大跨薄壳结构

1、5 薄壳结构薄壳结构5.1 概述概述5.2 薄壳的曲面形式薄壳的曲面形式5.3 圆顶薄壳圆顶薄壳5.4 筒壳筒壳5.5 双曲扁壳双曲扁壳2021-10-292 25 薄壳结构薄壳结构1起源起源&人类远在数千年前早已找出了各式各样的日用壳体，如锅、人类远在数千年前早已找出了各式各样的日用壳体，如锅、碗、坛、罐碗、坛、罐以后工业逐渐发达，造出了灯泡、钢盔、以后工业逐渐发达，造出了灯泡、钢盔、木舟、机壳等不胜枚举。木舟、机壳等不胜枚举。&壳体用于建筑结构虽为时较早，但工程界开始研究、分析、壳体用于建筑结构虽为时较早，但工程界开始研究、分析、试验已是试验已是19世纪，到世纪，到20世纪

2、初，壳体结构的发展一直缓慢，世纪初，壳体结构的发展一直缓慢，主要原因是计算繁琐。主要原因是计算繁琐。&二战期间及战后壳体结构发展才迅速起来。二战期间及战后壳体结构发展才迅速起来。1只有空间受力的结构体系才能够很好地解决大跨度只有空间受力的结构体系才能够很好地解决大跨度屋盖的问题，而且只有空间体系的结构才能组成富屋盖的问题，而且只有空间体系的结构才能组成富有造型特点的屋盖形式。有造型特点的屋盖形式。2021-10-293 35 薄壳结构薄壳结构1壳结构的演变壳结构的演变&两边支承的单向板只有一个方向受弯，另一个方向的抗弯两边支承的单向板只有一个方向受弯，另一个方向的抗弯能力根本没

3、有利用；能力根本没有利用；&如果把做成四边支承的双向板，那么，双向受弯，两向共如果把做成四边支承的双向板，那么，双向受弯，两向共同受荷，则材料的抗弯潜力得到较充分的发挥。同受荷，则材料的抗弯潜力得到较充分的发挥。相同荷载下，双向板比单向板的跨度可以大相同荷载下，双向板比单向板的跨度可以大1.31.8倍。倍。&双向板虽然是四边支承而起双向受力的作用，但还是平面双向板虽然是四边支承而起双向受力的作用，但还是平面结构，它的内力还是弯矩。结构，它的内力还是弯矩。2021-10-294 45 薄壳结构薄壳结构1壳结构的演变壳结构的演变&把平板做成曲板，曲板的内力就改变为受压为主，

4、受压比把平板做成曲板，曲板的内力就改变为受压为主，受压比受弯更能发挥材料的性能，尤其是多向受压，处于空间状受弯更能发挥材料的性能，尤其是多向受压，处于空间状态更加有利。态更加有利。2021-10-295 55 薄壳结构薄壳结构1壳结构的演变壳结构的演变&横向受荷传力的梁起横向受荷传力的梁起“担担”的作用，不能材尽其用，并非的作用，不能材尽其用，并非经济的结构形式；以曲梁承荷传力的拱起经济的结构形式；以曲梁承荷传力的拱起“顶顶”的作用，的作用，能进一步发挥财力，是较先进的结构形式；能进一步发挥财力，是较先进的结构形式；&壳体与拱相仿，以曲板承荷传力，而且更进一步，它不像壳体与拱相

5、仿，以曲板承荷传力，而且更进一步，它不像拱是单向受荷传力的平面结构，而是双向受荷传力的空间拱是单向受荷传力的平面结构，而是双向受荷传力的空间结构，起双向结构，起双向“顶顶”的作用。的作用。2021-10-296 65 薄壳结构薄壳结构1壳结构的优点壳结构的优点&可覆盖大跨度空间而中间不设支柱；可覆盖大跨度空间而中间不设支柱；&内力比较均匀，节约材料，经济效果好；内力比较均匀，节约材料，经济效果好；&自重轻、刚度大、整体性好，有良好的抗震和动力性能；自重轻、刚度大、整体性好，有良好的抗震和动力性能；&曲板的曲面多样化，可适用于各种平面，为建筑造型提供曲板的曲面多样

