薄壁空間結(jié)構(gòu)課件

6.1概述6.1.1薄殼結(jié)構(gòu)的概念概念殼體結(jié)構(gòu)一般是由上下兩個(gè)幾何曲面構(gòu)成的空間薄壁結(jié)構(gòu)，也稱曲面結(jié)構(gòu)。

等厚殼：當(dāng)厚度不隨坐標(biāo)位置的不同而改變時(shí)稱為等厚殼。變厚殼：當(dāng)厚度隨坐標(biāo)位置的不同而改變時(shí)稱為變厚殼。

薄殼：當(dāng)厚度遠(yuǎn)小于殼體的最小曲率半徑時(shí)，稱為薄殼。厚殼中厚殼16.1概述6.1.1薄殼結(jié)構(gòu)的概念等厚殼：當(dāng)厚度不隨形成梁平板拱薄殼（承受雙向軸力和純剪力） －－有人稱拱和薄殼結(jié)構(gòu)是仿生結(jié)構(gòu)。梁：主要承受彎矩和剪力 平板：主要承受力矩的作用拱：主要承受軸力的作用 薄殼：承受雙向軸力和順剪力2形成梁：主要承受彎矩和剪力 平板：主要承受力矩的作用2薄殼結(jié)構(gòu)的受力：比拱式結(jié)構(gòu)更具優(yōu)越性，因?yàn)楣笆浇Y(jié)構(gòu)只有在某種確定的荷載的作用下才有可能找到合理拱軸線，而薄殼結(jié)構(gòu)由于兩個(gè)方向薄膜軸力和薄膜剪力的共同作用，可以在較大的范圍內(nèi)承受多種分布荷載而不致產(chǎn)生彎曲。特點(diǎn)：整體工作性能良好，內(nèi)力比較均勻，是一種強(qiáng)度高、剛度大、材料省、既經(jīng)濟(jì)又合理的結(jié)構(gòu)型式。33實(shí)例 自然界中的薄殼實(shí)例：蛋殼、蚌殼、螺螄殼、蝸牛先、腦殼及植物的果殼或種子等。 生活中的薄殼實(shí)例：乒乓球、罐、燈泡、安全帽、輪船、碗等。4實(shí)例4曲面的描述

1、等分殼體各點(diǎn)厚度的幾何曲面稱為殼體的中曲面。

2、曲面的高斯曲率：

3、殼體的矢率扁殼：當(dāng)時(shí)，可按扁殼結(jié)構(gòu)計(jì)算。陡殼

正高斯曲率零高斯曲率負(fù)高斯曲率5曲面的描述正高斯曲率6.1.2薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式薄殼結(jié)構(gòu)中曲面的幾何形式，按其形成的特點(diǎn)可以分為以下幾類：旋轉(zhuǎn)曲面：由一條平面曲線繞著該平面內(nèi)某一給定的直線旋轉(zhuǎn)一周所形成的曲面稱為旋轉(zhuǎn)曲面。由于母線形狀的不同，旋轉(zhuǎn)殼又可分為球形殼、橢球殼、拋物球殼、雙曲球殼、圓柱殼、錐形殼等。66.1.2薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式薄殼結(jié)構(gòu)中曲面的幾何形式旋轉(zhuǎn)曲面：7旋轉(zhuǎn)曲面：7平移曲面：由一條豎向曲線作母線沿著另一豎向曲線(導(dǎo)線)平行移動(dòng)所形成的曲面稱為平移曲面。常見的平移曲面有橢圓拋物面和雙曲拋物面，所形成的殼體稱為橢圓拋物殼和雙曲拋物殼。橢圓拋物面雙曲拋物面8平移曲面：由一條豎向曲線作母線沿著另一豎向曲線(導(dǎo)線)平行移直紋曲面：

由一段直線(母線)的兩端分別沿兩固定曲線(導(dǎo)線)移動(dòng)所形成的曲面叫直紋曲面，房屋建筑中常用的直紋曲面有柱形曲面、劈錐曲面、扭曲面等。9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)雙曲拋物面的形成P導(dǎo)平面直導(dǎo)線直導(dǎo)線直母線10雙曲拋物面的形成P導(dǎo)平面直導(dǎo)線直導(dǎo)線直母線106.1.3薄殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力一般的殼體結(jié)構(gòu)，內(nèi)力有8對(duì)：正向力、；順剪力；橫剪力、；彎矩、；以及扭矩。理想的薄膜內(nèi)力：正向力、；順剪力。116.1.3薄殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力一般的殼體結(jié)構(gòu)，內(nèi)力有8對(duì)：6.1.4薄殼結(jié)構(gòu)的施工

