薄壁結(jié)構(gòu)-1030課件

第5章

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)天津南美風(fēng)情酒店（水母酒店）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)澆施工時費工費摸料，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/a≤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：由一條豎向曲線沿另一條豎向曲線（母線）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發(fā)現(xiàn)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）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?！獔A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??；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)?？蚣芤凶銐騽偠取?.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c1）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c2）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c2）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c3）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c3）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59.13m2.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43.3m2.3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

3.3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*1.8m3.3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/a≤1/5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.