6、化，可适用于各种平面，为建筑造型提供丰富多彩的创造条件。造型美观，活泼新颖。丰富多彩的创造条件。造型美观，活泼新颖。1壳结构的缺点壳结构的缺点&现浇薄壳结构耗费大量模板；支模工程量大，施工不便；现浇薄壳结构耗费大量模板；支模工程量大，施工不便；&体型复杂，板厚太小，隔热效果不好，长期日晒雨淋容易体型复杂，板厚太小，隔热效果不好，长期日晒雨淋容易开裂；开裂；&壳板天棚的曲面容易引起室内声音反射和混响，对声音效壳板天棚的曲面容易引起室内声音反射和混响，对声音效果要求高的大会堂、体育馆、影剧院等不宜采用。果要求高的大会堂、体育馆、影剧院等不宜采用。2021-10-297 75

7、.1 概述概述1定义定义&壳体结构一般是指由两个几何曲面构成的空间薄壁结构。壳体结构一般是指由两个几何曲面构成的空间薄壁结构。&两曲面间的距离，即壳体的厚度两曲面间的距离，即壳体的厚度t。t不随坐标变化时称为等厚度壳体，反之称为变厚度壳不随坐标变化时称为等厚度壳体，反之称为变厚度壳体。体。&平分壳体厚度的曲面叫做壳体的中面。平分壳体厚度的曲面叫做壳体的中面。1划分（按中面的曲率半径划分（按中面的曲率半径r） &薄壳薄壳max(t/r)1/20按照薄壳理论进行计算，结果与按厚壳理论计算结果按照薄壳理论进行计算，结果与按厚壳理论计算结果相比，误差一般不超过通常工程上

8、所容许的计算误差相比，误差一般不超过通常工程上所容许的计算误差5。&厚壳厚壳max(t/r)1/20&实际应用的壳体通常很薄，实际应用的壳体通常很薄，1/1000t/r1/50。2021-10-298 85.1 概述概述1薄壳的特点薄壳的特点&薄壳必须具备两个条件：薄壳必须具备两个条件：曲面，曲面，刚性。刚性。理解为四边支承的曲板。理解为四边支承的曲板。&主要依靠曲面内的双向轴力和顺剪力承重。主要依靠曲面内的双向轴力和顺剪力承重。&形抵抗结构形抵抗结构强度和刚度主要依靠几何形状的合理性，而不是结构强度和刚度主要依靠几何形状的合理性，而不是结构截面尺寸得到

9、。截面尺寸得到。2021-10-299 95.1 概述概述1薄壳的曲面构成薄壳的曲面构成&在任意形状的壳的中面上某一点在任意形状的壳的中面上某一点m可作法线可作法线mn。包含该。包含该法线可作一系列的平面，各平面与中面相交可得许多具有法线可作一系列的平面，各平面与中面相交可得许多具有确定方向的平面曲线，其中有两条相互垂直或正交的曲线确定方向的平面曲线，其中有两条相互垂直或正交的曲线r和和t的曲率具有极值，一条曲率最大，另一条曲率最小，的曲率具有极值，一条曲率最大，另一条曲率最小，这两条曲线的曲率称为曲面在该点的主曲率，用这两条曲线的曲率称为曲面在该点的主曲率，用k1、k2表表示。示。&

10、amp;曲面任意点上的高斯曲率曲面任意点上的高斯曲率k k k1k2。2021-10-2910105.1 概述概述1薄壳的曲面分类薄壳的曲面分类&k k1k20正高斯曲率曲面，椭圆抛物面、球正高斯曲率曲面，椭圆抛物面、球面面&k k1k20负高斯曲率曲面，双曲抛物面负高斯曲率曲面，双曲抛物面&k k1k2=0零高斯曲率曲面，圆柱面、圆锥面零高斯曲率曲面，圆柱面、圆锥面2021-10-2911115.2 薄壳的曲面形式薄壳的曲面形式1按照形成的特点按照形成的特点&旋转曲面旋转曲面&平移曲面平移曲面&直纹曲面直纹曲面&复杂曲面复杂曲面2021

