《第六章薄壁空间结构PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章薄壁空间结构PPT讲稿.ppt（60页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第六章薄壁空间结构第1页，共60页，编辑于2022年，星期三6.1概述概述6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 薄壳结构的概念薄壳结构的概念薄壳结构的概念薄壳结构的概念 概念概念概念概念 壳体结构一般是由上下两个几何曲面构成的空间薄壳体结构一般是由上下两个几何曲面构成的空间薄壁结构，也称曲面结构。壁结构，也称曲面结构。等厚壳：当厚度不随坐标位置的不同而改变时称为等厚壳。等厚壳：当厚度不随坐标位置的不同而改变时称为等厚壳。等厚壳：当厚度不随坐标位置的不同而改变时称为等厚壳。等厚壳：当厚度不随坐标位置的不同而改变时称为等厚壳。变厚壳：当厚度随坐标位置的不同而改变时称为变厚壳。变厚壳：当厚
2、度随坐标位置的不同而改变时称为变厚壳。变厚壳：当厚度随坐标位置的不同而改变时称为变厚壳。变厚壳：当厚度随坐标位置的不同而改变时称为变厚壳。薄壳：当厚度远小于壳体的最小曲率半径时，称为薄壳。薄壳：当厚度远小于壳体的最小曲率半径时，称为薄壳。薄壳：当厚度远小于壳体的最小曲率半径时，称为薄壳。薄壳：当厚度远小于壳体的最小曲率半径时，称为薄壳。厚壳厚壳厚壳厚壳 中厚壳中厚壳中厚壳中厚壳第2页，共60页，编辑于2022年，星期三形成形成 梁梁 平板平板 拱拱 薄壳（承受双向轴力和纯剪力）薄壳（承受双向轴力和纯剪力）有人称拱和薄壳结构是仿生结构。有人称拱和薄壳结构是仿生结构。梁：主要承受弯矩和剪力梁：主要
3、承受弯矩和剪力平板：主要承受力矩的作用平板：主要承受力矩的作用拱：主要承受轴力的作用拱：主要承受轴力的作用 薄壳：承受双向轴力和顺剪力薄壳：承受双向轴力和顺剪力第3页，共60页，编辑于2022年，星期三薄壳结构的受力：比拱式结构更具优越性，因为拱式结构只薄壳结构的受力：比拱式结构更具优越性，因为拱式结构只有在某种确定的荷载的作用下才有可能找到合理拱轴线，而薄壳有在某种确定的荷载的作用下才有可能找到合理拱轴线，而薄壳结构由于两个方向薄膜轴力和薄膜剪力的共同作用，可以在较大结构由于两个方向薄膜轴力和薄膜剪力的共同作用，可以在较大的范围内承受多种分布荷载而不致产生弯曲。的范围内承受多种分布荷载而不致
4、产生弯曲。特点：整体工作性能良好，内力比较均匀，是一种强度高、刚度大、特点：整体工作性能良好，内力比较均匀，是一种强度高、刚度大、材料省、既经济又合理的结构型式。材料省、既经济又合理的结构型式。第4页，共60页，编辑于2022年，星期三实例实例自然界中的薄壳实例：蛋壳、蚌壳、螺蛳壳、蜗牛先、脑壳及自然界中的薄壳实例：蛋壳、蚌壳、螺蛳壳、蜗牛先、脑壳及植物的果壳或种子等。植物的果壳或种子等。生活中的薄壳实例：乒乓球、罐、灯泡、安全帽、轮船、碗等。生活中的薄壳实例：乒乓球、罐、灯泡、安全帽、轮船、碗等。第5页，共60页，编辑于2022年，星期三 曲面的描述曲面的描述曲面的描述曲面的描述 1、等分壳
5、体各点厚度的几何曲面称为壳体的等分壳体各点厚度的几何曲面称为壳体的等分壳体各点厚度的几何曲面称为壳体的等分壳体各点厚度的几何曲面称为壳体的中曲面中曲面中曲面中曲面。2 2、曲面的高斯曲率：、曲面的高斯曲率：、曲面的高斯曲率：、曲面的高斯曲率：3 3、壳体的矢率、壳体的矢率、壳体的矢率、壳体的矢率 扁壳：当扁壳：当扁壳：当扁壳：当 时，可按扁壳结构计算。时，可按扁壳结构计算。时，可按扁壳结构计算。时，可按扁壳结构计算。陡壳陡壳陡壳陡壳 正高斯曲率正高斯曲率正高斯曲率正高斯曲率 零高斯曲率零高斯曲率零高斯曲率零高斯曲率 负高斯曲率负高斯曲率负高斯曲率负高斯曲率 第6页，共60页，编辑于2022年，
6、星期三6.1.2 6.1.2 薄壳结构的曲面形式薄壳结构的曲面形式薄壳结构的曲面形式薄壳结构的曲面形式薄壳结构中曲面的几何形式，按其形成的特点可以分为以下几类：薄壳结构中曲面的几何形式，按其形成的特点可以分为以下几类：薄壳结构中曲面的几何形式，按其形成的特点可以分为以下几类：薄壳结构中曲面的几何形式，按其形成的特点可以分为以下几类：旋转曲面：旋转曲面：旋转曲面：旋转曲面：由一条平面曲线绕着该平面内某一给定的直线旋转一周所由一条平面曲线绕着该平面内某一给定的直线旋转一周所由一条平面曲线绕着该平面内某一给定的直线旋转一周所由一条平面曲线绕着该平面内某一给定的直线旋转一周所形成的曲面称为旋转曲面。由
