近由于支座環(huán)對殼板邊緣變形的約束作用，殼板的邊緣附近將會產(chǎn)生經(jīng)向的局部彎矩。將會產(chǎn)生經(jīng)向的局部彎矩

30、。&將殼板靠近邊緣部分局部加厚，并配置雙層鋼筋。邊緣加將殼板靠近邊緣部分局部加厚，并配置雙層鋼筋。邊緣加厚部分須做成曲線過渡。加厚范圍一般不小于殼體直徑的厚部分須做成曲線過渡。加厚范圍一般不小于殼體直徑的1/12l/10，增加的厚度不小于殼體中間部分的厚度。，增加的厚度不小于殼體中間部分的厚度。&加厚區(qū)域內(nèi)的鋼筋宜徑為加厚區(qū)域內(nèi)的鋼筋宜徑為410mm，間距不大于，間距不大于200mm。須注意上層鋼筋受拉，應保證其有足夠的錨固長度。須注意上層鋼筋受拉，應保證其有足夠的錨固長度。&大跨度時，支座環(huán)宜采用預應力鋼筋混凝土大跨度時，支座環(huán)宜采用預應力鋼筋混凝土2021-10-2

31、938385.4 筒殼筒殼1特點特點&筒殼曲面呈單曲外形，也稱柱面殼。筒殼曲面呈單曲外形，也稱柱面殼。&零高斯曲率零高斯曲率&幾何形狀簡單，模板制作容易，施工簡單。幾何形狀簡單，模板制作容易，施工簡單。1組成組成&殼身殼身&側(cè)邊構(gòu)件側(cè)邊構(gòu)件&橫隔構(gòu)件橫隔構(gòu)件2021-10-2939395.4 筒殼筒殼1殼身殼身&殼身橫截面的邊線可以是圓弧形、橢圓形或其它形狀的曲殼身橫截面的邊線可以是圓弧形、橢圓形或其它形狀的曲線，多采用圓弧，施工方便。線，多采用圓弧，施工方便。1側(cè)邊構(gòu)件側(cè)邊構(gòu)件&與殼身共同工作，整體受力。與殼身共同工作，整體受力

32、。作為殼體的受拉區(qū)集中布置縱向受拉鋼筋；作為殼體的受拉區(qū)集中布置縱向受拉鋼筋；可提供較大的剛度，減少殼身的豎向位移與水平位移，可提供較大的剛度，減少殼身的豎向位移與水平位移，并對殼身的內(nèi)力分布產(chǎn)生影響。并對殼身的內(nèi)力分布產(chǎn)生影響。1橫隔橫隔&筒殼的橫向支撐，確保殼身的形體。筒殼的橫向支撐，確保殼身的形體。&承受殼身傳來的順剪力并將內(nèi)力傳到下部結(jié)構(gòu)上去。承受殼身傳來的順剪力并將內(nèi)力傳到下部結(jié)構(gòu)上去。2021-10-2940405.4 筒殼筒殼1尺寸定義尺寸定義&跨度：兩個橫隔之間的距離，跨度：兩個橫隔之間的距離，l1；&波長：兩個側(cè)邊構(gòu)件之間的距離，波長：兩個側(cè)邊

33、構(gòu)件之間的距離， l2；&截面高度：殼身包括側(cè)邊構(gòu)件在內(nèi)的高度，截面高度：殼身包括側(cè)邊構(gòu)件在內(nèi)的高度，h&矢高：不包括側(cè)邊構(gòu)件在內(nèi)的高度，矢高：不包括側(cè)邊構(gòu)件在內(nèi)的高度，f2021-10-2941415.4.1 筒殼的受力特點筒殼的受力特點1筒殼是空間結(jié)構(gòu)，在荷載作用下產(chǎn)生的內(nèi)力與普通筒殼是空間結(jié)構(gòu)，在荷載作用下產(chǎn)生的內(nèi)力與普通梁板結(jié)構(gòu)不同，內(nèi)力的計算出比普通梁板結(jié)構(gòu)復眾梁板結(jié)構(gòu)不同，內(nèi)力的計算出比普通梁板結(jié)構(gòu)復眾很多。很多。&內(nèi)力計算薄殼計算中，彎曲內(nèi)力可以忽略，只需計算薄膜內(nèi)力計算薄殼計算中，彎曲內(nèi)力可以忽略，只需計算薄膜內(nèi)力。內(nèi)力。&薄膜內(nèi)力在殼體內(nèi)引起的