11、-10-2912125.2 薄壳的曲面形式薄壳的曲面形式1旋转曲面旋转曲面&一平面曲线绕其所在平面上的轴旋转所形成的曲面，称为一平面曲线绕其所在平面上的轴旋转所形成的曲面，称为旋转曲面。旋转曲面。球形曲面球形曲面椭球曲面椭球曲面旋转抛物面旋转抛物面旋转双曲面旋转双曲面2021-10-2913135.2 薄壳的曲面形式薄壳的曲面形式1平移曲面平移曲面&一竖向曲线沿另一竖向曲线平移所形成的曲面称为平移曲一竖向曲线沿另一竖向曲线平移所形成的曲面称为平移曲面。面。椭圆抛物面椭圆抛物面2021-10-2914145.2 薄壳的曲面形式薄壳的曲面形式1直纹曲面直纹曲面&1双曲抛物面

12、双曲抛物面一直线沿二固定曲线移动形成的曲面。一直线沿二固定曲线移动形成的曲面。扭壳面扭壳面双曲抛物面双曲抛物面扭壳面与扭壳面与双曲抛物面双曲抛物面建造时容易制作，建造时容易制作，工程应用较多工程应用较多2021-10-2915155.2 薄壳的曲面形式薄壳的曲面形式1直纹曲面直纹曲面&2柱面与柱状面柱面与柱状面柱面由直母线沿沿着两根曲率相同的竖向曲导线移动柱面由直母线沿沿着两根曲率相同的竖向曲导线移动而形成的曲面。而形成的曲面。柱状面由直母线沿着两根曲率不同的竖向曲导线移动，柱状面由直母线沿着两根曲率不同的竖向曲导线移动，并始终平行于一导平面而形成。并始终平行于一导平面而形成。柱面柱面

13、柱状面柱状面2021-10-2916165.2 薄壳的曲面形式薄壳的曲面形式1直纹曲面直纹曲面&3锥面与锥状面锥面与锥状面锥面是一直母线沿一竖向曲导线移动，并始终通过一锥面是一直母线沿一竖向曲导线移动，并始终通过一定点而形成的曲面。定点而形成的曲面。锥状面是由一直母线沿一根直导线和一根竖向曲导线锥状面是由一直母线沿一根直导线和一根竖向曲导线移动，并始终平行于一导平面而形成的曲面。也称劈锥移动，并始终平行于一导平面而形成的曲面。也称劈锥壳壳锥面锥面锥状面锥状面2021-10-2917175.2 薄壳的曲面形式薄壳的曲面形式1复杂曲面复杂曲面&在上述的基本几何曲面上任意切取一部分或

14、将曲面进行不在上述的基本几何曲面上任意切取一部分或将曲面进行不同组合。同组合。交叉圆柱壳，交叉圆柱壳，由锥扇形曲面形成的扇贝形圆屋顶。由锥扇形曲面形成的扇贝形圆屋顶。2021-10-2918185.3 圆顶薄壳圆顶薄壳1圆顶薄壳的特点圆顶薄壳的特点&旋转曲面、正高斯曲率；旋转曲面、正高斯曲率；球面壳、椭球面壳、旋转抛物面；球面壳、椭球面壳、旋转抛物面；&适用于平面形状为圆型的建筑；适用于平面形状为圆型的建筑；杂技院、剧院、展览馆、天文馆、圆形水池顶盖杂技院、剧院、展览馆、天文馆、圆形水池顶盖&是最早出现的一种古老型式。是最早出现的一种古老型式。&厚度薄、结构自重

15、轻、节省材料；厚度薄、结构自重轻、节省材料；&壳体的径向和环向弯矩极小，可以忽略；壳体主要承受压壳体的径向和环向弯矩极小，可以忽略；壳体主要承受压力，压力沿整个球面呈扩散均匀分布，可以充分利用材料力，压力沿整个球面呈扩散均匀分布，可以充分利用材料强度。强度。2021-10-2919195.3.1选型设计选型设计 11几何特性几何特性圆球壳圆球壳 0,2222zrxrrfrzyxaa222aryxfrfra2222021-10-2920205.3.1选型设计选型设计 11几何特性几何特性椭圆球壳椭圆球壳 222aryx22fcfcara0,122222zrxrcfczayxaa2021-

