建筑結(jié)構(gòu)選型(李廣軍主編) 第03章 薄殼結(jié)構(gòu)

建筑結(jié)構(gòu)選型

SELECTTHETYPEOFTHESTRUCTURE2023/2/11建筑結(jié)構(gòu)選型第3章

薄殼結(jié)構(gòu)2023/2/12第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.1概述3.2薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式3.3圓頂薄殼3.4筒殼3.5雙曲扁殼3.6折板結(jié)構(gòu)3.7薄殼結(jié)構(gòu)的工程實例2023/2/133.1

概述第3章

薄殼結(jié)構(gòu)自然界某些動植物的種子外殼、蛋殼、貝殼，可以說是天然的薄殼結(jié)構(gòu)，它們的外形符合力學(xué)原理，以最少的材料獲得堅硬的外殼，以抵御外界的侵襲。人們從這些天然殼體中受到啟發(fā)，利用混凝土的可塑性，創(chuàng)造出各種形式的薄殼結(jié)構(gòu)。2023/2/143.1

概述第3章

薄殼結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)是用混凝土、塑料等剛性材料以各種曲面形式構(gòu)成的薄殼結(jié)構(gòu)，呈空間受力狀態(tài)，主要承受曲面內(nèi)的軸向力，而彎矩和扭距很小，所以混凝土強(qiáng)度能得到充分的利用。由于是空間結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度和剛度都非常好。薄殼厚度僅為其跨度的幾百分之一。而一般的平板結(jié)構(gòu)厚度至少是跨度的幾十分之一。所以薄殼結(jié)構(gòu)具有自重輕、省材料、跨度大、外形多樣的優(yōu)點，可用來覆蓋各種平面形狀的建筑屋頂。但大多數(shù)薄殼結(jié)構(gòu)的形式較復(fù)雜，多采用現(xiàn)澆施工，費工、費時、費模板，且結(jié)構(gòu)計算較復(fù)雜，不宜承受集中荷載,這些缺點在一定程度上影響了它的推廣使用。2023/2/153.1

概述第3章

薄殼結(jié)構(gòu)北京火車站正廳屋頂?shù)谋鈿?，平面尺寸?5m×35m，矢高7m，殼厚選用80mm，完全是施工工藝的要求。北京：火車站鳥瞰圖2023/2/163.1

概述第3章

薄殼結(jié)構(gòu)印度新德里蓮花教堂：1986年建成，高34.27m，底坐直徑74m，由三層花瓣組成，全部采用白色大理石建造。2023/2/173.1

概述第3章

薄殼結(jié)構(gòu)悉尼歌劇院2023/2/183.1

概述第3章

薄殼結(jié)構(gòu)悉尼歌劇院整個建筑占地1.84公頃，長183米，寬118米，高67米，相當(dāng)于20層樓的高度。它建在一座很高的混凝上平臺上。門前大臺階寬90米，花崗石鋪面。據(jù)說，是當(dāng)今世界上最大最長的室外水泥階梯。歌劇院整個分為三個部分：歌劇廳、音樂廳和休息廳。劇廳、音樂廳及休息廳并排而立，建在巨型花崗巖石基座上，各由4塊巍峨的大殼頂組成。這些“貝殼”依次排列，前三個一個蓋著一個，面向海灣，最后一個則背向海灣。貝殼形尖屋頂，是由2194塊每塊重15.3噸的彎曲形混凝土預(yù)制件，用鋼纜拉緊拼成的，外表覆蓋著105萬塊白色或奶油色的瓷磚。2023/2/193.2

薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式3.2.1旋轉(zhuǎn)曲面第3章

薄殼結(jié)構(gòu)2023/2/1103.2.2平移曲面第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.2

薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式

橢圓拋物面雙曲拋物面2023/2/1113.2.3

直紋曲面第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.2

薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式直紋曲面扭曲面2023/2/1123.2.3

直紋曲面第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.2

薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式柱面柱狀面2023/2/1133.2.3

直紋曲面第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.2

薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式錐面錐狀面2023/2/1143.3

圓頂薄殼3.3.1圓頂薄殼組成第3章

薄殼結(jié)構(gòu)圓頂薄殼由殼身、支座環(huán)、下部支承構(gòu)件三部分組成圓頂薄殼組成北京天文館2023/2/1153.3

圓頂薄殼3.3.1圓頂薄殼組成第3章

薄殼結(jié)構(gòu)一、殼身平滑圓頂肋形圓頂多面圓頂2023/2/1163.3

圓頂薄殼3.3.1圓頂薄殼組成第3章

薄殼結(jié)構(gòu)二、支座環(huán)支座環(huán)對圓頂起到箍的作用。其功能和拱式結(jié)構(gòu)中的拉桿一樣，可有效阻止圓頂在豎向荷載作用下的裂縫開展及破壞，保證殼體處于受壓狀態(tài)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的空間平衡。支座環(huán)承受殼身邊緣傳來的推力，該推力使支座環(huán)在水平面內(nèi)受拉，在豎向平面內(nèi)受彎。由于支座環(huán)要承擔(dān)很大的支座推力，環(huán)內(nèi)會產(chǎn)生很大的環(huán)向拉力，因此支座環(huán)必須為閉合環(huán)形。同時，由于支座環(huán)對殼板邊緣變形的約束作用，殼板的邊緣附近產(chǎn)生徑向的局部彎矩，設(shè)計時，應(yīng)將殼板靠近邊緣部分局部加厚，最好采用預(yù)應(yīng)力混凝土支座環(huán)。2023/2/1173.3

圓頂薄殼3.3.1圓頂薄殼組成第3章

薄殼結(jié)構(gòu)三、下部支承結(jié)構(gòu)

支承在豎向承重結(jié)構(gòu)上支承在建筑的斜拱上2023/2/1183.3

圓頂薄殼3.3.1圓頂薄殼組成第3章

薄殼結(jié)構(gòu)三、下部支承結(jié)構(gòu)

支承在框架上直接落地并支承在基礎(chǔ)上2023/2/1193.3.2圓頂?shù)氖芰μ攸c第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.3

圓頂薄殼球殼在均布豎向荷載作用下，上部承受環(huán)向壓力，而下部承受環(huán)向拉力。由于磚砌體或混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，因此往往在圓頂?shù)南虏垦刂鴱较虺霈F(xiàn)許多裂縫。殼身開裂后，支座環(huán)內(nèi)的鋼筋應(yīng)力增加，支座環(huán)的邊框作用日益增強(qiáng)。圓頂內(nèi)部經(jīng)過應(yīng)力重分布后，實現(xiàn)了新的內(nèi)力平衡。當(dāng)荷載進(jìn)一步增大，支座環(huán)內(nèi)鋼筋屈服時，圓頂即告破壞。2023/2/1203.4

筒殼3.4.1筒殼的結(jié)構(gòu)組成第3章

薄殼結(jié)構(gòu)筒殼由殼板、邊梁和橫隔三部分組成2023/2/1213.4

筒殼3.4.1筒殼的結(jié)構(gòu)組成第3章

薄殼結(jié)構(gòu)筒殼的截面高度與矢高2023/2/1223.4

筒殼3.4.1筒殼的結(jié)構(gòu)組成第3章

薄殼結(jié)構(gòu)一、殼板

多波單波多跨截面尺寸2023/2/1233.4

筒殼3.4.1筒殼的結(jié)構(gòu)組成第3章

薄殼結(jié)構(gòu)二、邊梁常用邊梁形式2023/2/1243.4

筒殼3.4.1筒殼的結(jié)構(gòu)組成第3章

薄殼結(jié)構(gòu)三、橫隔

橫隔形式（一）2023/2/1253.4

筒殼3.4.1筒殼的結(jié)構(gòu)組成第3章

薄殼結(jié)構(gòu)三、橫隔

橫隔形式（二）2023/2/1263.4.2筒殼的受力特點第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.4

