《建筑結(jié)構(gòu)選型》（第二版）課件第九章

1、第九章 薄殼結(jié)構(gòu)第一節(jié) 薄殼結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)第二節(jié) 薄殼的型式與曲面的關(guān)系第三節(jié) 圓頂薄殼第四節(jié) 圓柱形薄殼第五節(jié) 雙曲扁殼第六節(jié) 殼體結(jié)構(gòu)的建筑實(shí)例第七節(jié) 折板結(jié)構(gòu)第一節(jié) 薄殼結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)*.與平面結(jié)構(gòu)體系相比，空間結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)是什么？1）跨越更大的跨度；2) 組成富有造型特點(diǎn)的屋蓋型式*.與板相比，殼在受力上的優(yōu)點(diǎn)是什么？板以受彎為主，殼以受壓為主;受壓比受彎有利得多，尤其是多向受壓，處于空間工作狀態(tài)更加有利。雙向板兩向受彎，更能發(fā)揮材料的抗彎能力，跨度更大。*.薄殼必須具備的兩個(gè)條件是什么？1）曲面的2）剛性的*.薄殼的組成是什么？曲面的殼板和周邊的邊緣構(gòu)件。*.薄殼的

2、優(yōu)缺點(diǎn)是什么？1）優(yōu)點(diǎn)：材料省，很經(jīng)濟(jì)；自重小，為大跨度提供為利條件；曲板的曲面多樣化，為建筑造型提供豐富多彩創(chuàng)造條件。2）缺點(diǎn)：體型復(fù)雜，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)時(shí)費(fèi)工費(fèi)模料，施工不便；板厚太小，隔熱效果不好，長(zhǎng)期日曬雨淋容易開(kāi)裂；殼板天棚的曲面容易引起室內(nèi)聲音和混響，對(duì)音效果要求高的大會(huì)堂、體育館、影劇院等建筑不適宜采用。第二節(jié) 薄殼的型式與曲面的關(guān)系*.什么叫“形抵抗結(jié)構(gòu)”？將材料造成一定的形式從而獲得強(qiáng)度去承受荷載的結(jié)構(gòu)。薄殼結(jié)構(gòu)賴以獲得這種能力的“形”就是曲面，薄殼的結(jié)構(gòu)效能就是歸功于曲面的曲率和幾何特征。*.薄殼的型式有哪些？球面殼，圓柱殼，雙曲扁殼，幕結(jié)構(gòu)，折板結(jié)構(gòu)等。*.薄殼基本曲面的組成有哪

3、一些？旋轉(zhuǎn)曲面，平移曲面，直紋曲面，復(fù)雜曲面平移曲面一豎向曲線沿另一豎向曲線平移所成的曲面稱為平移曲面。如雙曲扁殼。一豎向曲線沿另一與之正交的水平直線平移即成圓柱殼。直紋曲面一段直線的兩端沿二固定曲線移動(dòng)形成的曲面叫直紋曲面。復(fù)雜曲面第三節(jié) 圓頂薄殼*.圓頂薄殼的受力特點(diǎn)是什么？1）殼體主要承受壓力，壓力沿整個(gè)球面擴(kuò)散均勻分布。2）邊緣構(gòu)件主要承受拉力和局部彎矩。*。圓頂薄殼的內(nèi)力狀態(tài)是什么？殼面的徑向和環(huán)向彎矩較小可以忽略。圓頂徑向受壓，環(huán)向上部受壓，下部可能受壓，也可能受拉。*。支座對(duì)圓頂薄殼的作用是什么？支座對(duì)圓頂殼面起箍的作用，所以支座環(huán)承受殼面邊緣傳來(lái)的推力，其截面內(nèi)力主要為拉力。由