16、10-2921215.3.1选型设计选型设计 11几何特性几何特性抛物面球壳抛物面球壳 222aryxfzfryxa222fzfrxa222021-10-2922225.3.1选型设计选型设计 12选型设计选型设计&（1）矢跨比）矢跨比从力学特性和建筑功能上分析：当从力学特性和建筑功能上分析：当f/( (2ra) )=1/2时，呈半时，呈半球形，水平推力最小，但占用的建筑空间最大，可用于球形，水平推力最小，但占用的建筑空间最大，可用于有特殊要求的建筑中（如天文馆）；有特殊要求的建筑中（如天文馆）；当当 f/( (2ra) )=1/5时，呈扁球壳，水平推力最大，但占用的时，呈扁球壳，水平

17、推力最大，但占用的建筑空间最小，节约空调费用，外形也美观；建筑空间最小，节约空调费用，外形也美观；当当1/2 f/( (2ra) )1/5时，为一般球壳，水平推力中等，时，为一般球壳，水平推力中等，处理也较方便，在建筑功能及美观上一般。处理也较方便，在建筑功能及美观上一般。某一建筑选用多大的矢跨比很大程度上取决于建筑功某一建筑选用多大的矢跨比很大程度上取决于建筑功能和外形的美观。能和外形的美观。2021-10-2923235.3.1选型设计选型设计 12选型设计选型设计&（2）线型选择）线型选择从建筑外形衡量，以抛物线较好，从建筑外形衡量，以抛物线较好，从方便施工角度看，以圆球形最方便

18、。从方便施工角度看，以圆球形最方便。建议选用圆弧曲线和建议选用圆弧曲线和f/( (2ra) )=1/41/6较合适较合适2021-10-2924245.3.2 圆顶结构组成和形式圆顶结构组成和形式1组成组成&壳身壳身&支座环支座环&下部支撑构件下部支撑构件2021-10-2925255.3.2 圆顶结构组成和形式圆顶结构组成和形式1组成组成&圆顶的支承环箍可以直接支承在砖墙或钢筋混凝土柱上，圆顶的支承环箍可以直接支承在砖墙或钢筋混凝土柱上，也可以支承在斜拱或斜柱上。也可以支承在斜拱或斜柱上。&斜拱或斜柱按正多边形布置，故可与相应的正多边形建筑斜拱或斜柱按

19、正多边形布置，故可与相应的正多边形建筑平面配合采用。平面配合采用。&立面处理上，常把斜拱或斜柱袒露而别具风格立面处理上，常把斜拱或斜柱袒露而别具风格2021-10-2926265.3.2 圆顶结构组成和形式圆顶结构组成和形式1壳身壳身&根据壳板构造的不同，圆顶结构可分为根据壳板构造的不同，圆顶结构可分为平滑圆顶平滑圆顶肋形圆顶肋形圆顶多面圆顶多面圆顶2021-10-2927275.3.2 圆顶结构组成和形式圆顶结构组成和形式1壳身壳身&平滑圆顶结构平滑圆顶结构实际工程中用的较多。实际工程中用的较多。钢筋沿径线及沿同心圆放置；径向钢筋的数量朝圆顶钢筋沿径线及沿同心圆放置；

20、径向钢筋的数量朝圆顶点方向根据圆顶周长的减少而减少；点方向根据圆顶周长的减少而减少；当厚度大于当厚度大于80mm时，为避免收缩及温度裂缝，应放置时，为避免收缩及温度裂缝，应放置两层钢筋。两层钢筋。&肋形圆顶结构肋形圆顶结构当壳体受集中荷载作用；当壳体受集中荷载作用；当壳体厚度较小；当壳体厚度较小；采用装配整体式结构时采用装配整体式结构时经向肋系、环向肋系、壳面板经向肋系、环向肋系、壳面板2021-10-2928285.3.2 圆顶结构组成和形式圆顶结构组成和形式1壳身壳身&多面圆顶结构多面圆顶结构由数个拱形薄壳相交而成；由数个拱形薄壳相交而成；与平滑圆顶结构相比，支座距离较大；