34、應力是沿厚度均勻分布的，所以薄膜內(nèi)力在殼體內(nèi)引起的應力是沿厚度均勻分布的，所以材料強度的利用比較充分，因而結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟。材料強度的利用比較充分，因而結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟。&工程設計中常常盡可能減少彎曲應力。工程設計中常常盡可能減少彎曲應力。2021-10-2942425.4.1筒殼的受力特點筒殼的受力特點1殼體中實現(xiàn)薄膜內(nèi)力狀態(tài)需要滿足的條件殼體中實現(xiàn)薄膜內(nèi)力狀態(tài)需要滿足的條件&中面的曲率是連續(xù)變化的；中面的曲率是連續(xù)變化的；&殼體的厚度是逐漸變化的；殼體的厚度是逐漸變化的；&荷載是連續(xù)分布的；荷載是連續(xù)分布的；&殼體的支座只在中面的切線方向上阻止位移并產(chǎn)生反力

35、。殼體的支座只在中面的切線方向上阻止位移并產(chǎn)生反力。2021-10-2943435.4.1筒殼的受力特點筒殼的受力特點1以上條件不能滿足時，會產(chǎn)生彎曲內(nèi)力。以上條件不能滿足時，會產(chǎn)生彎曲內(nèi)力。&承受均勻荷載的筒殼屋蓋有可能滿足上述條件，因此在一承受均勻荷載的筒殼屋蓋有可能滿足上述條件，因此在一定條件下，有可能實現(xiàn)薄膜內(nèi)力狀態(tài)。定條件下，有可能實現(xiàn)薄膜內(nèi)力狀態(tài)。1計算理論計算理論&梁理論梁理論適用于長殼適用于長殼&薄膜理論薄膜理論僅考慮薄膜內(nèi)力狀態(tài)的計算理論，適用于短殼僅考慮薄膜內(nèi)力狀態(tài)的計算理論，適用于短殼&彎曲理論彎曲理論考慮彎曲內(nèi)力的計算理論，或稱有矩理論。

36、考慮彎曲內(nèi)力的計算理論，或稱有矩理論。2021-10-2944445.4.2 筒殼分類筒殼分類1按按l1/l2 的比值的比值&跨長跨長l1與波長與波長l2的比值不同時，筒殼的受力狀態(tài)也不一樣；的比值不同時，筒殼的受力狀態(tài)也不一樣；l1/l23，長殼；，長殼；l1/l20.5，短殼；，短殼；0.5 l1/l23，中長殼；，中長殼；2021-10-2945455.4.2 筒殼分類筒殼分類1長殼長殼&當當l1/l23時，稱為長殼。時，稱為長殼。最大可達最大可達34，長薄殼的跨長最大可達，長薄殼的跨長最大可達30m。1長殼受力特點和內(nèi)力計算長殼受力特點和內(nèi)力計算&橫隔間距大，縱

37、向支承的柔性很大，橫隔間距大，縱向支承的柔性很大，&相對而言，拱圈的剛度相對較大，可以看作是不變形的，相對而言，拱圈的剛度相對較大，可以看作是不變形的，&筒殼的受力情況象曲線截面的梁一樣，其計算理論與曲線筒殼的受力情況象曲線截面的梁一樣，其計算理論與曲線截面梁相似，按材料力學計算截面梁相似，按材料力學計算2021-10-2946465.4.2 筒殼分類筒殼分類1長殼按梁理論的截面應力長殼按梁理論的截面應力2021-10-2947475.4.2 筒殼分類筒殼分類1短殼短殼&當當l1/l2 0.5時，稱為短殼，一般為多跨。時，稱為短殼，一般為多跨。&短殼受力特點和內(nèi)

