薄壁空间结构ppt课件.ppt

壳体
圆顶
筒壳
折板
双曲扁壳
双曲抛物面壳
薄壳结构
一、薄壳结构的概念
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。这两个曲面之间
的距离称为壳体的厚度t。当厚度t远小于壳体的最小曲率半径时，称以按照材料力学中梁的理论来计算。
长筒壳的受力特点
2. 短筒壳
当跨长
与波长
的比值
≤1/2时，称为短筒壳。
对于短筒壳，因为横隔的间距很小，所以纵向支承的刚度很大。
这时壳体的弯曲内力很小，可以忽略不计，壳体内力主要是薄膜内力，
故可按照薄膜理论来计算。
当跨长
对于中长筒壳，壳体的薄膜内力及弯曲内力都应该考虑，用薄壳有弯矩
理论来分析它的全部内力。为简化计算，也可忽略其中较次要的纵向弯矩
及扭矩，用所谓半弯矩理论来计算筒壳内的主要内力。
（三）筒壳的结构布置
（1）短壳

与波长
的比值
时，称为中长筒壳。
1/2<
<3

短壳的壳板矢高一般不应小于波长的1/8。短壳的空间作用明显，壳体内力以薄膜
内力为主，弯矩极小，故壳板厚度与配筋均可按构造确定。当壳体跨度
=6～12m，
波长 ≤30m时，在自重、雪荷载，及保温层荷载作用下，壳板厚度可取用5～10mm，
壳板内配筋可采用 4～6＠100～160mm的双向钢筋网，％。
（2）长壳
长壳的配筋应按计算确定，按梁理论计算所得的纵向受力钢筋应布置在侧边
构件内 。
长壳的截面高度建议采用跨长
的1/10～1/15，其壳板的矢高不应小于波长
的1/8。壳板厚度可取波长
的1/300～1/500，但不能小于50mm。
（3）天窗的布置
筒壳的天窗孔及其他孔洞建议沿纵向布置于壳体的上部。在横向，洞口尺寸
建议不大于(1/4～11/3) 。在纵向，洞口尺寸可不受限制，但在孔洞四周
应设边梁收口并沿孔洞纵向每隔2～3m设置横撑加强。当壳体具有较大的
不对称荷载时，除设置横撑外，尚需设置斜撑，形成平面桁架系统。
2. 筒壳的结构布置方式
（1）折缝
单曲板的刚度虽比平板好。但不如双曲板。如何加强单曲板（筒壳）的
侧向刚度是个重要问题。正如前述的横隔和加劲肋都为解决该缺点而设。
此外，还可形成折缝。平板的出平面刚度很小，若是折一下，在直线折缝
处，却能获得很大的刚度，可以作为平板的刚劲支座。同样，筒壳也可以
通过组合（如并列、交贯等）形成曲线或直线折缝，称为加劲折。
筒壳的折缝与形变
（2）形变
圆柱形筒壳的外形单调、缺乏活力。若在一个筒壳中，其波宽与矢高沿
纵向变化，或两端支座一高一低变化其形象，则筒壳的造型立时顿变，
显出无穷的活力。这一变化已经超出了筒壳，进入锥壳的范围,且能组成
圆周形平面。
（3）纵向悬挑
纵向悬挑筒壳可用于建筑屋顶的挑檐、雨篷、也可用作车站站台与大看台
的悬挑屋顶。
筒壳的纵向悬挑
（4）横向悬挑
横向悬挑可用于雨蓬、站台、大看台、也可用于大厅和外墙采光多或开门特大
（如飞机库、车库）的建筑物。 悬挑横隔密排者为短筒壳，疏排者为长筒壳。
筒壳的横向悬挑
（5）并列组合
等宽筒壳并列可组成矩形平面
屋顶,也可组成水塔的圆柱形水
箱。锥形变宽筒壳并列可组成
扇形、环形平面屋顶，也可组成
水塔的锥形水箱, 并列筒壳相接
处形成刚劲有力的折缝。
筒壳的并列组合
（6）交贯组合
两个筒壳十字正交最典型的例子
是美国圣路易市航空港；另一个
是环形筒壳与周圈放射向锥形筒
壳交贯成一个环形平面的航空港
设计方案充分利用了由交贯筒壳
形成的加劲折缝。
筒壳的交贯组合
五、圆顶薄壳结构
（一）圆顶结构型式与特点
按壳面的构造不同，圆顶结构可以分为平滑圆顶、肋形圆顶和多面圆顶三种
（a）平滑圆顶
（b）肋形圆顶
（c）（d）多面圆顶
在实际工程中，平滑圆顶应用较多。当建筑平面不完全是圆形，或由于采光
要求需要将圆顶表面分成独立区格时，可采用肋形圆顶。肋形圆顶是由径向
肋系、环向肋系与壳板组成，与壳板整体连接。多面圆顶结构是由数个拱形
薄壳相交而成。有时为了建筑造型上的要求，也可将多面圆顶稍作修改。
多面圆顶结构与圆形圆顶结构相比，其优点主要是支座距离可以较大，同时
建筑外形活泼。多面圆顶结构比肋形圆顶结构经济，自重较轻。
（二）圆顶的结构组成
圆顶结构由壳身、支座环、下部支承构件
三部分组成。
圆顶的支承结构
圆顶结构中的支座环对圆顶起箍的作用，
可有效地阻止圆顶在竖向荷载作用下的
裂缝开展及破坏，保证壳体基本上处于
受压的工作状态，并实现结构的空间平衡。
圆顶通过支座环搁置在支承构