7、于母线形状的不同，旋转壳又可分为球形成的曲面称为旋转曲面。由于母线形状的不同，旋转壳又可分为球形成的曲面称为旋转曲面。由于母线形状的不同，旋转壳又可分为球形成的曲面称为旋转曲面。由于母线形状的不同，旋转壳又可分为球形壳、椭球壳、抛物球壳、双曲球壳、圆柱壳、锥形壳等。形壳、椭球壳、抛物球壳、双曲球壳、圆柱壳、锥形壳等。形壳、椭球壳、抛物球壳、双曲球壳、圆柱壳、锥形壳等。形壳、椭球壳、抛物球壳、双曲球壳、圆柱壳、锥形壳等。第7页，共60页，编辑于2022年，星期三旋转曲面：旋转曲面：旋转曲面：旋转曲面：第8页，共60页，编辑于2022年，星期三 平移曲面：平移曲面：平移曲面：平移曲面：由一条竖向曲
8、线作母线沿着另一竖向曲线由一条竖向曲线作母线沿着另一竖向曲线由一条竖向曲线作母线沿着另一竖向曲线由一条竖向曲线作母线沿着另一竖向曲线(导线导线导线导线)平行移动所形平行移动所形平行移动所形平行移动所形成的曲面称为平移曲面。常见的平移曲面有椭圆抛物面和双曲抛物面，所成的曲面称为平移曲面。常见的平移曲面有椭圆抛物面和双曲抛物面，所成的曲面称为平移曲面。常见的平移曲面有椭圆抛物面和双曲抛物面，所成的曲面称为平移曲面。常见的平移曲面有椭圆抛物面和双曲抛物面，所形成的壳体称为椭圆抛物壳和双曲抛物壳。形成的壳体称为椭圆抛物壳和双曲抛物壳。形成的壳体称为椭圆抛物壳和双曲抛物壳。形成的壳体称为椭圆抛物壳和双曲
9、抛物壳。椭圆抛物面椭圆抛物面椭圆抛物面椭圆抛物面双曲抛物面双曲抛物面双曲抛物面双曲抛物面第9页，共60页，编辑于2022年，星期三 直纹曲面：直纹曲面：直纹曲面：直纹曲面：由一段直线由一段直线由一段直线由一段直线(母线母线母线母线)的两端分别沿两固定曲线的两端分别沿两固定曲线的两端分别沿两固定曲线的两端分别沿两固定曲线(导线导线导线导线)移移移移 动所形成的曲面叫直纹曲面，房屋建筑中常用的直纹曲面有柱形动所形成的曲面叫直纹曲面，房屋建筑中常用的直纹曲面有柱形动所形成的曲面叫直纹曲面，房屋建筑中常用的直纹曲面有柱形动所形成的曲面叫直纹曲面，房屋建筑中常用的直纹曲面有柱形 曲面、劈锥曲面、扭曲面等
10、。曲面、劈锥曲面、扭曲面等。曲面、劈锥曲面、扭曲面等。曲面、劈锥曲面、扭曲面等。第10页，共60页，编辑于2022年，星期三双曲抛物面的形成双曲抛物面的形成双曲抛物面的形成双曲抛物面的形成P导平面导平面直导线直导线直导线直导线直母线直母线第11页，共60页，编辑于2022年，星期三6.1.3 6.1.3 薄壳结构的内力薄壳结构的内力薄壳结构的内力薄壳结构的内力一般的壳体结构，内力有一般的壳体结构，内力有8对：正向力对：正向力 、；顺剪力；顺剪力 ；横剪力；横剪力 、；弯矩；弯矩 、；以及扭矩；以及扭矩 。理想的薄膜内力：正向力理想的薄膜内力：正向力 、；顺剪力；顺剪力 。第12页，共60页，编
11、辑于2022年，星期三6.1.4 薄壳结构的施工薄壳结构的施工薄壳结构的施工薄壳结构的施工 混凝土壳体混凝土壳体混凝土壳体混凝土壳体 1 1、现浇混凝土壳体、现浇混凝土壳体、现浇混凝土壳体、现浇混凝土壳体 2 2、预制单元、高空装配成整体壳体、预制单元、高空装配成整体壳体、预制单元、高空装配成整体壳体、预制单元、高空装配成整体壳体 3 3、地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升、地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升、地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升、地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升 4 4、装配整体式叠合壳体、装配整体式叠合壳体、装配整体式叠合壳体、装配整体式叠合壳体 5 5、采用柔模喷
12、涂成壳、采用柔模喷涂成壳、采用柔模喷涂成壳、采用柔模喷涂成壳 预应力结构预应力结构预应力结构预应力结构 预应力钢筋布置在横隔、侧边构件及其衔接的壳板受拉区、旋转壳的支座环、预应力钢筋布置在横隔、侧边构件及其衔接的壳板受拉区、旋转壳的支座环、预应力钢筋布置在横隔、侧边构件及其衔接的壳板受拉区、旋转壳的支座环、预应力钢筋布置在横隔、侧边构件及其衔接的壳板受拉区、旋转壳的支座环、拉杆、结构的支座部分，以及最大剪力作用区。拉杆、结构的支座部分，以及最大剪力作用区。拉杆、结构的支座部分，以及最大剪力作用区。拉杆、结构的支座部分，以及最大剪力作用区。第13页，共60页，编辑于2022年，星期三6.2圆顶圆