38、力計算短殼受力特點和內(nèi)力計算橫隔間距小，縱向支承的剛度很大，橫隔間距小，縱向支承的剛度很大，相對而言，拱圈的剛度相對較小，相對而言，拱圈的剛度相對較小，殼體的彎曲內(nèi)力很小，可以忽略不計，殼體的主要內(nèi)殼體的彎曲內(nèi)力很小，可以忽略不計，殼體的主要內(nèi)力是薄膜內(nèi)力，按薄膜理論計算力是薄膜內(nèi)力，按薄膜理論計算1中長殼中長殼&0.5 l1/l23，稱為中長殼；，稱為中長殼；&中長殼受力特點和內(nèi)力計算中長殼受力特點和內(nèi)力計算殼體的薄膜內(nèi)力和彎曲內(nèi)力均應考慮，殼體的薄膜內(nèi)力和彎曲內(nèi)力均應考慮，按有矩理論計算按有矩理論計算2021-10-2948485.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1短殼短殼&

39、;殼板矢高：矢高殼板矢高：矢高f 不應小于不應小于l2/8&殼板厚度殼板厚度殼板內(nèi)的應力不大，通常不必計算，可按跨度及施工殼板內(nèi)的應力不大，通常不必計算，可按跨度及施工條件決定其厚度。條件決定其厚度。對普通跨度（對普通跨度（ l1=612m，l2=1830m）的屋蓋，當矢高）的屋蓋，當矢高不小于不小于l2/8時，按下表時，按下表橫隔的間距（橫隔的間距（m）6789101112殼板厚（殼板厚（mm） 50606070708080901002021-10-2949495.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1短殼短殼&邊梁邊梁殼板的邊框，與殼板整體受力，并可以使殼板的水平殼板的邊框，與殼板整體

40、受力，并可以使殼板的水平位移得以減少；位移得以減少；是筒殼屋面的匯水排水的關(guān)鍵要塞。是筒殼屋面的匯水排水的關(guān)鍵要塞。邊梁形式的選擇應結(jié)合對結(jié)構(gòu)有利和建筑排水方便來邊梁形式的選擇應結(jié)合對結(jié)構(gòu)有利和建筑排水方便來考慮?？紤]。&邊梁截面邊梁截面宜采用矩形截面，宜采用矩形截面，高度一般為高度一般為(1/151/10) l1，不應小于，不應小于l1 /15，寬度為高度的寬度為高度的1/52/5。2021-10-2950505.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1橫隔橫隔&構(gòu)件宜采用拉桿拱。構(gòu)件宜采用拉桿拱。&當波長較大時，也可采用拱形衍架。當波長較大時，也可采用拱形衍架。&橫隔構(gòu)件

41、的間距一般采用橫隔構(gòu)件的間距一般采用612m。&短殼的空間作用明顯，短殼的空間作用明顯，殼板內(nèi)配筋可采用殼板內(nèi)配筋可采用f f4f f6100160mm的雙向鋼筋網(wǎng)，的雙向鋼筋網(wǎng)，配筋率不應低于配筋率不應低于0.2%。2021-10-2951515.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1長殼殼板長殼殼板&為了保證殼體的強度和剛度，殼體截面的總高度為了保證殼體的強度和剛度，殼體截面的總高度h不應小不應小于（于（1/101/15）l1；采用預應力鋼筋混凝土邊梁的殼體可；采用預應力鋼筋混凝土邊梁的殼體可適當減少，與殼體截面對應的圓心角以適當減少，與殼體截面對應的圓心角以6090o為宜。為宜。&a

