第五章 鋼筋混凝土空間薄壁結(jié)構(gòu)

1、結(jié)構(gòu)選型柏文峰昆明理工大學(xué)建筑與城規(guī)學(xué)院第五章第五章 鋼筋混凝土空間薄壁結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土空間薄壁結(jié)構(gòu) 5.1 5.1 概述概述 平面結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)自身平面內(nèi)受力，構(gòu)件之間需額外設(shè)置支撐以實(shí)現(xiàn)另一方向的安全性和穩(wěn)定性?？臻g結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)指結(jié)構(gòu)構(gòu)件三向受力的，大跨度的，用空間受力體系承擔(dān)荷載的結(jié)構(gòu)。薄壁結(jié)構(gòu)薄壁結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的厚度遠(yuǎn)較長度為小，一般由金屬或鋼筋混凝土制成，并布置成空間受力體系。 自然界中的空間薄壁結(jié)構(gòu)自然界中的空間薄壁結(jié)構(gòu)雞蛋：直徑雞蛋：直徑50mm50mm，壁厚，壁厚0.2mm0.2mm， 厚度為跨度的厚度為跨度的1/2501/250第五章第五章 鋼筋混凝土空間薄壁結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土空間

2、薄壁結(jié)構(gòu) 5.1.1 5.1.1 薄殼結(jié)構(gòu)的概念薄殼結(jié)構(gòu)的概念 殼體結(jié)構(gòu)殼體結(jié)構(gòu)上下兩個(gè)幾何曲面所構(gòu)成的薄壁空間結(jié)構(gòu)。殼體厚度殼體厚度兩個(gè)幾何曲面距離稱為殼體的厚度，可分為等厚度殼，變厚度殼。薄殼薄殼殼體的厚度遠(yuǎn)小于殼體的最小曲率半徑R時(shí)，即稱為薄殼。 隨著計(jì)算機(jī)分析軟件的運(yùn)用和建筑施工技術(shù)的進(jìn)步，隨著計(jì)算機(jī)分析軟件的運(yùn)用和建筑施工技術(shù)的進(jìn)步，空間結(jié)構(gòu)比平面結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)日益凸顯?？臻g結(jié)構(gòu)比平面結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)日益凸顯。鋼筋混凝土大跨度薄壁結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土大跨度薄壁結(jié)構(gòu)1、由曲面形薄板構(gòu)成的薄壁結(jié)構(gòu)由曲面形薄板構(gòu)成的薄壁結(jié)構(gòu)2 2、由平板構(gòu)成的折板、雁形板、幕結(jié)構(gòu)、由平板構(gòu)成的折板、雁形板

3、、幕結(jié)構(gòu) 高斯曲率曲面上任意點(diǎn)的兩個(gè)主曲率為K1、K2，則該點(diǎn)的高斯曲率表示為：K=K1K2當(dāng)兩個(gè)主方向的曲率半徑在曲面的同一側(cè)時(shí)，K1K2同號(hào)，K為正高斯曲率高斯曲率左圖為負(fù)高斯曲率曲面 左圖為正高斯曲率曲面K=K1K2殼體的矢率=f/a曲面覆蓋底面的短邊是a 曲面最高點(diǎn)至底面距離為矢高f矢率很小的殼體稱為扁殼，矢率大的殼體稱為陡殼一般當(dāng)f/a=1/5時(shí)，可按扁殼結(jié)構(gòu)計(jì)算。 殼體結(jié)構(gòu)的中曲面殼體結(jié)構(gòu)的中曲面等分殼體厚度的幾何曲面稱為殼體的中曲面。如何確定殼體的幾何形狀和全部尺寸如何確定殼體的幾何形狀和全部尺寸依據(jù)中曲面的幾何性質(zhì)和殼體厚度。依據(jù)中曲面的方程描述整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力。殼體結(jié)構(gòu)的

4、強(qiáng)度和剛度主要是利用了其幾何形狀的殼體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度主要是利用了其幾何形狀的合理性，而不是增大其結(jié)構(gòu)截面尺寸取得的。合理性，而不是增大其結(jié)構(gòu)截面尺寸取得的。5.1.2 5.1.2 薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式 1 1、旋轉(zhuǎn)曲面、旋轉(zhuǎn)曲面 一條剖面線繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)形成的一條剖面線繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)形成的 曲面曲面。 2 2、平移曲面、平移曲面 一條豎向曲線一條豎向曲線做母線，沿著做母線，沿著另一條豎向曲另一條豎向曲線（導(dǎo)線）平線（導(dǎo)線）平行移動(dòng)所形成行移動(dòng)所形成曲面曲面。 3 3、直紋曲面、直紋曲面 一條直線（母一條直線（母線）的兩端分線）的兩端分別沿二固定曲別沿二固定曲線（導(dǎo)線）移線