21、与平滑圆顶结构相比，支座距离较大；与肋型圆顶结构相比，可节省材料；与肋型圆顶结构相比，可节省材料；&通风采光通风采光在顶部开设圆形孔洞在顶部开设圆形孔洞2021-10-2929295.3.2 圆顶结构组成和形式圆顶结构组成和形式1支座环支座环&是圆顶结构保持几何不变的保证；是圆顶结构保持几何不变的保证；&作用类似于拱式结构中的拉杆；作用类似于拱式结构中的拉杆；&对圆顶壳面起箍的作用，阻止圆顶结构在竖向荷载作用下对圆顶壳面起箍的作用，阻止圆顶结构在竖向荷载作用下的裂缝开展与破坏；的裂缝开展与破坏；&主要承受环向拉力和弯矩主要承受环向拉力和弯矩&保证

22、壳体基本上处于受压状态；并实现结构的空间平衡。保证壳体基本上处于受压状态；并实现结构的空间平衡。2021-10-2930305.3.2 圆顶结构组成和形式圆顶结构组成和形式1支撑构件支撑构件&1 圆顶结构通过支座环支承在房屋的竖向承重构件上圆顶结构通过支座环支承在房屋的竖向承重构件上砖墙、钢筋混凝土柱砖墙、钢筋混凝土柱这时经向推力的水平分力由支座环承担，竖向支承构这时经向推力的水平分力由支座环承担，竖向支承构件仅承受经向推力的竖向分力。件仅承受经向推力的竖向分力。受力明确，构造简单。受力明确，构造简单。圆顶的跨度较大时由于经向推力很大，要求支座环的圆顶的跨度较大时由于经向推力很大，要求

23、支座环的尺寸很大。同时，其表现力也不够丰富活跃。尺寸很大。同时，其表现力也不够丰富活跃。2021-10-2931315.3.2 圆顶结构组成和形式圆顶结构组成和形式1支撑构件支撑构件&2 圆顶结构支承在斜圆顶结构支承在斜柱或斜拱上。柱或斜拱上。通过壳体四周沿着切线方向的直线形、通过壳体四周沿着切线方向的直线形、y形形或叉或叉形斜柱，形斜柱，把推力传给基础；把推力传给基础；或通过沿壳缘切线方向的单式或复式斜拱，把经向报或通过沿壳缘切线方向的单式或复式斜拱，把经向报力集中起来传给基础。力集中起来传给基础。在平面上，斜柱、斜拱可按正多边形布置，以便与建在平面上，斜柱、斜拱可按正多边形布置，以

24、便与建筑平面相协调筑平面相协调；在立面上，斜柱、斜拱可与建筑在立面上，斜柱、斜拱可与建筑围护及门窗重合布置，围护及门窗重合布置，也可暴露在建筑物的外面，以取得较好的建筑立面也可暴露在建筑物的外面，以取得较好的建筑立面效果效果。这种结构方案这种结构方案清新、明朗，既表现了结构的力量与作清新、明朗，既表现了结构的力量与作用，又极富装饰性。但倾斜的柱脚或拱脚将使基础受到用，又极富装饰性。但倾斜的柱脚或拱脚将使基础受到水平推力的作用水平推力的作用2021-10-2932325.3.2 圆顶结构组成和形式圆顶结构组成和形式1支撑构件支撑构件&3 圆顶结构支承在框架上，利用圆顶下四周的围廊或圆顶圆