混凝土殼體

1、現(xiàn)澆混凝土殼體

2、預(yù)制單元、高空裝配成整體殼體

3、地面現(xiàn)澆殼體或預(yù)制單元裝配后整體提升

4、裝配整體式疊合殼體

5、采用柔模噴涂成殼預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼筋布置在橫隔、側(cè)邊構(gòu)件及其銜接的殼板受拉區(qū)、旋轉(zhuǎn)殼的支座環(huán)、拉桿、結(jié)構(gòu)的支座部分，以及最大剪力作用區(qū)。126.1.4薄殼結(jié)構(gòu)的施工混凝土殼體126.2圓頂圓頂是正高斯曲率的旋轉(zhuǎn)曲面殼。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的要求，圓頂?shù)男问娇刹捎们蛎鏆?、橢球面及旋轉(zhuǎn)拋物面殼等。6.2.1圓頂結(jié)構(gòu)的組成

殼身－－平滑圓頂、肋形圓頂和多面圓頂支座環(huán)支承結(jié)構(gòu)

136.2圓頂圓頂是正高斯曲率的旋轉(zhuǎn)曲面殼。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的

殼身－－平滑圓頂（a)、肋形圓頂（b）和多面圓頂（c）14殼身－－平滑圓頂（a)、肋形圓頂（b）和多面圓頂（c）14

支座環(huán)支座環(huán)的截面形式15支座環(huán)支座環(huán)的截面形式15

支承結(jié)構(gòu)

（1）通過支座環(huán)支承在房屋的豎向構(gòu)件上（a）（2）支承在斜柱或斜拱上（b、C、d）（3）支承在框架上（e）（4）直接落地并支承在基礎(chǔ)上（f）16支承結(jié)構(gòu)（1）通過支座環(huán)支承在房屋的豎向構(gòu)件上（a）166.2.2圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)1.破壞形態(tài)球殼在均布豎向荷載作用下，在上部承受環(huán)向壓力，而在下部承受環(huán)向拉力。由于磚砌體或混凝土的抗拉強(qiáng)度極低，故往往在圓頂?shù)南虏垦貜较虺霈F(xiàn)多條裂縫。支座環(huán)的邊框作用相當(dāng)于拉桿對(duì)拱的作用。

176.2.2圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)1.破壞形態(tài)176.2.2圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)2.薄膜內(nèi)力：經(jīng)向軸力N1；環(huán)向軸力N2

（a）圓頂受力破壞示意（b）法向應(yīng)力狀態(tài)（c）環(huán)向應(yīng)力狀態(tài)（d）殼面單元體中的主要內(nèi)力186.2.2圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)2.薄膜內(nèi)力：經(jīng)向軸力N1；環(huán)向3.支座環(huán)的受力：殼身邊緣傳來的推力；支座環(huán)的拉力

（a）支座環(huán)的拉力作用（b）殼面邊緣徑向彎矩及構(gòu)造193.支座環(huán)的受力：殼身邊緣傳來的推力；支座環(huán)的拉力（a）6.2.3圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)造1.殼板厚度：t/R為1/6002.殼板配筋：受壓區(qū)域及主拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度的受拉區(qū)域：最小配筋率0.20％；主拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度的受拉區(qū)域，按計(jì)算配筋。3.殼板邊緣構(gòu)造支座邊緣的約束彎矩及配筋構(gòu)造圖206.2.3圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)造1.殼板厚度：t/R為1/6004.支座環(huán)梁－－環(huán)梁預(yù)應(yīng)力筋布置（右圖）5.殼頂開洞－內(nèi)環(huán)梁與殼板的連接（下圖）6.裝配整體式圓頂結(jié)構(gòu)－－預(yù)制單元的劃分214.支座環(huán)梁－－環(huán)梁預(yù)應(yīng)力筋布置（右圖）6.裝配整體式圓頂結(jié)6.2.4結(jié)構(gòu)實(shí)例1.羅馬小體育宮

2.大阪市中央體育館

226.2.4結(jié)構(gòu)實(shí)例1.羅馬小體育宮22羅馬小體育宮所在地：大坂市港區(qū)田中3丁目建造時(shí)間：1956年～1957年建筑設(shè)計(jì)：意大利建筑師A.維泰洛齊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：P.L.奈爾維

結(jié)構(gòu)類別：上部結(jié)構(gòu)：預(yù)應(yīng)力混凝土球形殼體建筑平面：圓形，直徑60m23羅馬小體育宮所在地：大坂市港區(qū)田中3丁目23羅馬小體育宮結(jié)構(gòu)組成