4、于支座環(huán)對(duì)殼面邊緣變形的約束作用，殼面邊緣附近產(chǎn)生徑向的局部彎矩。*.圓頂薄殼邊緣構(gòu)件的作用是什么？對(duì)圓頂殼面起箍的作用，圓頂通過(guò)它擱在支承構(gòu)件上。立面上，常把斜拱或斜柱袒露而別具風(fēng)格*.平滑圓頂結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點(diǎn)是什么？ 1）鋼筋沿徑向及同心圓放置；2）徑向鋼筋隨圓頂周長(zhǎng)的減少而減少；3）厚度大于8cm時(shí)，放置兩層鋼筋。第四節(jié) 圓柱形薄殼*.圓柱形薄殼由哪幾個(gè)部分組成？殼板、邊梁和橫隔構(gòu)件。*.如何對(duì)圓柱頂薄殼的進(jìn)行分類？*.圓柱頂薄殼的殼板內(nèi)力有哪些？其中主要內(nèi)力是什么？1）軸力，順剪力;2）彎矩，橫剪力及扭矩-可忽略。3) 主要是軸力和順剪力-薄膜內(nèi)力。*。什么是無(wú)彎矩理論（薄膜理論）？?jī)H考

5、慮薄膜內(nèi)力的計(jì)算理論稱之為薄膜理論。相應(yīng)地，考慮彎曲內(nèi)力的計(jì)算理論稱之為彎曲理論。*。殼體中實(shí)現(xiàn)薄膜內(nèi)力狀態(tài)須滿足的條件是什么？*。計(jì)算殼筒使用的三種理論是什么*。短殼中板殼的構(gòu)造要求有哪些？*。長(zhǎng)殼的計(jì)算思路是什么？1）先計(jì)算支撐于橫隔上的梁。2）再計(jì)算拱圈。第五節(jié) 雙曲扁殼*.什么是雙曲扁殼？由殼板和四周邊的邊緣構(gòu)件組成。殼體的兩個(gè)互相垂直的平面上都有曲率。雙曲扁殼*.雙曲扁殼的受力特點(diǎn)是什么？橫隔構(gòu)件可以采用薄腹梁、拉桿拱、或拱形桁架，橫隔構(gòu)件的四個(gè)交接處應(yīng)連接可靠形成箍的作用以約束殼板的變形。橫隔構(gòu)件主要承受殼邊傳來(lái)的順剪力，殼板主要內(nèi)力為壓，壓應(yīng)力數(shù)值很小。內(nèi)力和配筋圖*.雙曲扁殼的

6、優(yōu)點(diǎn)是什么？1）受力合理，經(jīng)濟(jì)效果好。2）矢高偏小，可應(yīng)用于樓蓋上面。第六節(jié) 殼體結(jié)構(gòu)的建筑實(shí)例國(guó)家大劇院位于人民大會(huì)堂西側(cè)，由法國(guó)建筑師保羅安德魯主持設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方為法國(guó)巴黎機(jī)場(chǎng)公司占地 11.89萬(wàn)平方米，總建筑面積約 16.5萬(wàn)平方米，其中主體建筑 10.5萬(wàn)平方米，地下附屬設(shè)施 6萬(wàn)平方米。設(shè)有歌劇院、音樂(lè)廳、戲劇場(chǎng)以及藝術(shù)展廳、藝術(shù)交流中心、音像商店等配套設(shè)施，工程概算總投資 26.88億元，建設(shè)工期 4年。國(guó)家大劇院國(guó)家大劇院大劇院南部入口與北部入口“水下走廊”一起延伸至地下6m之處，觀眾通過(guò)水下長(zhǎng)廊進(jìn)入大劇院。國(guó)家大劇院國(guó)家大劇院整個(gè)殼體鋼結(jié)構(gòu)重達(dá)6475噸，是目前世界上最大的穹頂

7、。國(guó)家大劇院地下最深處為-32.5米，相當(dāng)于往地下挖了10層樓的深度，成為北京最深的建筑。國(guó)家大劇院主體建筑鋼結(jié)構(gòu)橢球體殼體(以下簡(jiǎn)稱:殼體)為一超大空間殼體，東西長(zhǎng)約212m，南北約144m，高約46m。悉尼歌劇院悉尼歌劇院項(xiàng)目概述：悉尼歌劇院是最能代表澳洲的建筑物，更可以說(shuō)是悉尼市的靈魂，并列于舉世文明的建筑物之列。悉尼歌劇院1959 年開(kāi)工以來(lái)，因?yàn)槭┕r(shí)數(shù)次延期，曾被人譏笑為 “ 未完成的交響曲 ” 。 悉尼歌劇院總體規(guī)劃和建筑布局：伍重對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)并不是信手粘來(lái)，而是絞盡腦汁才想出這個(gè)標(biāo)新立異的方案。他分析基地后看到班尼朗半島四面臨空，環(huán)境優(yōu)美，位于這里的歌劇院不僅要有東南西北四個(gè)漂亮

