第五章薄壳结构
自然界某些动植物的种子外壳、蛋壳、贝壳,可以说是天然的薄壳结构,它们的外形符合力学原理,以最少的材料获得坚硬的外壳,以抵御外界的侵袭。人们从这些天然壳体中受到启发,利用混凝土的可塑性,创造出各种形式的薄壳结构。
薄壳结构是一种新型薄壁空间结构,可充分利用钢筋混凝土的可塑性形成各种形状,如筒壳、折板、波形壳、双曲壳、半球形壳等。薄壳结构特点是壁薄、自重轻、应力分布均匀,能充分发挥材料的最大力学效能,并可获得较大的刚度。
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。两个曲面之间的距离即为壳体的厚度t。当t比壳体的其他尺寸小的多时,一般要求t/R=1/。
这种广泛应用,得益于优越的受力性能和丰富多变的造型。
薄壳结构为双向受力的空间结构,在竖向荷载作用下,壳体主要承受曲面内的轴向力和顺剪力的作用。这两种力都作用在曲面内,又称为薄膜内力。而只有在非对称荷载作用下,壳体才承受较小的弯距和扭距。
壳体主要承受薄膜内力,且该内力沿壳体厚度方向均匀分布,所以材料强度能充分利用,而且壳体为曲面,处于空间受力状态,各向刚度都较大。因而用薄壳结构能实现以最少的材料构成最坚固结构的理想。
优点:强度高,刚度大,用料省,自重轻,覆盖大面积,无需中柱,造型多变,曲线优美,表现力强。
缺点:体形复杂,当采用现浇结构时,模板制作难度大,费模费工;壳体太薄,隔热保温差;某些壳体易产生回声现象。
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