42、mp;矢高矢高 f 不應小于不應小于1/8l2&殼板邊緣處坡度不宜超過殼板邊緣處坡度不宜超過40o，避免澆灌混凝土時自然塌，避免澆灌混凝土時自然塌落，否則須上、下兩面支模。落，否則須上、下兩面支模。&殼板的厚度可取殼板的厚度可取1/3001/500l2，但不小于，但不小于50mm。&長殼的配筋應按計算確定。長殼的配筋應按計算確定。2021-10-2952525.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1長殼側(cè)邊構(gòu)件（邊梁）長殼側(cè)邊構(gòu)件（邊梁）&殼板的邊框，與殼板整體受力，并可以使殼板的水平位移殼板的邊框，與殼板整體受力，并可以使殼板的水平位移得以減少；得以減少；&是筒殼

43、屋面的匯水排水的關(guān)鍵要塞。是筒殼屋面的匯水排水的關(guān)鍵要塞。&邊梁形式的選擇應結(jié)合對結(jié)構(gòu)有利和建筑排水方便來考慮。邊梁形式的選擇應結(jié)合對結(jié)構(gòu)有利和建筑排水方便來考慮。2021-10-2953535.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1長殼常用的邊梁形式長殼常用的邊梁形式&a：邊梁豎放，截面高度大，對薄殼的受力有利；：邊梁豎放，截面高度大，對薄殼的受力有利；&b：邊梁平放，邊梁的水平剛度大，有利于減小殼板的水：邊梁平放，邊梁的水平剛度大，有利于減小殼板的水平位移，但由于邊梁的截面高度小的緣故，故此形式多用平位移，但由于邊梁的截面高度小的緣故，故此形式多用于邊梁下有墻或其它支承的情況；

44、于邊梁下有墻或其它支承的情況；2021-10-2954545.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1長殼常用的邊梁形式長殼常用的邊梁形式&c：邊梁適用于小型的圓柱殼；：邊梁適用于小型的圓柱殼；&d：邊梁用于兼做排水天溝。：邊梁用于兼做排水天溝。邊梁與殼板交接處附近的殼板均應局部加厚，這是因邊梁與殼板交接處附近的殼板均應局部加厚，這是因為該處的橫向彎矩較大之故。為該處的橫向彎矩較大之故。2021-10-2955555.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1長殼橫隔構(gòu)件長殼橫隔構(gòu)件&橫隔構(gòu)件是殼板及邊梁的支承構(gòu)件，它承受殼板及邊梁傳橫隔構(gòu)件是殼板及邊梁的支承構(gòu)件，它承受殼板及邊梁傳來的剪力。來的剪

45、力。&常見的橫隔構(gòu)件常見的橫隔構(gòu)件弧形橫隔梁弧形橫隔梁2021-10-2956565.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1長殼橫隔構(gòu)件長殼橫隔構(gòu)件&橫隔構(gòu)件是殼板及邊梁的支承構(gòu)件，它承受殼板及邊梁傳橫隔構(gòu)件是殼板及邊梁的支承構(gòu)件，它承受殼板及邊梁傳來的剪力。來的剪力。&常見的橫隔構(gòu)件常見的橫隔構(gòu)件拱形橫隔梁拱形橫隔梁2021-10-2957575.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1長殼橫隔構(gòu)件長殼橫隔構(gòu)件&橫隔構(gòu)件是殼板及邊梁的支承構(gòu)件，它承受殼板及邊梁傳橫隔構(gòu)件是殼板及邊梁的支承構(gòu)件，它承受殼板及邊梁傳來的剪力。來的剪力。&常見的橫隔構(gòu)件常見的橫隔構(gòu)件等高橫隔梁等高橫隔