13、顶圆顶是正高斯曲率的旋转曲面壳。根据建筑设计的要求，圆顶是正高斯曲率的旋转曲面壳。根据建筑设计的要求，圆顶是正高斯曲率的旋转曲面壳。根据建筑设计的要求，圆顶是正高斯曲率的旋转曲面壳。根据建筑设计的要求，圆顶的形式可采用球面壳、椭球面及旋转抛物面壳等。圆顶的形式可采用球面壳、椭球面及旋转抛物面壳等。圆顶的形式可采用球面壳、椭球面及旋转抛物面壳等。圆顶的形式可采用球面壳、椭球面及旋转抛物面壳等。6.2.1 6.2.1 圆顶结构的组成圆顶结构的组成圆顶结构的组成圆顶结构的组成 壳身平滑圆顶、肋形圆顶和多面圆顶壳身平滑圆顶、肋形圆顶和多面圆顶壳身平滑圆顶、肋形圆顶和多面圆顶壳身平滑圆顶、肋形圆顶和多面
14、圆顶支座环支座环支承结构支承结构第14页，共60页，编辑于2022年，星期三 壳身平滑圆顶（壳身平滑圆顶（壳身平滑圆顶（壳身平滑圆顶（a)a)、肋形圆顶（、肋形圆顶（、肋形圆顶（、肋形圆顶（b b）和多面圆顶（）和多面圆顶（）和多面圆顶（）和多面圆顶（c c）第15页，共60页，编辑于2022年，星期三 支座环支座环支座环支座环支座环的截面形式支座环的截面形式支座环的截面形式支座环的截面形式第16页，共60页，编辑于2022年，星期三支承结构支承结构（1 1）通过支座环支承在房屋的竖向构件上（）通过支座环支承在房屋的竖向构件上（）通过支座环支承在房屋的竖向构件上（）通过支座环支承在房屋的竖向构
15、件上（a a）（2 2）支承在斜柱或斜拱上（）支承在斜柱或斜拱上（）支承在斜柱或斜拱上（）支承在斜柱或斜拱上（b b、C C、d d）（3 3）支承在框架上（）支承在框架上（）支承在框架上（）支承在框架上（e e）（4 4）直接落地并支承在基础上（）直接落地并支承在基础上（）直接落地并支承在基础上（）直接落地并支承在基础上（f f）第17页，共60页，编辑于2022年，星期三6.2.2 6.2.2 圆顶的受力特点圆顶的受力特点圆顶的受力特点圆顶的受力特点 1.1.破坏形态破坏形态破坏形态破坏形态 球壳在均布竖向荷载作用下，在上部承受环向压力，而球壳在均布竖向荷载作用下，在上部承受环向压力，而球
16、壳在均布竖向荷载作用下，在上部承受环向压力，而球壳在均布竖向荷载作用下，在上部承受环向压力，而在下部承受环向拉力。由于砖砌体或混凝土的抗拉强度极低，在下部承受环向拉力。由于砖砌体或混凝土的抗拉强度极低，在下部承受环向拉力。由于砖砌体或混凝土的抗拉强度极低，在下部承受环向拉力。由于砖砌体或混凝土的抗拉强度极低，故往往在圆顶的下部沿径向出现多条裂缝。故往往在圆顶的下部沿径向出现多条裂缝。故往往在圆顶的下部沿径向出现多条裂缝。故往往在圆顶的下部沿径向出现多条裂缝。支座环的边框作用相当于拉杆对拱的作用。支座环的边框作用相当于拉杆对拱的作用。支座环的边框作用相当于拉杆对拱的作用。支座环的边框作用相当于拉
17、杆对拱的作用。第18页，共60页，编辑于2022年，星期三6.2.2 6.2.2 圆顶的受力特点圆顶的受力特点圆顶的受力特点圆顶的受力特点 2.2.薄膜内力：经向轴力薄膜内力：经向轴力薄膜内力：经向轴力薄膜内力：经向轴力N1N1；环向轴力；环向轴力；环向轴力；环向轴力N2N2 （a）圆顶受力破坏示意）圆顶受力破坏示意（b）法向应力状态）法向应力状态（c）环向应力状态）环向应力状态（d）壳面单元体中的主要内力）壳面单元体中的主要内力第19页，共60页，编辑于2022年，星期三 3.3.支座环的受力支座环的受力支座环的受力支座环的受力：壳身边缘传来的推力；支座环的拉力：壳身边缘传来的推力；支座环的
18、拉力（a）支座环的拉力作用）支座环的拉力作用（b）壳面边缘径向弯矩及构）壳面边缘径向弯矩及构造造第20页，共60页，编辑于2022年，星期三6.2.3 6.2.3 圆顶的结构构造圆顶的结构构造1.1.壳板厚度：壳板厚度：壳板厚度：壳板厚度：t/Rt/R为为为为1/6001/6002.2.壳板配筋：壳板配筋：壳板配筋：壳板配筋：受压区域及主拉应力小于混凝土抗拉强度的受拉区域：最小配筋率受压区域及主拉应力小于混凝土抗拉强度的受拉区域：最小配筋率受压区域及主拉应力小于混凝土抗拉强度的受拉区域：最小配筋率受压区域及主拉应力小于混凝土抗拉强度的受拉区域：最小配筋率0.200.20；主拉应力大于混凝土抗拉