球頂：由1620塊用鋼絲網(wǎng)水泥預(yù)制的菱形槽板拼裝而成， 板間布置鋼筋現(xiàn)澆成“肋”，上面澆混凝土

小圓蓋：球頂上部開洞

斜撐：36個(gè)“丫”形斜撐

“腰帶”：附屬用房的屋蓋，兼作連系梁

24羅馬小體育宮結(jié)構(gòu)組成

球頂：由1620塊用鋼絲網(wǎng)水泥預(yù)大坂市中央體育館所在地：大坂市港區(qū)田中3丁目設(shè)計(jì)時(shí)間：1992年8月～1993年5月施工時(shí)間：1993年6月～1996年5月設(shè)計(jì)監(jiān)理：大坂市都市整備局營運(yùn)部施工企業(yè)：大林·西松·淺沼建設(shè)共同體結(jié)構(gòu)類別：基礎(chǔ)：現(xiàn)場(chǎng)灌注混凝土樁，現(xiàn)場(chǎng) 灌注混凝土連續(xù)墻 上部結(jié)構(gòu)：預(yù)應(yīng)力混凝土球形殼體建筑面積：38425m225大坂市中央體育館所在地：大坂市港區(qū)田中3丁目25大坂市中央體育館－鳥闞圖26大坂市中央體育館－鳥闞圖26大坂市中央體育館－平面圖27大坂市中央體育館－平面圖27大坂市中央體育館－剖面圖28大坂市中央體育館－剖面圖286.3筒殼

筒殼是單向曲率的薄殼，零高斯曲率殼。6.3.1筒殼結(jié)構(gòu)的組成

殼身側(cè)邊構(gòu)件（波長(zhǎng)）橫隔（跨度）296.3筒殼筒殼是單向曲率的薄殼，零高斯曲率殼。6.3

側(cè)邊構(gòu)件（波長(zhǎng)）－－作用：作為受拉區(qū)；提供剛度；型式：5種3030

橫隔（跨度）－－功能：承受順剪力，將內(nèi)力傳到下部結(jié)構(gòu)型式：5種31橫隔（跨度）－－316.3.2筒殼的受力特點(diǎn)1.當(dāng)時(shí)；為長(zhǎng)殼：按梁理論計(jì)算

2.當(dāng)時(shí)；為短殼：按照薄膜理論計(jì)算

3.當(dāng)時(shí)；為中長(zhǎng)殼：薄殼，半彎矩理論計(jì)算

4.橫隔：按偏心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)

326.3.2筒殼的受力特點(diǎn)1.當(dāng)6.3.3筒殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.短殼：，與配筋按構(gòu)造2.長(zhǎng)殼：，；可取，配筋按計(jì)算確定3.天窗孔的布置4.裝配整體式圓柱面筒殼336.3.3筒殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.短殼：巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳所在地：巴黎建造時(shí)間：1992年～建筑設(shè)計(jì)：保羅?安德魯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)類別：上部結(jié)構(gòu)：混凝土筒殼6.3.4結(jié)構(gòu)實(shí)例

34巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳所在地：巴黎6.3.4巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳結(jié)構(gòu)組成：登機(jī)樓為一預(yù)制系統(tǒng)，4m寬的基本單元依次就位并裝配到一起。40cm厚的混凝土殼承受壓力。而鋼制的弧形肋受拉。兩種結(jié)構(gòu)之間的距離取決于角動(dòng)量。雙層透明玻璃組成的玻璃表面可以保證水密性，以兩層結(jié)構(gòu)之間的鋼制弧形肋條為支撐。窗格很窄，僅有1m高，拼成的折面非常接近曲面的效果。

35巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳結(jié)構(gòu)組成：登機(jī)樓為一預(yù)制系統(tǒng)，4巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳36巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳36巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳坍塌報(bào)告主要結(jié)論：

1.混凝土頂棚鋼筋承載力不足；

2.缺少補(bǔ)充支撐體系，也就是缺少在主體結(jié)構(gòu)超出承受力時(shí)能夠?qū)⒘鬟f到其他結(jié)構(gòu)部位的可能性。

3.大梁承載力不足，為了通過通風(fēng)管道，大梁每隔四米被通風(fēng)管道穿過，從而削弱了大梁的承載力；

4.連接混凝土頂棚和玻璃屋面的金屬桿過于嵌入混凝土，而使頂棚承受力削弱。

根據(jù)調(diào)查報(bào)告，事故的發(fā)生可以推論為，混凝土頂棚首先斷裂，由于鋼筋承載力和大梁承載力均不足，最終導(dǎo)致整個(gè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系的瓦解。

37巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳坍塌報(bào)告主要結(jié)論：

37巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳38巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳38巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳39巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳396.4折板

折板是若干薄板以一定的角度連接成整體的空間結(jié)構(gòu)體系

6.4.1折板結(jié)構(gòu)的組成

折板－－圓弧形；橢圓形；其他形狀

1.無邊梁、有邊梁（4種型式）

2.現(xiàn)澆整體式、預(yù)制裝配式及裝配整體式邊梁－－一般為矩形截面梁，B取2～4

橫隔－－型式：與筒殼中的橫隔相同。常采用折板下梁或三角形框架梁的型式406.4折板折板是若干薄板以一定的角度連接成整體的空間結(jié)6.4.2折板的受力特點(diǎn)當(dāng)時(shí)；長(zhǎng)折板：縱橫方向