5、（導(dǎo)線）移動(dòng)所形成曲面動(dòng)所形成曲面。 雙曲拋物面也是直紋曲面 5.1.3 5.1.3 薄殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力薄殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力為了方便計(jì)算，一般不用應(yīng)力作為計(jì)算單位，而是以中曲面單位長度上的內(nèi)力作為計(jì)算單位。內(nèi)力有8對(duì)，分為兩類：1、作用于中曲面以內(nèi)的薄膜內(nèi)力；2、作用于中曲面以外的彎曲內(nèi)力。理想的薄膜沒有抵抗彎曲和扭理想的薄膜沒有抵抗彎曲和扭曲的能力。曲的能力。薄膜內(nèi)力是殼體結(jié)構(gòu)中主要內(nèi)薄膜內(nèi)力是殼體結(jié)構(gòu)中主要內(nèi)力的條件：力的條件：1、 R/20；2、具有均勻連續(xù)變化的曲面；3、荷載是連續(xù)分布的；4、殼體的各邊界能夠沿著曲面的法線方向自由移動(dòng)，支座只產(chǎn)生阻止曲面切線方向位移的反力。5.1.4 5.1.4

6、 薄殼結(jié)構(gòu)的施工方法薄殼結(jié)構(gòu)的施工方法1、現(xiàn)澆混凝土殼體2、預(yù)制單元，高空裝配3、地面現(xiàn)澆殼體或預(yù)制單元裝配后整體提升4、裝配整體式疊合殼體5、采用柔膜噴涂成殼5.2 5.2 圓頂圓頂適用于平面為圓形的大跨度建筑。天文館最常用的結(jié)構(gòu)形式5.2.1 5.2.1 圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式圓頂結(jié)構(gòu)由殼身、支座環(huán)、下部支撐構(gòu)件三部分組成。5.2.1 5.2.1 圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式圓頂結(jié)構(gòu)由殼身、支座環(huán)、下部支撐構(gòu)件三部分組成。5.2.1 5.2.1 圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)形式圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)形式圓頂結(jié)構(gòu)由殼身、支座環(huán)、下部支撐構(gòu)件三部分組成。5.

7、2.1 5.2.1 圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)形式圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)形式圓頂結(jié)構(gòu)由殼身、支座環(huán)、下部支撐構(gòu)件三部分組成。5.2.2 5.2.2 圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)1）圓頂?shù)钠茐膱D形3)支座環(huán)的受力5.2.3 圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)造1）厚度為半徑的1/600，受施工工藝限制，現(xiàn)澆和預(yù)制時(shí)有最小厚度要求；2）如何配筋？3）靠近殼體邊緣處承受彎矩作用，應(yīng)適當(dāng)加厚；4）支座環(huán)梁可采用預(yù)應(yīng)力梁；5）殼體上開洞需設(shè)內(nèi)環(huán)梁；6）裝配整體式圓頂?shù)臍っ鎰澐帧?.2.4 工程案例5.2.4 工程案例5.3 筒殼與錐殼單向有曲率的薄殼，零高斯曲率殼。5.3.1 筒殼的結(jié)構(gòu)組成5.3.2 筒殼的受力特點(diǎn)筒殼與筒拱的區(qū)別：相同處與不同處筒殼：橫向拱的作用與縱向梁的作用的綜合。長殼：跨度/波長大于等于3短殼：跨度/波長小于等于1/2中長殼:上述范圍外的筒殼5.3.3 筒殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造1、短殼：矢高大于波長的1/8，空間作用明顯，殼體內(nèi)力以薄膜內(nèi)力為主，彎矩極小，按構(gòu)造配筋。2、長殼：長殼截面高度建議取用跨長的1/101/15，殼板的矢高不應(yīng)小于波長的1/8，板厚取波長的1/3001/500且大于50mm。5.3.4 筒殼結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例1、同濟(jì)大學(xué)禮堂2、山西平遙縣棉織廠5.4 雙曲扁殼扁殼：矢高與覆蓋底邊最短邊之間的比值小于等于1/5。5.4.1雙曲扁殼的結(jié)構(gòu)組成