19、强度的受拉区域，按计算配筋。；主拉应力大于混凝土抗拉强度的受拉区域，按计算配筋。；主拉应力大于混凝土抗拉强度的受拉区域，按计算配筋。；主拉应力大于混凝土抗拉强度的受拉区域，按计算配筋。3.3.壳板边缘构造壳板边缘构造壳板边缘构造壳板边缘构造支座边缘的约束弯矩及配筋构造图支座边缘的约束弯矩及配筋构造图支座边缘的约束弯矩及配筋构造图支座边缘的约束弯矩及配筋构造图第21页，共60页，编辑于2022年，星期三4.4.支座环梁环梁预应力筋布置（右图）支座环梁环梁预应力筋布置（右图）支座环梁环梁预应力筋布置（右图）支座环梁环梁预应力筋布置（右图）5.5.壳顶开洞内环梁与壳板的连接（下图）壳顶开洞内环梁与壳
20、板的连接（下图）壳顶开洞内环梁与壳板的连接（下图）壳顶开洞内环梁与壳板的连接（下图）6.6.装配整体式圆顶结构预制单元的划分装配整体式圆顶结构预制单元的划分装配整体式圆顶结构预制单元的划分装配整体式圆顶结构预制单元的划分第22页，共60页，编辑于2022年，星期三 6.2.4 6.2.4 结构实例结构实例结构实例结构实例1.1.罗马小体育宫罗马小体育宫罗马小体育宫罗马小体育宫 2.2.大阪市中央体育馆大阪市中央体育馆大阪市中央体育馆大阪市中央体育馆 第23页，共60页，编辑于2022年，星期三罗马小体育宫罗马小体育宫所所所所 在在在在 地：大坂市港区田中地：大坂市港区田中地：大坂市港区田中地：
21、大坂市港区田中3 3丁目丁目丁目丁目建造时间：建造时间：建造时间：建造时间：19561956年年年年19571957年年年年建筑设计：意大利建筑师建筑设计：意大利建筑师建筑设计：意大利建筑师建筑设计：意大利建筑师A.A.维泰洛齐维泰洛齐维泰洛齐维泰洛齐结构设计：结构设计：结构设计：结构设计：P.L.P.L.奈尔维奈尔维奈尔维奈尔维 结构类别：结构类别：结构类别：结构类别：上部结构：预应力混凝土球形壳体上部结构：预应力混凝土球形壳体上部结构：预应力混凝土球形壳体上部结构：预应力混凝土球形壳体建筑平面：圆形，直径建筑平面：圆形，直径建筑平面：圆形，直径建筑平面：圆形，直径60m60m第24页，共6
22、0页，编辑于2022年，星期三罗马小体育宫罗马小体育宫罗马小体育宫罗马小体育宫结构组成结构组成结构组成结构组成球球球球 顶：由顶：由顶：由顶：由16201620块用钢丝网水泥预制的菱形槽板拼装而成，块用钢丝网水泥预制的菱形槽板拼装而成，块用钢丝网水泥预制的菱形槽板拼装而成，块用钢丝网水泥预制的菱形槽板拼装而成，板间布置钢筋现浇成板间布置钢筋现浇成板间布置钢筋现浇成板间布置钢筋现浇成“肋肋肋肋”，上面浇混凝土，上面浇混凝土，上面浇混凝土，上面浇混凝土小圆盖：球顶上部开洞小圆盖：球顶上部开洞小圆盖：球顶上部开洞小圆盖：球顶上部开洞斜斜斜斜 撑：撑：撑：撑：3636个个个个“丫丫丫丫”形斜撑形斜撑形
23、斜撑形斜撑“腰腰腰腰 带带带带”：附属用房的屋盖，兼作连系梁：附属用房的屋盖，兼作连系梁：附属用房的屋盖，兼作连系梁：附属用房的屋盖，兼作连系梁第25页，共60页，编辑于2022年，星期三大坂市中央体育馆大坂市中央体育馆所所所所 在在在在 地：大坂市港区田中地：大坂市港区田中地：大坂市港区田中地：大坂市港区田中3 3丁目丁目丁目丁目设计时间：设计时间：设计时间：设计时间：19921992年年年年8 8月月月月19931993年年年年5 5月月月月施工时间：施工时间：施工时间：施工时间：19931993年年年年6 6月月月月19961996年年年年5 5月月月月设计监理：大坂市都市整备局营运部设
24、计监理：大坂市都市整备局营运部设计监理：大坂市都市整备局营运部设计监理：大坂市都市整备局营运部施工企业：大林施工企业：大林施工企业：大林施工企业：大林西松西松西松西松 浅沼建设共同体浅沼建设共同体浅沼建设共同体浅沼建设共同体结构类别：基础：现场灌注混凝土桩，现场结构类别：基础：现场灌注混凝土桩，现场结构类别：基础：现场灌注混凝土桩，现场结构类别：基础：现场灌注混凝土桩，现场 灌注混凝土连续墙灌注混凝土连续墙灌注混凝土连续墙灌注混凝土连续墙 上部结构：预应力混凝土球形壳体上部结构：预应力混凝土球形壳体上部结构：预应力混凝土球形壳体上部结构：预应力混凝土球形壳体建筑面积：建筑面积：建筑面积：建筑面
