第5章-薄壳结构.ppt

SystemandSelectionofBuildingStructures土木工程学院,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.1概述5.1.1薄壳结构的概念,思考:一个鸡蛋能受多大的压力？,F1=?,壳体结构的强度和刚度主要是利用其几何形状的合理性，而不是以增大其结构截面尺寸取得的，这是薄壳结构与拱式结构相似之处。,CentralSouthUniversityofForestry(2)壳体上的荷载是均匀连续分布的;(3)壳体的各边界能够沿着曲面的法线方向自由移动，支座只产生阻止曲面切线方向位移的反力。,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.1概述5.1.4薄壳结构的施工方法,现浇混凝土壳体,预制单元、高空装配成整体壳体,地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升,装配整体叠合壳,采用柔模喷涂成壳,预应力混凝土结构,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.1概述5.1.4薄壳结构的施工方法,蜂巢芯,薄壁箱体,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.2圆顶5.2.0概述,北京天文馆,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.2圆顶5.2.0概述,美国麻省理工学院（MIT）礼堂（球壳平面为正三角形）,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.2圆顶5.2.0概述,1.屋顶为球面薄壳，薄壳曲面由1/8球面构成，是由三个与水平面夹角相等且通过球心的大圆从球面上切割的2.平面形状为48m*41.5m的曲边三角形3.壳面荷载通过薄壳的三个边传至支座。,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.2圆顶5.2.1圆顶的结构组成及结构型式,组成,1）壳身结构,圆顶的壳身结构,壳身,支座环,下部支承,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.2圆顶5.2.1圆顶的结构组成及结构型式,2.支座环,阻止裂缝开展,保证壳体处于受压工作状态,实现结构的空间平衡,作用：,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.2圆顶5.2.1圆顶的结构组成及结构型式,3.支承结构的类型,支承在竖向承重构件上,支承在框架上,直接落地并支承在基础上,支承在斜柱或斜拱上,斜拱,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.2圆顶5.2.2圆顶的受力特点,1）圆顶的破坏,圆顶的坐标及薄膜内力,2）圆顶的薄膜内力,壳面单元体的主要内力,经向应力状态,环向应力状态,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.2圆顶5.2.2圆顶的受力特点,球形圆顶在自重作用下薄膜内力沿经线的变化,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.2圆顶5.2.2圆顶的受力特点,3）支座环的受力支座环承受壳身边缘传来的推力，该推力使支座环在水平面内受拉，在竖向平面内受弯。,根据薄膜力N1计算支座环的拉力,根据薄膜力N2计算支座环的拉力,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.2圆顶5.2.3圆顶的结构构造,支座环边缘的约束弯矩及配筋构造图环梁预应力筋布置内环粱与壳板的连接,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.2圆顶5.2.4圆顶的工程实例,罗马小体育宫,钢筋混凝土网肋形扁球壳结构；球壳采用预制钢丝网水泥菱形构件作模板，与壳板现浇成整体的肋形球壳；壳肋葵花图案,具有装饰性；采用36根Y字型斜柱支承结构明朗轻快富有表现力；施工时起重机安装在中央天窗处十分合理。,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.2圆顶5.2.4圆顶的工程实例,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.1筒壳的结构组成,边梁(侧边构件)：,是否有横隔板是筒壳和筒拱的区别,横隔板,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.1筒壳的结构组成,侧边构件截面形式筒壳,边梁的型式,a最经济,b适用于边梁下有墙或圈梁上的建筑,c适用于小型筒壳,d边梁可兼作排水沟,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.1筒壳的结构组成,筒壳横隔型式,横隔板的型式,CentralSouthUniversityofForestry&Technology,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.2筒壳的受力特点,是否有横隔板是筒壳和筒拱的区别,筒壳,纵向与梁类似把上部竖向荷载传递给横隔,长壳,短壳,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.2筒壳的受力特点,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.2筒壳的受力特点,横隔的受力特点,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.3筒壳的结构构造,1)短壳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。配筋率不应小于0.2%。2)长壳截面高度采用跨度的1/101/15，壳板矢高不小于波长l的1/8，壳板厚度取波长的1/3001/500，但厚度不小于50mm。按计算配筋。