46、梁2021-10-2958585.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1長殼橫隔構(gòu)件長殼橫隔構(gòu)件&橫隔構(gòu)件是殼板及邊梁的支承構(gòu)件，它承受殼板及邊梁傳橫隔構(gòu)件是殼板及邊梁的支承構(gòu)件，它承受殼板及邊梁傳來的剪力。來的剪力。&常見的橫隔構(gòu)件常見的橫隔構(gòu)件桁架橫隔梁桁架橫隔梁2021-10-2959595.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1長殼橫隔構(gòu)件長殼橫隔構(gòu)件&橫隔構(gòu)件是殼板及邊梁的支承構(gòu)件，它承受殼板及邊梁傳橫隔構(gòu)件是殼板及邊梁的支承構(gòu)件，它承受殼板及邊梁傳來的剪力。來的剪力。&常見的橫隔構(gòu)件常見的橫隔構(gòu)件拉桿拱橫隔拉桿拱橫隔2021-10-2960605.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1

47、長殼橫隔構(gòu)件長殼橫隔構(gòu)件&橫隔構(gòu)件是殼板及邊梁的支承構(gòu)件，它承受殼板及邊梁傳橫隔構(gòu)件是殼板及邊梁的支承構(gòu)件，它承受殼板及邊梁傳來的剪力。來的剪力。&常見的橫隔構(gòu)件常見的橫隔構(gòu)件懸挑桁架橫隔懸挑桁架橫隔2021-10-2961615.4.2 筒殼構(gòu)造筒殼構(gòu)造1殼板天窗孔處理殼板天窗孔處理&長薄殼上開洞時，洞口宜在殼頂長薄殼上開洞時，洞口宜在殼頂沿縱向布置。洞寬（橫向尺寸）沿縱向布置。洞寬（橫向尺寸）不宜超過不宜超過1/41/3l2，洞長（縱向尺，洞長（縱向尺寸）可不加限制。寸）可不加限制。&孔洞的四周應鑲鋼筋混凝土邊框孔洞的四周應鑲鋼筋混凝土邊框以加固洞口，沿縱向

48、還必須相隔以加固洞口，沿縱向還必須相隔23米設置橫撐以加強邊框的穩(wěn)定米設置橫撐以加強邊框的穩(wěn)定和保證兩邊殼板的空間工作。和保證兩邊殼板的空間工作。2021-10-2962625.4.2 筒殼應用筒殼應用1圓柱殼由于使用跨度大，平面進深也大，支承結(jié)構(gòu)圓柱殼由于使用跨度大，平面進深也大，支承結(jié)構(gòu)可以多樣化，可根據(jù)建筑空間和造型的不同需要去可以多樣化，可根據(jù)建筑空間和造型的不同需要去選擇，所以，這種薄殼廣泛應用于單層工業(yè)廠房和選擇，所以，這種薄殼廣泛應用于單層工業(yè)廠房和各種公共建筑如展覽館等。各種公共建筑如展覽館等。1可以根據(jù)建筑的使用需要，做成單波單跨、單波多可以根據(jù)建筑的使用需要，做成單波單跨、

49、單波多跨、多波單跨及多波多跨等各種形式?？?、多波單跨及多波多跨等各種形式。2021-10-2963635.5 雙曲扁殼雙曲扁殼1扁殼定義扁殼定義&薄殼的矢高薄殼的矢高f與被其覆蓋的底面最短邊與被其覆蓋的底面最短邊a之比之比f/a1/51雙曲扁殼的特點雙曲扁殼的特點&殼體的兩個互相垂直的平面上都有曲率殼體的兩個互相垂直的平面上都有曲率&矢高小，結(jié)構(gòu)所占空間小，造型美觀。矢高小，結(jié)構(gòu)所占空間小，造型美觀。&可以是單波、多波?？梢允菃尾ā⒍嗖?。2021-10-2964645.5 雙曲扁殼雙曲扁殼1雙曲扁殼的組成雙曲扁殼的組成&由殼板和周邊豎直的邊緣構(gòu)件由殼板和周邊豎直的邊緣構(gòu)件(或稱橫隔構(gòu)件或稱橫隔構(gòu)件)組成。組成。&殼板殼板