25、积：38425m38425m2 2第26页，共60页，编辑于2022年，星期三大坂市中央体育馆鸟阚图大坂市中央体育馆鸟阚图大坂市中央体育馆鸟阚图大坂市中央体育馆鸟阚图第27页，共60页，编辑于2022年，星期三大大大大坂坂坂坂市市市市中中中中央央央央体体体体育育育育馆馆馆馆平平平平面面面面图图图图第28页，共60页，编辑于2022年，星期三大大大大坂坂坂坂市市市市中中中中央央央央体体体体育育育育馆馆馆馆剖剖剖剖面面面面图图图图第29页，共60页，编辑于2022年，星期三6.3筒壳筒壳筒壳是单向曲率的薄壳，零高斯曲率壳筒壳是单向曲率的薄壳，零高斯曲率壳筒壳是单向曲率的薄壳，零高斯曲率壳筒壳是单向
26、曲率的薄壳，零高斯曲率壳。6.3.1 6.3.1 筒壳结构的组成筒壳结构的组成筒壳结构的组成筒壳结构的组成 壳身壳身侧边构件（波长）侧边构件（波长）横隔（跨度）横隔（跨度）第30页，共60页，编辑于2022年，星期三侧边构件（波长）侧边构件（波长）作用：作为受拉区；提供刚度；作用：作为受拉区；提供刚度；型式：型式：5种种 第31页，共60页，编辑于2022年，星期三 横隔（跨度）横隔（跨度）功能：承受顺剪力，将内力传到下部结构功能：承受顺剪力，将内力传到下部结构型式：型式：5种种 第32页，共60页，编辑于2022年，星期三6.3.2 6.3.2 筒壳的受力特点筒壳的受力特点筒壳的受力特点筒壳
27、的受力特点 1.1.当当当当 时；为长壳：按梁理论计算时；为长壳：按梁理论计算时；为长壳：按梁理论计算时；为长壳：按梁理论计算 2.2.当当当当 时；为短壳：按照薄膜理论计算时；为短壳：按照薄膜理论计算时；为短壳：按照薄膜理论计算时；为短壳：按照薄膜理论计算 3.3.当当当当 时；为中长壳：薄壳，半弯矩理论计算时；为中长壳：薄壳，半弯矩理论计算时；为中长壳：薄壳，半弯矩理论计算时；为中长壳：薄壳，半弯矩理论计算 4.4.横隔：按偏心受拉构件设计横隔：按偏心受拉构件设计横隔：按偏心受拉构件设计横隔：按偏心受拉构件设计 第33页，共60页，编辑于2022年，星期三6.3.3 6.3.3 筒壳的结构
28、构造筒壳的结构构造筒壳的结构构造筒壳的结构构造1.1.短壳：短壳：短壳：短壳：，与配筋按构造与配筋按构造与配筋按构造与配筋按构造2.2.长壳：长壳：长壳：长壳：，；可取可取可取可取 ，配，配，配，配筋按计算确定筋按计算确定筋按计算确定筋按计算确定3.3.天窗孔的布置天窗孔的布置天窗孔的布置天窗孔的布置4.4.装配整体式圆柱面筒壳装配整体式圆柱面筒壳装配整体式圆柱面筒壳装配整体式圆柱面筒壳第34页，共60页，编辑于2022年，星期三巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼E厅厅所所所所 在在在在 地：巴黎地：巴黎地：巴黎地：巴黎建造时间：建造时间：建造时间：建造时间：19921992年年
29、年年建筑设计：保罗建筑设计：保罗建筑设计：保罗建筑设计：保罗 安德鲁安德鲁安德鲁安德鲁结构设计：结构设计：结构设计：结构设计：结构类别：结构类别：结构类别：结构类别：上部结构：混凝土筒壳上部结构：混凝土筒壳上部结构：混凝土筒壳上部结构：混凝土筒壳 6.3.4 6.3.4 结构实例结构实例结构实例结构实例 第35页，共60页，编辑于2022年，星期三巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼E E厅厅厅厅结构组成：登机楼为一预制系统，结构组成：登机楼为一预制系统，结构组成：登机楼为一预制系统，结构组成：登机楼为一预制系统，4m4m4m4m宽的
30、基本单元依次就位并装配到一宽的基本单元依次就位并装配到一宽的基本单元依次就位并装配到一宽的基本单元依次就位并装配到一起。起。起。起。40cm40cm40cm40cm厚的混凝土壳承受压力。而钢制的弧形肋受拉。两种结构厚的混凝土壳承受压力。而钢制的弧形肋受拉。两种结构厚的混凝土壳承受压力。而钢制的弧形肋受拉。两种结构厚的混凝土壳承受压力。而钢制的弧形肋受拉。两种结构之间的距离取决于角动量。双层透明玻璃组成的玻璃表面可以保证之间的距离取决于角动量。双层透明玻璃组成的玻璃表面可以保证之间的距离取决于角动量。双层透明玻璃组成的玻璃表面可以保证之间的距离取决于角动量。双层透明玻璃组成的玻璃表面可以保证水密
31、性，以两层结构之间的钢制弧形肋条为支撑。窗格很窄，仅有水密性，以两层结构之间的钢制弧形肋条为支撑。窗格很窄，仅有水密性，以两层结构之间的钢制弧形肋条为支撑。窗格很窄，仅有水密性，以两层结构之间的钢制弧形肋条为支撑。窗格很窄，仅有1m1m1m1m高，拼成的折面非常接近曲面的效果。高，拼成的折面非常接近曲面的效果。高，拼成的折面非常接近曲面的效果。高，拼成的折面非常接近曲面的效果。第36页，共60页，编辑于2022年，星期三巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼E E厅厅厅厅第37页，共60页，编辑于2022年，星期三巴黎戴高乐机场第二空港