1.縱向，取一個(gè)波長(zhǎng)為計(jì)算單元

2.橫向，取1m板帶按多跨連續(xù)梁板計(jì)算

當(dāng)時(shí)；為短折板，受力計(jì)算同短殼；工程中不多見。

橫隔：沿折板平面內(nèi)的順剪力，與筒殼結(jié)構(gòu)相似

416.4.2折板的受力特點(diǎn)當(dāng)6.4.3折板的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

不大于100mm，不宜大于3～3.5m，一般取（0.25～0.4）

2.折板型式的主要參數(shù)：傾角、高跨比、。3.配筋

4.裝配整體式V形折板

426.4.3折板的結(jié)構(gòu)構(gòu)造不大于100mm，6.4.4結(jié)構(gòu)實(shí)例巴黎聯(lián)合國教科文組織總部會(huì)議大廳：采用兩跨連續(xù)的折板剛架結(jié)構(gòu)。大廳兩邊支座為折板墻，中間支座為支承于6根柱子上的大梁。美國伊利諾大學(xué)會(huì)堂：平面呈圓形，直徑132m，屋頂為預(yù)應(yīng)力混凝土折板組成的圓頂，由48塊同樣形狀的膨脹頁巖輕混凝土折板拼裝而成，形成24對(duì)折板拱。拱腳水平推力由預(yù)應(yīng)力圈梁承受。折板結(jié)構(gòu)既可作為梁板合一的構(gòu)件，又可作為墻柱合一的構(gòu)件。436.4.4結(jié)構(gòu)實(shí)例巴黎聯(lián)合國教科文組織總部會(huì)議大廳：采6.5雙曲扁殼

雙曲扁殼是正高斯曲率的橢圓線平移曲面。6.5.1雙曲扁殼的結(jié)構(gòu)組成

殼身

1.光面、帶肋

2.單波，雙波

周邊豎直的邊緣構(gòu)件形式：1.帶拉桿的拱或拱形桁架

2.薄腹梁

3.曲梁或曲線形圈梁

446.5雙曲扁殼雙曲扁殼是正高斯曲率的橢圓線平移曲面雙曲扁殼的結(jié)構(gòu)組成45雙曲扁殼的結(jié)構(gòu)組成456.5.2雙曲扁殼的受力特點(diǎn)殼身

1.薄膜內(nèi)力為主，

2.邊緣附近要考慮曲面外彎矩作用

邊緣構(gòu)件

1.順剪力S，與筒殼結(jié)構(gòu)相同466.5.2雙曲扁殼的受力特點(diǎn)殼身466.5.3雙曲扁殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.f/b不大于1/5,K1/K2,a/b不大于22.傾斜放置時(shí),傾角不超過10度3.邊緣構(gòu)件為拱式結(jié)構(gòu)4.配筋要求(四類)

受壓區(qū)構(gòu)造鋼筋，殼體邊緣區(qū)域底部的受拉鋼筋，構(gòu)造鋼筋，角偶區(qū)承受主拉應(yīng)力的斜向鋼筋或鋼筋網(wǎng)。476.5.3雙曲扁殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.f/b不大于1/5,K6.5.4結(jié)構(gòu)實(shí)例北京火車站（1956年）：中央大廳的頂蓋和檢票口通廊的頂蓋就是雙曲扁殼。

中央大廳頂蓋薄殼的平面為35m×35m，矢高為7m，殼身厚度僅80mm。檢票口通廊上也一連間隔地用了五個(gè)雙曲扁殼，中間的平面為21.5m×21.5m，兩側(cè)的四個(gè)平面為16.5m×16.5m，矢高為3.3m，殼身厚度為60mm。邊緣構(gòu)件為兩鉸拱。2.北京網(wǎng)球館486.5.4結(jié)構(gòu)實(shí)例北京火車站（1956年）：中央大廳的6.6雙曲拋物面扭殼

雙曲拋物面扭殼是雙曲拋物面截取的直紋曲面

。雙曲拋物面扭殼496.6雙曲拋物面扭殼雙曲拋物面扭殼是雙曲拋物面截取6.6.1結(jié)構(gòu)的組成

殼板

1.雙傾單塊

2.單傾單塊

3.組合型

邊緣構(gòu)件形式：1.三角形桁架

2.拉桿人字架

506.6.1結(jié)構(gòu)的組成殼板506.6.2雙曲拋物面扭殼的受力特點(diǎn)四坡屋頂：三角形桁架受力單塊扭殼：對(duì)角線方向的推力落地扭殼：邊框推力516.6.2雙曲拋物面扭殼的受力特點(diǎn)四坡屋頂：三角形桁架6.6.3結(jié)構(gòu)構(gòu)造1、a/b為1～2， 單傾單塊f/b為1/2～1/4