,长壳的配筋示意图,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.3筒壳的结构构造,3）天窗孔的布置：纵向布置与其他的上部，横向洞口尺寸不大于（1/41/3）l,带有天窗孔的壳体图式,锯齿形筒壳屋盖,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.3筒壳的结构构造,在天窗立面处设斜腹杆桁架的锯齿形筒壳屋盖,锯齿形筒壳的柱距与波长的关系,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.3筒壳的结构构造,装配整体式圆柱面筒壳的型成,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.4筒壳结构的工程实例,我国许多纺织厂采用锯齿形的长筒壳,某礼堂,某飞机场,哥伦比亚塔基纳运动场的雨蓬,西北农林科技大学图书馆,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.4筒壳结构的工程实例,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.4筒壳结构的工程实例,美国田纳西州金贝尔艺术馆,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.3筒壳与锥壳5.3.4筒壳结构的工程实例,1.现浇钢筋混凝土结构,平顶过度带（管道空间）,2.三组连续平行的拱壳,3.每个拱壳6.5m*30m,法国戴高乐机场塌顶真相大白原因是设计缺陷设计时的应对偶然性安全系数不足导致了候机厅顶棚坍塌。,5月23日清晨，举世闻名的法国夏尔戴高乐机场发生了一起震惊世界的事故刚刚修建11个月的机场2号候机厅屋顶发生大面积坍塌，造成至少6人死亡3人受伤。“豆腐渣”工程让法国脸面无光,针对戴高乐机场坍塌事故，此前，安德鲁在接受北京媒体采访时曾表示，对该设计完全有信心，事故与设计无关。他表示，不是设计理念的问题，也不是建筑设计本身的问题，并认为，巴黎戴高乐机场的设计是自己最杰出的作品之一。,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.4双曲扁壳5.4.1双曲扁壳的结构组成,扁壳：,（微弯平板）,优点：,矢高小，结构空间小，屋面面积相应减小，比较经济；平面多变，适用于圆形、正多边形、矩形等建筑平面。,双曲扁壳的结构组成双曲扁壳的曲面坐标,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.4双曲扁壳5.4.1双曲扁壳的结构组成,边缘构件,具有较大的刚度在四角交接处应有可靠连接构造措施,要求：,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.4双曲扁壳5.4.2双曲扁壳的受力特点,薄膜内力为主,三个受力区,主要承受双向轴压力按构造配筋洞口开在此区,主要承受正弯矩壳体下表面受拉，布置钢筋壳体越高越薄，弯矩越小，弯矩作用区越小,主要承受顺剪力，主应力为拉力配45度斜筋主应力为压力局部增大混凝土厚度,边缘构件主要承受壳板边缘传来的顺剪力,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.4双曲扁壳5.4.2双曲扁壳的受力特点,双曲扁壳的内力分布,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.4双曲扁壳5.4.2双曲扁壳的受力特点,双曲扁壳的内力分布,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.4双曲扁壳5.4.3双曲扁壳的结构构造,双曲扁壳边缘构件的构造,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.4双曲扁壳5.4.3双曲扁壳的结构构造,扁壳配筋示意图,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.4双曲扁壳5.4.4双曲扁壳的工程实例,钢筋混凝土双曲扁壳受力合理，在跨度为30m左右时，按计算壳厚只需3040mm。设计中一般按施工构造要求选用壳面厚度，例如北京火车站正厅屋顶的扁壳，平面尺寸为35m35m，矢高f=7m，按计算所需壳厚非常薄，无法施工，由施工工艺要求取=80mm。,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.4双曲扁壳5.4.4双曲扁壳的工程实例,北京火车站,中央大厅顶盖、检票口通廊双曲扁壳,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.4双曲扁壳5.4.4双曲扁壳的工程实例,北京网球馆,扁壳中央隆起，适应网球在空中弧形轨迹，空间充分利用,拆,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.4双曲扁壳5.4.4双曲扁壳的工程实例,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.4双曲扁壳5.4.4双曲扁壳的工程实例,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.4双曲扁壳5.4.4双曲扁壳的工程实例,双曲扁壳的边缘构件根据工程的具体情况，可选用带拉杆的双铰拱、拱形桁架、变截面梁或墙支承的曲梁，也可选用空腹桁架或刚架等。,北京燕山石化化肥仓库双曲扁壳屋盖（边缘构件为带拉杆的拱）,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.0双曲抛物面扭壳特点,扭壳也可以认为是从双曲抛物面中沿直纹方向截取的一部分，如abcd,壳体稳定性好,双曲抛物面是直纹曲面，配筋和模板制作简单,扭壳从双曲抛物面中沿直纹曲面切取的一部分,上凸薄拱（受压）下凹索网（受拉）,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.1双曲抛物面扭壳的组成及型式,双曲抛物面扭壳的形式,型式,组成：壳板和边缘构件,双倾单块扭壳,单倾单块扭壳,组合型扭壳,单倾单块扭壳,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.1双曲抛物面扭壳的组成及型式,边缘构件,扭壳结构的边缘构件:简单三角形桁架、拉杆人字架、等腰三角形桁架,双曲抛物面扭壳屋面的组合型式,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.1双曲抛物面扭壳的组成及型式,马鞍形双曲抛物面薄壳,预制预应力双曲抛物面薄壳,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.2双曲抛物面扭壳的受力特点,只有顺剪力平行于直纹方向,整个扭壳看成一系列受拉索与一系列受