32、楼巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼E E厅厅厅厅坍塌报告主要结论：坍塌报告主要结论：1.1.混凝土顶棚钢筋承载力不足；混凝土顶棚钢筋承载力不足；2.2.缺少补充支撑体系，也就是缺少在主体结构超出承受力时缺少补充支撑体系，也就是缺少在主体结构超出承受力时能够将力传递到其他结构部位的可能性。能够将力传递到其他结构部位的可能性。3.3.大梁承载力不足，为了通过通风管道，大梁每隔四米被通风大梁承载力不足，为了通过通风管道，大梁每隔四米被通风管道穿过，从而削弱了大梁的承载力；管道穿过，从而削弱了大梁的承载力；4.4.连接混凝土顶棚和玻璃屋面的金属杆过于嵌入混凝土，
33、而使连接混凝土顶棚和玻璃屋面的金属杆过于嵌入混凝土，而使顶棚承受力削弱。顶棚承受力削弱。根据调查报告，事故的发生可以推论为，混凝土顶棚首先断裂，根据调查报告，事故的发生可以推论为，混凝土顶棚首先断裂，由于钢筋承载力和大梁承载力均不足，最终导致整个钢筋混凝土结由于钢筋承载力和大梁承载力均不足，最终导致整个钢筋混凝土结构体系的瓦解。构体系的瓦解。第38页，共60页，编辑于2022年，星期三巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼E E厅厅厅厅第39页，共60页，编辑于2022年，星期三巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼巴黎戴高乐
34、机场第二空港楼巴黎戴高乐机场第二空港楼E E厅厅厅厅第40页，共60页，编辑于2022年，星期三6.4折板折板是若干薄板以一定的角度连接成整体的空间结构体系折板是若干薄板以一定的角度连接成整体的空间结构体系折板是若干薄板以一定的角度连接成整体的空间结构体系折板是若干薄板以一定的角度连接成整体的空间结构体系 6.4.1 6.4.1 折板结构的组成折板结构的组成 折板圆弧形；椭圆形；其他形状折板圆弧形；椭圆形；其他形状 1.无边梁、有边梁（无边梁、有边梁（4种型式）种型式）2.现浇整体式、预制装配式及装配整体式现浇整体式、预制装配式及装配整体式 边梁一般为矩形截面梁，边梁一般为矩形截面梁，B取取2
35、4 横隔型式：与筒壳中的横隔相同。横隔型式：与筒壳中的横隔相同。常采用折板下梁或三角形框架梁的型式常采用折板下梁或三角形框架梁的型式 第41页，共60页，编辑于2022年，星期三6.4.2 折板的受力特点折板的受力特点 当当当当 时；长折板：纵横方向时；长折板：纵横方向时；长折板：纵横方向时；长折板：纵横方向 1.1.纵向，取一个波长为计算单元纵向，取一个波长为计算单元纵向，取一个波长为计算单元纵向，取一个波长为计算单元 2.2.横向，取横向，取横向，取横向，取1m1m板带按多跨连续梁板计算板带按多跨连续梁板计算板带按多跨连续梁板计算板带按多跨连续梁板计算 当当当当 时；为短折板，受力计算同短
36、壳；工程中不多见。时；为短折板，受力计算同短壳；工程中不多见。时；为短折板，受力计算同短壳；工程中不多见。时；为短折板，受力计算同短壳；工程中不多见。横隔：横隔：横隔：横隔：沿折板平面内的顺剪力，与筒壳结构相似沿折板平面内的顺剪力，与筒壳结构相似 第42页，共60页，编辑于2022年，星期三6.4.3 折板的结构构造折板的结构构造折板的结构构造折板的结构构造1.1.不大于不大于不大于不大于100mm100mm，不宜大于不宜大于不宜大于不宜大于3 33.5m3.5m，一般取（一般取（一般取（一般取（0.250.250.40.4）2.2.折板型式的主要参数：倾角折板型式的主要参数：倾角折板型式的主
37、要参数：倾角折板型式的主要参数：倾角 、高跨比、高跨比、高跨比、高跨比 、。1.1.3.3.配筋配筋配筋配筋 2.2.4.4.装配整体式装配整体式装配整体式装配整体式V V形折板形折板形折板形折板 第43页，共60页，编辑于2022年，星期三 6.4.4 6.4.4 结构实例结构实例1.巴黎联合国教科文组织总部会议大厅巴黎联合国教科文组织总部会议大厅：采用两跨连续的折板刚架：采用两跨连续的折板刚架结构。大厅两边支座为折板墙，中间支座为支承于结构。大厅两边支座为折板墙，中间支座为支承于6根柱子上根柱子上的大梁。的大梁。2.2.美国伊利诺大学会堂：美国伊利诺大学会堂：美国伊利诺大学会堂：美国伊利诺