雙傾單塊f/b為1/2～1/8

組合型f/2b為1/4～1/82、配筋526.6.3結(jié)構(gòu)構(gòu)造1、a/b為1～2，526.7曲面的切割、組合與工程實(shí)例

曲面的切割與組合，是設(shè)計(jì)好曲面結(jié)構(gòu)的重要手段。通過曲面的切割與組合，幾乎可以滿足任意平面形式和各種奇特新穎的建筑造型要求。1、美國圣路易航空港候機(jī)室536.7曲面的切割、組合與工程實(shí)例1、美國圣路易航空港候機(jī)室 該建筑由三組殼體組成，每組由兩個(gè)圓柱形曲面正交構(gòu)成。541、美國圣路易航空港候機(jī)室541、美國圣路易航空港候機(jī)室551、美國圣路易航空港候機(jī)室552、墨西哥霍奇米洛科餐廳（1957年）設(shè)計(jì)：墨西哥著名工程師坎迪拉。工程概況：該建筑由斯個(gè)雙曲拋物面薄殼交叉組成。在交叉部位，殼面加厚，形成四條有力的拱肋，直接支承在八個(gè)基礎(chǔ)上。殼厚4cm。兩對(duì)點(diǎn)的距離是42.5m。建筑平面為30m×30m。殼體的外圍八個(gè)立面是斜切的。562、墨西哥霍奇米洛科餐廳（1957年）5657572、美國麻省理工學(xué)院禮堂（1955年）設(shè)計(jì)：沙里寧工程概況：屋頂為球面薄殼，三腳落地。薄殼曲面由1/8球面組成，這1/8球面是由三個(gè)與水平面夾角相等的通過球心的大圓從球面上切割出來的。球的半徑34m。薄殼平面形狀為48m×41.5m的曲邊三角形。582、美國麻省理工學(xué)院禮堂（1955年）583、美國麻省理工學(xué)院禮堂（1955年）設(shè)計(jì)：沙里寧工程概況：屋頂為球面薄殼，三腳落地。薄殼曲面由1/8球面組成，這1/8球面是由三個(gè)與水平面夾角相等的通過球心的大圓從球面上切割出來的。球的半徑34m。薄殼平面形狀為48m×41.5m的曲邊三角形。593、美國麻省理工學(xué)院禮堂（1955年）596.1概述6.1.1薄殼結(jié)構(gòu)的概念概念殼體結(jié)構(gòu)一般是由上下兩個(gè)幾何曲面構(gòu)成的空間薄壁結(jié)構(gòu)，也稱曲面結(jié)構(gòu)。

等厚殼：當(dāng)厚度不隨坐標(biāo)位置的不同而改變時(shí)稱為等厚殼。變厚殼：當(dāng)厚度隨坐標(biāo)位置的不同而改變時(shí)稱為變厚殼。

薄殼：當(dāng)厚度遠(yuǎn)小于殼體的最小曲率半徑時(shí)，稱為薄殼。厚殼中厚殼606.1概述6.1.1薄殼結(jié)構(gòu)的概念等厚殼：當(dāng)厚度不隨形成梁平板拱薄殼（承受雙向軸力和純剪力） －－有人稱拱和薄殼結(jié)構(gòu)是仿生結(jié)構(gòu)。梁：主要承受彎矩和剪力 平板：主要承受力矩的作用拱：主要承受軸力的作用 薄殼：承受雙向軸力和順剪力61形成梁：主要承受彎矩和剪力 平板：主要承受力矩的作用2薄殼結(jié)構(gòu)的受力：比拱式結(jié)構(gòu)更具優(yōu)越性，因?yàn)楣笆浇Y(jié)構(gòu)只有在某種確定的荷載的作用下才有可能找到合理拱軸線，而薄殼結(jié)構(gòu)由于兩個(gè)方向薄膜軸力和薄膜剪力的共同作用，可以在較大的范圍內(nèi)承受多種分布荷載而不致產(chǎn)生彎曲。特點(diǎn)：整體工作性能良好，內(nèi)力比較均勻，是一種強(qiáng)度高、剛度大、材料省、既經(jīng)濟(jì)又合理的結(jié)構(gòu)型式。623實(shí)例 自然界中的薄殼實(shí)例：蛋殼、蚌殼、螺螄殼、蝸牛先、腦殼及植物的果殼或種子等。 生活中的薄殼實(shí)例：乒乓球、罐、燈泡、安全帽、輪船、碗等。63實(shí)例4曲面的描述

