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第六章薄壁空间结构
建筑结构与选型
概述
圆顶
筒壳
折板
双曲扁壳
双曲抛物面扭壳
概述
薄壳结构的概念
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。
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。
厚壳
中厚壳
形成
梁平板
拱薄壳(承受双向轴力和纯剪力)
--有人称拱和薄壳结构是仿生结构。
梁:主要承受弯矩和剪力平板:主要承受力矩的作用
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
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。
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。
实例
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。
生活中的薄壳实例:乒乓球、罐、灯泡、安全帽、轮船、碗等。
曲面的描述
1、等分壳体各点厚度的几何曲面称为壳体的中曲面。
2、曲面的高斯曲率:
3、壳体的矢率
扁壳:当时,可按扁壳结构计算。
陡壳
正高斯曲率零高斯曲率负高斯曲率
平移曲面:由一条竖向曲线作母线沿着另一竖向曲线(导线)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,所形成的壳体称为椭圆抛物壳和双曲抛物壳。
椭圆抛物面
双曲抛物面
直纹曲面: 由一段直线(母线)的两端分别沿两固定曲线(导线)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
曲面、劈锥曲面、扭曲面等。