38、大学会堂：平面呈圆形，直径平面呈圆形，直径平面呈圆形，直径平面呈圆形，直径132m132m，屋顶为预应力混，屋顶为预应力混，屋顶为预应力混，屋顶为预应力混凝土折板组成的圆顶，由凝土折板组成的圆顶，由凝土折板组成的圆顶，由凝土折板组成的圆顶，由4848块同样形状的膨胀页岩轻混凝土折板拼块同样形状的膨胀页岩轻混凝土折板拼块同样形状的膨胀页岩轻混凝土折板拼块同样形状的膨胀页岩轻混凝土折板拼装而成，形成装而成，形成装而成，形成装而成，形成2424对折板拱。拱脚水平推力由预应力圈梁承受。对折板拱。拱脚水平推力由预应力圈梁承受。对折板拱。拱脚水平推力由预应力圈梁承受。对折板拱。拱脚水平推力由预应力圈梁承受
39、。折板结构既可作为梁板合一的构件，又可作为墙柱合一的构件。折板结构既可作为梁板合一的构件，又可作为墙柱合一的构件。折板结构既可作为梁板合一的构件，又可作为墙柱合一的构件。折板结构既可作为梁板合一的构件，又可作为墙柱合一的构件。第44页，共60页，编辑于2022年，星期三6.5双曲扁壳双曲扁壳 双曲扁壳是正高斯曲率的椭圆线平移曲面双曲扁壳是正高斯曲率的椭圆线平移曲面双曲扁壳是正高斯曲率的椭圆线平移曲面双曲扁壳是正高斯曲率的椭圆线平移曲面。6.5.1 6.5.1 双曲扁壳的结构组成双曲扁壳的结构组成双曲扁壳的结构组成双曲扁壳的结构组成 壳身壳身 1.光面、带肋光面、带肋 2.单波，双波单波，双波
40、周边竖直的边缘构件周边竖直的边缘构件 形式：形式：1.带拉杆的拱或拱形桁架带拉杆的拱或拱形桁架 2.薄腹梁薄腹梁 3.曲梁或曲线形圈梁曲梁或曲线形圈梁 第45页，共60页，编辑于2022年，星期三双曲扁壳的结构组成双曲扁壳的结构组成第46页，共60页，编辑于2022年，星期三6.5.2 双曲扁壳的受力特点双曲扁壳的受力特点双曲扁壳的受力特点双曲扁壳的受力特点 壳身壳身壳身壳身 1.1.薄膜内力为主，薄膜内力为主，薄膜内力为主，薄膜内力为主，2.2.边缘附近要考虑曲面外弯矩作用边缘附近要考虑曲面外弯矩作用边缘附近要考虑曲面外弯矩作用边缘附近要考虑曲面外弯矩作用 边缘构件边缘构件边缘构件边缘构件
41、1.1.顺剪力顺剪力顺剪力顺剪力S S，与筒壳结构相同，与筒壳结构相同，与筒壳结构相同，与筒壳结构相同第47页，共60页，编辑于2022年，星期三6.5.3 6.5.3 双曲扁壳的结构构造双曲扁壳的结构构造双曲扁壳的结构构造双曲扁壳的结构构造1.f/b1.f/b不大于不大于不大于不大于1/5,K1/K2,a/b1/5,K1/K2,a/b不大于不大于不大于不大于2 22.2.倾斜放置时倾斜放置时倾斜放置时倾斜放置时,倾角不超过倾角不超过倾角不超过倾角不超过1010度度度度3.3.边缘构件为拱式结构边缘构件为拱式结构边缘构件为拱式结构边缘构件为拱式结构4.4.配筋要求配筋要求配筋要求配筋要求(四类
42、四类四类四类)受压区构造钢筋，壳体边缘区域底部的受拉钢筋，构造钢筋，角偶区承受主拉应受压区构造钢筋，壳体边缘区域底部的受拉钢筋，构造钢筋，角偶区承受主拉应力的斜向钢筋或钢筋网。力的斜向钢筋或钢筋网。第48页，共60页，编辑于2022年，星期三 6.5.4 6.5.4 结构实例结构实例结构实例结构实例1.1.北京火车站（北京火车站（北京火车站（北京火车站（19561956年）：中央大厅的顶盖和检票口通廊的顶盖年）：中央大厅的顶盖和检票口通廊的顶盖年）：中央大厅的顶盖和检票口通廊的顶盖年）：中央大厅的顶盖和检票口通廊的顶盖就是双曲扁壳。就是双曲扁壳。就是双曲扁壳。就是双曲扁壳。中央大厅顶盖薄壳中央
43、大厅顶盖薄壳中央大厅顶盖薄壳中央大厅顶盖薄壳的平面为的平面为的平面为的平面为35m35m35m35m，矢高为，矢高为，矢高为，矢高为7m7m，壳身厚度仅，壳身厚度仅，壳身厚度仅，壳身厚度仅80mm80mm。检票口通廊检票口通廊检票口通廊检票口通廊上也一连间隔地用了五个双曲扁壳，中间的平上也一连间隔地用了五个双曲扁壳，中间的平上也一连间隔地用了五个双曲扁壳，中间的平上也一连间隔地用了五个双曲扁壳，中间的平面为面为面为面为21.5m21.5m21.5m21.5m，两侧的四个平面为，两侧的四个平面为，两侧的四个平面为，两侧的四个平面为16.5m16.5m16.5m16.5m，矢高为，矢高为，矢高为，