1、等分殼體各點(diǎn)厚度的幾何曲面稱為殼體的中曲面。

2、曲面的高斯曲率：

3、殼體的矢率扁殼：當(dāng)時(shí)，可按扁殼結(jié)構(gòu)計(jì)算。陡殼

正高斯曲率零高斯曲率負(fù)高斯曲率64曲面的描述正高斯曲率6.1.2薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式薄殼結(jié)構(gòu)中曲面的幾何形式，按其形成的特點(diǎn)可以分為以下幾類：旋轉(zhuǎn)曲面：由一條平面曲線繞著該平面內(nèi)某一給定的直線旋轉(zhuǎn)一周所形成的曲面稱為旋轉(zhuǎn)曲面。由于母線形狀的不同，旋轉(zhuǎn)殼又可分為球形殼、橢球殼、拋物球殼、雙曲球殼、圓柱殼、錐形殼等。656.1.2薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式薄殼結(jié)構(gòu)中曲面的幾何形式旋轉(zhuǎn)曲面：66旋轉(zhuǎn)曲面：7平移曲面：由一條豎向曲線作母線沿著另一豎向曲線(導(dǎo)線)平行移動(dòng)所形成的曲面稱為平移曲面。常見的平移曲面有橢圓拋物面和雙曲拋物面，所形成的殼體稱為橢圓拋物殼和雙曲拋物殼。橢圓拋物面雙曲拋物面67平移曲面：由一條豎向曲線作母線沿著另一豎向曲線(導(dǎo)線)平行移直紋曲面：

由一段直線(母線)的兩端分別沿兩固定曲線(導(dǎo)線)移動(dòng)所形成的曲面叫直紋曲面，房屋建筑中常用的直紋曲面有柱形曲面、劈錐曲面、扭曲面等。68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)雙曲拋物面的形成P導(dǎo)平面直導(dǎo)線直導(dǎo)線直母線69雙曲拋物面的形成P導(dǎo)平面直導(dǎo)線直導(dǎo)線直母線106.1.3薄殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力一般的殼體結(jié)構(gòu)，內(nèi)力有8對(duì)：正向力、；順剪力；橫剪力、；彎矩、；以及扭矩。理想的薄膜內(nèi)力：正向力、；順剪力。706.1.3薄殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力一般的殼體結(jié)構(gòu)，內(nèi)力有8對(duì)：6.1.4薄殼結(jié)構(gòu)的施工

混凝土殼體

1、現(xiàn)澆混凝土殼體

2、預(yù)制單元、高空裝配成整體殼體

3、地面現(xiàn)澆殼體或預(yù)制單元裝配后整體提升

4、裝配整體式疊合殼體

5、采用柔模噴涂成殼預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼筋布置在橫隔、側(cè)邊構(gòu)件及其銜接的殼板受拉區(qū)、旋轉(zhuǎn)殼的支座環(huán)、拉桿、結(jié)構(gòu)的支座部分，以及最大剪力作用區(qū)。716.1.4薄殼結(jié)構(gòu)的施工混凝土殼體126.2圓頂圓頂是正高斯曲率的旋轉(zhuǎn)曲面殼。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的要求，圓頂?shù)男问娇刹捎们蛎鏆?、橢球面及旋轉(zhuǎn)拋物面殼等。6.2.1圓頂結(jié)構(gòu)的組成

殼身－－平滑圓頂、肋形圓頂和多面圓頂支座環(huán)支承結(jié)構(gòu)

726.2圓頂圓頂是正高斯曲率的旋轉(zhuǎn)曲面殼。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的

殼身－－平滑圓頂（a)、肋形圓頂（b）和多面圓頂（c）73殼身－－平滑圓頂（a)、肋形圓頂（b）和多面圓頂（c）14

支座環(huán)支座環(huán)的截面形式74支座環(huán)支座環(huán)的截面形式15

支承結(jié)構(gòu)

（1）通過支座環(huán)支承在房屋的豎向構(gòu)件上（a）（2）支承在斜柱或斜拱上（b、C、d）（3）支承在框架上（e）（4）直接落地并支承在基礎(chǔ)上（f）75支承結(jié)構(gòu)（1）通過支座環(huán)支承在房屋的豎向構(gòu)件上（a）166.2.2圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)1.破壞形態(tài)球殼在均布豎向荷載作用下，在上部承受環(huán)向壓力，而在下部承受環(huán)向拉力。由于磚砌體或混凝土的抗拉強(qiáng)度極低，故往往在圓頂?shù)南虏垦貜较虺霈F(xiàn)多條裂縫。支座環(huán)的邊框作用相當(dāng)于拉桿對(duì)拱的作用。

766.2.2圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)1.破壞形態(tài)176.2.2圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)2.薄膜內(nèi)力：經(jīng)向軸力N1；環(huán)向軸力N2

（a）圓頂受力破壞示意（b）法向應(yīng)力狀態(tài)（c）環(huán)向應(yīng)力狀態(tài)（d）殼面單元體中的主要內(nèi)力776.2.2圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)2.薄膜內(nèi)力：經(jīng)向軸力N1；環(huán)向3.支座環(huán)的受力：殼身邊緣傳來的推力；支座環(huán)的拉力