压拱组成的曲面组合结构,扭壳的壳板,扭壳的受力状态,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.2双曲抛物面扭壳的受力特点,扭壳侧边三角形桁架的受力,扭壳的边缘构件,四坡屋顶,边缘构件顺剪力,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.2双曲抛物面扭壳的受力特点,扭壳的边缘构件,单块扭壳屋盖,扭壳屋盖水平推力的平衡,顺剪力使拱方向的支座受推力,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.2双曲抛物面扭壳的受力特点,扭壳的边缘构件,落地拱扭壳屋盖边框推力的平衡,落地拱单块扭壳屋盖,顺剪力,地基抗侧移能力不足时，在基础之间设置拉杆,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.3双曲抛物面扭壳的结构构造,矩形底单块扭壳屋盖底边边长之比a/b（ab）=12，单倾单块扭壳f/b=1/21/4，双倾单块扭壳中2f/b=1/41/8，组合扭壳f/2b=1/41/8。上述情况，可按扁壳计算。配筋：单层或双层平行于边缘，直线形式壳体角隅部位设45的斜向筋，屋脊处应加厚、加强配筋,扭壳屋脊的构造,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.3双曲抛物面扭壳的工程实例,透视图,平面图,钢筋混凝土组合型双曲抛物面扭壳屋盖边缘构件为人字形拉杆拱,大连海港转运仓库,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.3双曲抛物面扭壳的工程实例,华南理工大学体育馆,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.3双曲抛物面扭壳的工程实例,屋盖采用预应力混凝土大斜柱和预应力混凝土双曲抛物面扭壳相结合的结构体系，结构面被四组大斜柱划分4片扭壳，每块扭壳平投影均为平行四边形。,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.3双曲抛物面扭壳的工程实例,2008年国家优质工程银质奖,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.5双曲抛物面扭壳5.5.3双曲抛物面扭壳的工程实例,图5-5-16体育馆屋盖斜柱布置图,主结构为四根预应力大斜柱和预应力混凝土双曲抛物面扭壳相结合的结构体系，四根大斜柱在屋顶中央处与大横梁连接，形成人字架，柱脚采用，预应力混凝土拉杆连接，以承受水平推力。,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.6折板5.6.1折板结构组成,折板结构：是把若干块薄板以一定的角度连接而成的空间体系,筒壳与折板,折板结构的组成,型式：有边梁式和无边梁式（V形板）施工工艺：现浇整体式预制装配式装配整体式,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.6折板5.6.2折板结构的受力特点,折板结构的截面型式,折板结构可分为长折板和短折板两类。当l1/l21时，称为长折板；当1l1/l2时，称为短折板。一般折板结构跨度l，经常是波长l2的好几倍，即为长折板结构，其受力性能与长筒壳相似。对于梁下无中间支承且ll/l23的长折板，可沿纵横方向分别按梁理论计算。,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.6折板5.6.2折板结构的受力特点,长折板纵向的计算：按T形或工字形梁,长折板横向的计算：按连续板,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.6折板5.6.3折板结构的构造,1、折板厚度不大于100mm，板宽不宜大于33.5m，顶部水平板宽一般取（0.250.4）l，l一般不大于1012m，跨度可达27m。2、折板倾角越小，其刚度也越小，一般不宜小于25，长折板矢高f一般不宜小于（1/151/10）l，短折板矢高f不宜小于（1/101/8）l，折板厚取（1/501/40）b，且不宜小于30mm；3、板内应设置双向钢筋网，由计算确定，板底部构造钢筋不大于250mm，直径68mm。；4、装配式的板缝应用混凝土浇筑。,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.6折板5.6.3折板结构的构造,装配整体式V形折板的构造要求装配整体式V形折板的折缝构造,现浇整体式折板折角缝的配筋,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.6折板5.6.4折板结构的实例,某折板结构水泵房（外景）,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.6折板5.6.4折板结构的实例,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.6折板5.6.4折板结构的实例,美国混凝土协会（ACI）折板结构屋盖,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.6折板5.6.4折板结构的实例,巴黎联合国教科文组织总部,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.6折板5.6.4折板结构的实例,美国伊利诺大学会堂,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.6折板5.6.4折板结构的实例,美国伊利诺大学会堂,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.7折板5.7.1雁形板的截面形式,雁形板是一种梁板合一的结构，它是以T形板和V形板为基础而成的一种新的结构形式，似飞行的雁，故名,雁形板的截面形式-普通型、加肋型、拉杆型,雁形板的形成,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.7折板5.7.2雁形板的结构型式,a将雁形板弯折成拱，b雁形板斜置，用顶铰及拉杆构成直线或曲线形落地三铰拱，c、d、e、f雁形板与拉索组合的斜张结构。,雁形板的结构型式,第5章钢筋混凝土空间薄壁结构5.7折板5.7.3雁形板的受力特点,雁形板纵向相当于V形截面梁；横向受力复杂，制作、吊装、运输阶段，翼板横向处于悬臂状态，使用阶段形成屋盖