筒殼筒殼與筒拱從外形上看都為筒形，但兩者的力學(xué)特性是完全不同的。筒拱兩端是無橫隔支承的，而筒殼兩端是有橫隔支承的，因而兩者在承荷和傳力上有著本質(zhì)的區(qū)別。筒拱是橫向以拱的形式單向承荷和傳力的，縱向不傳力，是平面結(jié)構(gòu)，筒拱沿縱向取出單位長度結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)即可代表整個結(jié)構(gòu)的受力。而筒殼是雙向承荷與傳力的空間結(jié)構(gòu)，筒殼在橫向以拱的形式承荷和傳力，在曲面內(nèi)產(chǎn)生橫向壓力，縱向以縱梁的形式把荷載傳給橫隔。筒殼是橫向拱與縱向梁共同作用的空間受力結(jié)構(gòu)。2023/2/1273.5

雙曲扁殼第3章

薄殼結(jié)構(gòu)2023/2/1283.5

雙曲扁殼3.5.1雙曲扁殼的結(jié)構(gòu)組成第3章

薄殼結(jié)構(gòu)雙曲扁殼由殼板和周邊豎直的邊緣構(gòu)件組成2023/2/1293.5.2雙曲扁殼的受力特點第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.5

雙曲扁殼雙曲扁殼在滿跨均布豎向荷載作用下，殼板的受力以薄膜內(nèi)力為主，在殼體邊緣受一定的橫向彎矩。2023/2/130第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.6

折板結(jié)構(gòu)2023/2/131第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.6

折板結(jié)構(gòu)北京：燕山石化某倉庫（折板結(jié)構(gòu)）2023/2/132第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.6

折板結(jié)構(gòu)某折板結(jié)構(gòu)水泵房2023/2/133第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.6

折板結(jié)構(gòu)美國混凝土協(xié)會（ACI）折板結(jié)構(gòu)2023/2/134第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.6

折板結(jié)構(gòu)湖北黃石新體育館的空間折板式結(jié)構(gòu)2023/2/1353.7

薄殼結(jié)構(gòu)的工程實例3.7.1北京天文館第3章

薄殼結(jié)構(gòu)北京天文館天象廳2023/2/1363.7

薄殼結(jié)構(gòu)的工程實例3.7.1北京天文館第3章

薄殼結(jié)構(gòu)天文館天象廳頂蓋直徑25m，半球形圓頂結(jié)構(gòu)殼體厚60mm。最下部2.4m高度范圓內(nèi)增厚到85mm，再下則為鋼筋混凝土圈梁坐落在圓周形磚墻上。2023/2/1373.7.2臺灣東海大學(xué)路思義教堂第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.7

薄殼結(jié)構(gòu)的工程實例2023/2/1383.7.2臺灣東海大學(xué)路思義教堂第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.7

薄殼結(jié)構(gòu)的工程實例東海大學(xué)的校園象徵。著名美國華裔建筑師貝聿銘與臺灣建筑師陳其寬之作，建于1962年9月至1963年11月。1956年，貝聿銘提出磚砌的圓拱造型構(gòu)想之后，陳其寬考量臺灣多地震，多方參考最后決定采用雙曲面薄殼。2023/2/1393.7.2臺灣東海大學(xué)路思義教堂第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.7

薄殼結(jié)構(gòu)的工程實例教堂內(nèi)部無柱、無梁，靠四片曲墻支撐，前后通透，加上天窗、邊窗溢入的光線，添增了一份寧靜的神秘感。兩片較高的內(nèi)部是講壇，較低的是坐席，內(nèi)部曲面造出一個個菱形，內(nèi)部往上延伸，牽引人們視線，營造通往上天氣氛，菱形格子給內(nèi)部一種幾何美。2023/2/1403.7.3美國麻省理工學(xué)院克雷斯吉禮堂第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.7

薄殼結(jié)構(gòu)的工程實例美國麻省理工學(xué)院（MIT）禮堂球殼（平面為正三角形）2023/2/1413.7.3美國麻省理工學(xué)院克雷斯吉禮堂第3章

薄殼結(jié)構(gòu)3.7

薄殼結(jié)構(gòu)的工程實例球殼鉸支座2023/2/1423.7.4廣州星海音樂廳第3章