（a）支座環(huán)的拉力作用（b）殼面邊緣徑向彎矩及構(gòu)造783.支座環(huán)的受力：殼身邊緣傳來的推力；支座環(huán)的拉力（a）6.2.3圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)造1.殼板厚度：t/R為1/6002.殼板配筋：受壓區(qū)域及主拉應(yīng)力小于混凝土抗拉強(qiáng)度的受拉區(qū)域：最小配筋率0.20％；主拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度的受拉區(qū)域，按計(jì)算配筋。3.殼板邊緣構(gòu)造支座邊緣的約束彎矩及配筋構(gòu)造圖796.2.3圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)造1.殼板厚度：t/R為1/6004.支座環(huán)梁－－環(huán)梁預(yù)應(yīng)力筋布置（右圖）5.殼頂開洞－內(nèi)環(huán)梁與殼板的連接（下圖）6.裝配整體式圓頂結(jié)構(gòu)－－預(yù)制單元的劃分804.支座環(huán)梁－－環(huán)梁預(yù)應(yīng)力筋布置（右圖）6.裝配整體式圓頂結(jié)6.2.4結(jié)構(gòu)實(shí)例1.羅馬小體育宮

2.大阪市中央體育館

816.2.4結(jié)構(gòu)實(shí)例1.羅馬小體育宮22羅馬小體育宮所在地：大坂市港區(qū)田中3丁目建造時(shí)間：1956年～1957年建筑設(shè)計(jì)：意大利建筑師A.維泰洛齊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：P.L.奈爾維

結(jié)構(gòu)類別：上部結(jié)構(gòu)：預(yù)應(yīng)力混凝土球形殼體建筑平面：圓形，直徑60m82羅馬小體育宮所在地：大坂市港區(qū)田中3丁目23羅馬小體育宮結(jié)構(gòu)組成

球頂：由1620塊用鋼絲網(wǎng)水泥預(yù)制的菱形槽板拼裝而成， 板間布置鋼筋現(xiàn)澆成“肋”，上面澆混凝土

小圓蓋：球頂上部開洞

斜撐：36個(gè)“丫”形斜撐

“腰帶”：附屬用房的屋蓋，兼作連系梁

83羅馬小體育宮結(jié)構(gòu)組成

球頂：由1620塊用鋼絲網(wǎng)水泥預(yù)大坂市中央體育館所在地：大坂市港區(qū)田中3丁目設(shè)計(jì)時(shí)間：1992年8月～1993年5月施工時(shí)間：1993年6月～1996年5月設(shè)計(jì)監(jiān)理：大坂市都市整備局營運(yùn)部施工企業(yè)：大林·西松·淺沼建設(shè)共同體結(jié)構(gòu)類別：基礎(chǔ)：現(xiàn)場(chǎng)灌注混凝土樁，現(xiàn)場(chǎng) 灌注混凝土連續(xù)墻 上部結(jié)構(gòu)：預(yù)應(yīng)力混凝土球形殼體建筑面積：38425m284大坂市中央體育館所在地：大坂市港區(qū)田中3丁目25大坂市中央體育館－鳥闞圖85大坂市中央體育館－鳥闞圖26大坂市中央體育館－平面圖86大坂市中央體育館－平面圖27大坂市中央體育館－剖面圖87大坂市中央體育館－剖面圖286.3筒殼

筒殼是單向曲率的薄殼，零高斯曲率殼。6.3.1筒殼結(jié)構(gòu)的組成

殼身側(cè)邊構(gòu)件（波長(zhǎng)）橫隔（跨度）886.3筒殼筒殼是單向曲率的薄殼，零高斯曲率殼。6.3

側(cè)邊構(gòu)件（波長(zhǎng)）－－作用：作為受拉區(qū)；提供剛度；型式：5種8930

橫隔（跨度）－－功能：承受順剪力，將內(nèi)力傳到下部結(jié)構(gòu)型式：5種90橫隔（跨度）－－316.3.2筒殼的受力特點(diǎn)1.當(dāng)時(shí)；為長(zhǎng)殼：按梁理論計(jì)算

2.當(dāng)時(shí)；為短殼：按照薄膜理論計(jì)算

3.當(dāng)時(shí)；為中長(zhǎng)殼：薄殼，半彎矩理論計(jì)算

4.橫隔：按偏心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)

916.3.2筒殼的受力特點(diǎn)1.當(dāng)6.3.3筒殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.短殼：，與配筋按構(gòu)造2.長(zhǎng)殼：，；可取，配筋按計(jì)算確定3.天窗孔的布置4.裝配整體式圓柱面筒殼926.3.3筒殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.短殼：巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳所在地：巴黎建造時(shí)間：1992年～建筑設(shè)計(jì)：保羅?安德魯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)類別：上部結(jié)構(gòu)：混凝土筒殼6.3.4結(jié)構(gòu)實(shí)例

93巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳所在地：巴黎6.3.4巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳結(jié)構(gòu)組成：登機(jī)樓為一預(yù)制系統(tǒng)，4m寬的基本單元依次就位并裝配到一起。40cm厚的混凝土殼承受壓力。而鋼制的弧形肋受拉。兩種結(jié)構(gòu)之間的距離取決于角動(dòng)量。雙層透明玻璃組成的玻璃表面可以保證水密性，以兩層結(jié)構(gòu)之間的鋼制弧形肋條為支撐。窗格很窄，僅有1m高，拼成的折面非常接近曲面的效果。

94巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳結(jié)構(gòu)組成：登機(jī)樓為一預(yù)制系統(tǒng)，4巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳95巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳36巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳坍塌報(bào)告主要結(jié)論：

1.混凝土頂棚鋼筋承載力不足；

2.缺少補(bǔ)充支撐體系，也就是缺少在主體結(jié)構(gòu)超出承受力時(shí)能夠?qū)⒘鬟f到其他結(jié)構(gòu)部位的可能性。

3.大梁承載力不足，為了通過通風(fēng)管道，大梁每隔四米被通風(fēng)管道穿過，從而削弱了大梁的承載力；

4.連接混凝土頂棚和玻璃屋面的金屬桿過于嵌入混凝土，而使頂棚承受力削弱。

根據(jù)調(diào)查報(bào)告，事故的發(fā)生可以推論為，混凝土頂棚首先斷裂，由于鋼筋承載力和大梁承載力均不足，最終導(dǎo)致整個(gè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系的瓦解。

96巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳坍塌報(bào)告主要結(jié)論：

37巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳97巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳38巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳98巴黎戴高樂機(jī)場(chǎng)第二空港樓E廳396.4折板

折板是若干薄板以一定的角度連接成整體的空間結(jié)構(gòu)體系

6.4.1折板結(jié)構(gòu)的組成

折板－－圓弧形；橢圓形；其他形狀

1.無邊梁、有邊梁（4種型式）

2.現(xiàn)澆整體式、預(yù)制裝配式及裝配整體式邊梁－－一般為矩形截面梁，B取2～4

橫隔－－型式：與筒殼中的橫隔相同。常采用折板下梁或三角形框架梁的型式996.4折板折板是若干薄板以一定的角度連接成整體的空間結(jié)6.4.2折板的受力特點(diǎn)當(dāng)時(shí)；長(zhǎng)折板：縱橫方向

1.縱向，取一個(gè)波長(zhǎng)為計(jì)算單元

2.橫向，取1m板帶按多跨連續(xù)梁板計(jì)算

當(dāng)時(shí)；為短折板，受力計(jì)算同短殼；工程中不多見。

橫隔：沿折板平面內(nèi)的順剪力，與筒殼結(jié)構(gòu)相似

1006.4.2折板的受力特點(diǎn)當(dāng)6.4.3折板的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

不大于100mm，不宜大于3～3.5m，一般?。?.25～0.4）

2.折板型式的主要參數(shù)：傾角、高跨比、。3.配筋

4.裝配整體式V形折板

1016.4.3折板的結(jié)構(gòu)構(gòu)造不大于100mm，6.4.4結(jié)構(gòu)實(shí)例巴黎聯(lián)合國教科文組織總部會(huì)議大廳：采用兩跨連續(xù)的折板剛架結(jié)構(gòu)。大廳兩邊支座為折板墻，中間支座為支承于6根柱子上的大梁。美國伊利諾大學(xué)會(huì)堂：平面呈圓形，直徑132m，屋頂為預(yù)應(yīng)力混凝土折板組成的圓頂，由48塊同樣形狀的膨脹頁巖輕混凝土折板拼裝而成，形成24對(duì)折板拱。拱腳水平推力由預(yù)應(yīng)力圈梁承受。折板結(jié)構(gòu)既可作為梁板合一的構(gòu)件，又可作為墻柱合一的構(gòu)件。1026.4.4結(jié)構(gòu)實(shí)例巴黎聯(lián)合國教科文組織總部會(huì)議大廳：采6.5雙曲扁殼

雙曲扁殼是正高斯曲率的橢圓線平移曲面。6.5.1雙曲扁殼的結(jié)構(gòu)組成

殼身

1.光面、帶肋

2.單波，雙波

周邊豎直的邊緣構(gòu)件形式：1.帶拉桿的拱或拱形桁架

2.薄腹梁

3.曲梁或曲線形圈梁

1036.5雙曲扁殼雙曲扁殼是正高斯曲率的橢圓線平移曲面雙曲扁殼的結(jié)構(gòu)組成104雙曲扁殼的結(jié)構(gòu)組成456.5.2雙曲扁殼的受力特點(diǎn)殼身

1.薄膜內(nèi)力為主，

2.邊緣附近要考慮曲面外彎矩作用

邊緣構(gòu)件

1.順剪力S，與筒殼結(jié)構(gòu)相同1056.5.2雙曲扁殼的受力特點(diǎn)殼身466.5.3雙曲扁殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.f/b不大于1/5,K1/K2,a/b不大于22.傾斜放置時(shí),傾角不超過10度3.邊緣構(gòu)件為拱式結(jié)構(gòu)4.配筋要求(四類)

受壓區(qū)構(gòu)造鋼筋，殼體邊緣區(qū)域底部的受拉鋼筋，構(gòu)造鋼筋