8、的立面，絕不能出現(xiàn)難看的背立面，而且還應(yīng)該有從上面看下來(lái)的第五個(gè)立面屋面的造型。倘若采用一般歌劇院的形式，則無(wú)法避免在舞臺(tái)上方設(shè)置一個(gè)方方正正 ，沉重封閉的舞臺(tái)臺(tái)箱，并且突出于整個(gè)劇院的最高處。所以他為未來(lái)的歌劇院設(shè)計(jì)了三組既像貝殼又像白帆的屋頂，并加上一個(gè)巨大的石頭基座以抬高建筑物和占領(lǐng)空間。悉尼歌劇院屋面造型悉尼歌劇院建筑的立面造型歌劇院的外觀造型奇特不凡。10個(gè)薄殼分成3組，第一組用4個(gè)薄殼覆蓋音樂(lè)廳，第二組用4個(gè)覆蓋歌劇廳，這兩個(gè)體形非常相似，但經(jīng)過(guò)了尺度縮小和旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度的構(gòu)圖處理。這樣不至于出現(xiàn)簡(jiǎn)單的重復(fù)，而各視線方向都很美觀，形成百舸爭(zhēng)流，千帆競(jìng)發(fā)的景象。第三組用2個(gè)背靠背的小薄

9、殼作為構(gòu)圖和空間的平衡，小薄殼下是餐廳。悉尼歌劇院屋頂是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的殼片，每一個(gè)殼片又劃分為一條條鋼筋混凝土的肋券。再分段預(yù)制，然后組成整體。每個(gè)殼片為同樣的曲率，即相當(dāng)于假想半徑為76米的圓形表面的一部分。 悉尼歌劇院殼片下懸掛鋼桁架，桁架下是天花板。歌劇院側(cè)翼為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。內(nèi)部墻壁一律用暗光的夾板鑲成，地板和天花板用本地出產(chǎn)的黃楊木和樺木制成。 德國(guó)漢諾威游泳館用兩個(gè)剪裁過(guò)的筒殼覆蓋在比賽廳和熱身池上。兩殼根據(jù)不同的空間需要，一大一小，一高一低，相對(duì)傾斜而對(duì)，兩殼之間的高差處理成豎向采光天窗。在采光、結(jié)構(gòu)和功能等各方面都取得十分新奇的效果。德國(guó)漢諾威游泳館日本大阪城會(huì)堂日建設(shè)計(jì)地處

10、緊臨老城城墻與護(hù)城河的公園中，屬史跡文物區(qū)和風(fēng)景區(qū)，巨大的建筑規(guī)模與特定環(huán)境風(fēng)貌保護(hù)存在著很大的矛盾。用地狹窄，難以分散展開(kāi)布置。因而與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)成為設(shè)計(jì)的重要主題。從建筑設(shè)計(jì)上，首先考慮降低建筑物的高度，在地下水位較高的情況下，仍把體量最高的比賽廳地面下沉了4.8米。盡可能消除了大型建筑產(chǎn)生的壓迫感。合理的屋蓋結(jié)構(gòu)選型對(duì)建筑的成功也起到了不可替代的作用。90120米的屋蓋結(jié)構(gòu)采用兩端球殼和中間筒殼(3590米)組合的形式，以高度4米的平面桁架相互組合成立體結(jié)構(gòu)，矢高只有短向跨度的1/10，周圈以拉環(huán)約束水平推力。完整、低緩的屋面結(jié)構(gòu)形態(tài)通過(guò)盡可能地隱藏自己而與環(huán)境對(duì)建筑形象的要求高度吻合