44、矢高为3.3m3.3m，壳身厚度为，壳身厚度为，壳身厚度为，壳身厚度为60mm60mm。边缘构件为两铰拱。边缘构件为两铰拱。边缘构件为两铰拱。边缘构件为两铰拱。2.北京网球馆北京网球馆第49页，共60页，编辑于2022年，星期三6.6双曲抛物面扭壳双曲抛物面扭壳 双曲抛物面扭壳是双曲抛物面截取的直纹曲面双曲抛物面扭壳是双曲抛物面截取的直纹曲面双曲抛物面扭壳是双曲抛物面截取的直纹曲面双曲抛物面扭壳是双曲抛物面截取的直纹曲面。双曲抛物面扭壳双曲抛物面扭壳双曲抛物面扭壳双曲抛物面扭壳第50页，共60页，编辑于2022年，星期三6.6.1 结构的组成结构的组成 壳板壳板 1.双倾单块双倾单块 2.单倾
45、单块单倾单块 3.组合型组合型 边缘构件边缘构件 形式：形式：1.三角形桁架三角形桁架 2.拉杆人字架拉杆人字架 第51页，共60页，编辑于2022年，星期三6.6.2 6.6.2 双曲抛物面扭壳的受力特点双曲抛物面扭壳的受力特点双曲抛物面扭壳的受力特点双曲抛物面扭壳的受力特点 四坡屋顶四坡屋顶四坡屋顶四坡屋顶 ：三角形桁架受力：三角形桁架受力：三角形桁架受力：三角形桁架受力 单块扭壳：对角线方向的推力单块扭壳：对角线方向的推力单块扭壳：对角线方向的推力单块扭壳：对角线方向的推力 落地扭壳：边框推力落地扭壳：边框推力落地扭壳：边框推力落地扭壳：边框推力第52页，共60页，编辑于2022年，星期
46、三6.6.3 结构构造结构构造1 1、a/ba/b为为为为1 12 2，单倾单块单倾单块单倾单块单倾单块f/bf/b为为为为1/21/21/4 1/4 双倾单块双倾单块双倾单块双倾单块f/bf/b为为为为1/21/21/81/8组合型组合型组合型组合型f/2bf/2b为为为为1/41/41/81/82 2、配筋、配筋、配筋、配筋第53页，共60页，编辑于2022年，星期三 6.7 曲面的切割、组合与工程实例曲面的切割、组合与工程实例 曲面的切割与组合，是设计好曲面结构的重要手段。通过曲曲面的切割与组合，是设计好曲面结构的重要手段。通过曲面的切割与组合，几乎可以满足任意平面形式和各种奇特新颖的面
47、的切割与组合，几乎可以满足任意平面形式和各种奇特新颖的建筑造型要求。建筑造型要求。1、美国圣路易航空港候机室、美国圣路易航空港候机室第54页，共60页，编辑于2022年，星期三1、美国圣路易航空港候机室、美国圣路易航空港候机室该建筑由三组壳体组成，每组由两个圆柱形曲面正交构成。该建筑由三组壳体组成，每组由两个圆柱形曲面正交构成。第55页，共60页，编辑于2022年，星期三1、美国圣路易航空港候机室、美国圣路易航空港候机室第56页，共60页，编辑于2022年，星期三2、墨西哥霍奇米洛科餐厅（、墨西哥霍奇米洛科餐厅（1957年）年）设计：墨西哥著名工程师坎迪拉。设计：墨西哥著名工程师坎迪拉。工程概
48、况：该建筑由斯个双曲抛物面薄壳交叉组成。在交叉工程概况：该建筑由斯个双曲抛物面薄壳交叉组成。在交叉部位，壳面加厚，形成四条有力的拱肋，直接支承在八个基部位，壳面加厚，形成四条有力的拱肋，直接支承在八个基础上。壳厚础上。壳厚4cm。两对点的距离是。两对点的距离是42.5m。建筑平面为。建筑平面为30m30m。壳体的外围八个立面是斜切的。壳体的外围八个立面是斜切的。第57页，共60页，编辑于2022年，星期三第58页，共60页，编辑于2022年，星期三2、美国麻省理工学院礼堂（、美国麻省理工学院礼堂（1955年）年）设计：沙里宁设计：沙里宁 工程概况：屋顶为球面薄壳，三脚落地。薄壳曲面由工程概况：
49、屋顶为球面薄壳，三脚落地。薄壳曲面由1/8球面组成，球面组成，这这1/8球面是由三个与水平面夹角相等的通过球心的大圆从球球面是由三个与水平面夹角相等的通过球心的大圆从球面上切割出来的。球的半径面上切割出来的。球的半径34m。薄壳平面形状为。薄壳平面形状为48m41.5m的曲边三角形。的曲边三角形。第59页，共60页，编辑于2022年，星期三3、美国麻省理工学院礼堂（、美国麻省理工学院礼堂（1955年）年）设计：沙里宁设计：沙里宁 工程概况：屋顶为球面薄壳，三脚落地。薄壳曲面由工程概况：屋顶为球面薄壳，三脚落地。薄壳曲面由1/8球面组成，球面组成，这这1/8球面是由三个与水平面夹角相等的通过球心的大圆从球面上球面是由三个与水平面夹角相等的通过球心的大圆从球面上切割出来的。球的半径切割出来的。球的半径34m。薄壳平面形状为。薄壳平面形状为48m41.5m的曲边三的曲边三角形。角形。第60页，共60页，编辑于2022年，星期三