11、，取得理想的整體效果。廣州體育館建 筑 師保羅安德魯 作為城市和白云山自然保護(hù)區(qū)之間的一個(gè)過(guò)渡區(qū)域，建筑設(shè)計(jì)無(wú)論從形象上還是從體量上盡力保持自然的環(huán)境氛圍是恰當(dāng)?shù)姆桨溉∠颉Ｖ袠?biāo)方案中三個(gè)館都利用地段高差，采用把空間大幅度下沉的辦法，只把屋蓋和建筑入口所需要的立面高度暴露在地面之上，以盡量避免過(guò)大體量對(duì)自然景觀環(huán)境的破壞。三個(gè)館的屋蓋結(jié)構(gòu)形態(tài)都是由兩片從球殼上剪裁下來(lái)的拱殼組合而成，如同三個(gè)純粹幾何形態(tài)的圓形小山，呼應(yīng)著白云山的曲線形態(tài)，形成簡(jiǎn)捷單純的整體建筑形象。 第七節(jié) 折板結(jié)構(gòu)*.折板結(jié)構(gòu)的力學(xué)優(yōu)點(diǎn)是什么？*.折板受力分析的思路是什么？折板橫向計(jì)算簡(jiǎn)圖各板面之間的相互作用*.預(yù)制V形折板的

12、優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍是什么？無(wú)邊梁的折板結(jié)構(gòu)就是由V形折板和橫隔構(gòu)件組成。預(yù)制V形板常用預(yù)應(yīng)力配筋，它采用長(zhǎng)線迭層生產(chǎn)，能節(jié)約模板，制作方便。*.筒式折板結(jié)構(gòu)由哪幾部分構(gòu)成？由折板、邊梁和橫隔構(gòu)件三部分組成*.預(yù)制V形折板的基本尺寸是什么？*.筒式折板結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求有哪些？1. 波長(zhǎng)小于等于10-12米。2. 折板應(yīng)做成同樣的厚度，并且其傾角不宜大于30度。3. 折板的矢高一般不應(yīng)小于0.1倍的波長(zhǎng)。4. 矢高太小時(shí)，對(duì)邊緣構(gòu)件的水平作用力將會(huì)太大而不利。5. 橫隔構(gòu)件一般多用薄腹梁或框架梁。由于波長(zhǎng)受到限制，如果單波的尺寸不能滿足建筑要求，可采用多波式。*。折板的應(yīng)用與演變廣州歌劇院廣州歌劇院由

13、世界著名設(shè)計(jì)師扎哈哈迪德（英國(guó)）主持設(shè)計(jì)，位于珠江新城J4地塊。其外形如“圓潤(rùn)雙礫”，就像置于平緩山丘上的兩塊礫石，在珠江邊顯得十分特別。歌劇院建成后，將能滿足大型歌劇、芭蕾舞劇、大型綜合文藝演出的需要，成為廣州市的標(biāo)志性建筑。該工程總投資超過(guò)10億元，成為華南地區(qū)最高水平的藝術(shù)表演中心和廣州建設(shè)國(guó)際化大都市的標(biāo)志性建筑，成為與京、滬齊名的國(guó)內(nèi)三大歌劇院之一。歌劇院的主要結(jié)構(gòu)類型 -鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體建筑內(nèi)部是混凝土結(jié)構(gòu)，室內(nèi)為了塑造扎哈哈迪德最初表現(xiàn)圖立面展現(xiàn)出來(lái)的圓潤(rùn)感，采用一種西班牙出產(chǎn)的復(fù)合材料。外皮采用鋼材料的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。 建筑主體結(jié)構(gòu)為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，外墻、屋面及局部大空間采用鋼結(jié)構(gòu) 。歌劇院的主要結(jié)構(gòu)類型 -鋼結(jié)構(gòu)“大小石頭的部分外殼是由類似鳥(niǎo)巢的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成，兩者皆為屋蓋、幕墻一體化的結(jié)構(gòu)，整體性外殼最大長(zhǎng)度約120米，高度約43米。小石頭共有37個(gè)面，18個(gè)轉(zhuǎn)角，5