25、顶结构支承在框架上，利用圆顶下四周的围廊或圆顶周围的低层附属建筑的框周围的低层附属建筑的框架结构，把水平推力传给基础。架结构，把水平推力传给基础。框架结构必须具有足够的刚度，以保证壳身的稳定性框架结构必须具有足够的刚度，以保证壳身的稳定性。&4 圆顶结构直接落地圆顶结构直接落地并支承在基础上。并支承在基础上。落地的圆顶就像落地拱一样，经向推力直接传落地的圆顶就像落地拱一样，经向推力直接传给基础给基础。若球壳边缘全部落地，则基础同时作为受拉支座环梁若球壳边缘全部落地，则基础同时作为受拉支座环梁。若是割球壳若是割球壳，只只有几个脚延伸入地，则基础必须能够有几个脚延伸入地，则基础必须能够承受

26、水平椎力，或在各基础之间设拉杆以平衡该水平力承受水平椎力，或在各基础之间设拉杆以平衡该水平力。2021-10-2933335.3.2 圆顶结构组成和形式圆顶结构组成和形式1支撑构件支撑构件2021-10-2934345.3.3 圆顶薄壳的内力状态圆顶薄壳的内力状态1计算计算&一般情况下，壳面的径向和环向弯矩较小可以忽略，壳面一般情况下，壳面的径向和环向弯矩较小可以忽略，壳面内力可按无弯矩理论计算。内力可按无弯矩理论计算。1受力受力&在轴向（旋转轴）对称荷载作用下，圆顶径向受压，环向在轴向（旋转轴）对称荷载作用下，圆顶径向受压，环向上部受压，下部可能受压，也可能受拉，这是圆顶壳面

27、中上部受压，下部可能受压，也可能受拉，这是圆顶壳面中的主要内力。由此，圆顶结构可以充分利用材料的强度。的主要内力。由此，圆顶结构可以充分利用材料的强度。&支座对圆顶壳面起箍的作用，所以支座环承受壳面边缘传支座对圆顶壳面起箍的作用，所以支座环承受壳面边缘传来的推力，其截面内力主要为拉力。来的推力，其截面内力主要为拉力。2021-10-2935355.3.3 圆顶薄壳的内力状态圆顶薄壳的内力状态1受力受力壳面经向壳面经向壳面环向壳面环向支座环支座环2021-10-2936365.3.4 圆顶薄壳的构造圆顶薄壳的构造1壳板厚度壳板厚度&一般由构造要求确定，取圆顶半径的一般由构造要求确

28、定，取圆顶半径的1/600。对于现浇钢筋混凝土圆顶，不应小于对于现浇钢筋混凝土圆顶，不应小于40mm；对于装配整体式圆顶，不应小于对于装配整体式圆顶，不应小于30mm。1配筋配筋&在壳板内的受压区域及主拉应力小于混凝土抗拉强度的受在壳板内的受压区域及主拉应力小于混凝土抗拉强度的受拉区域内，可按不低于拉区域内，可按不低于0.20的最小配筋率配置构造钢筋，的最小配筋率配置构造钢筋，其直径不小于其直径不小于4mm，间距不超过，间距不超过250mm。&在主拉应力大于混凝土抗拉强度的区域，应按计算配筋，在主拉应力大于混凝土抗拉强度的区域，应按计算配筋，主拉应力应全部由钢筋承担，钢筋间距不

29、大干主拉应力应全部由钢筋承担，钢筋间距不大干150mm。&厚度不大于厚度不大于60mm的壳体，在弯矩较小的区域内，可采用的壳体，在弯矩较小的区域内，可采用单层配筋，钢筋一般布置在板厚的中间。超过上述厚度或单层配筋，钢筋一般布置在板厚的中间。超过上述厚度或当壳体受有冲击及振动荷载作用时，应采用双层配筋。当壳体受有冲击及振动荷载作用时，应采用双层配筋。2021-10-2937375.3.4 圆顶薄壳的构造圆顶薄壳的构造1局部处理局部处理&由于支座环对壳板边缘变形的约束作用，壳板的边缘附近由于支座环对壳板边缘变形的约束作用，壳板的边缘附近将会产生经向的局部弯矩。将会产生经向的局部弯矩

30、。&将壳板靠近边缘部分局部加厚，并配置双层钢筋。边缘加将壳板靠近边缘部分局部加厚，并配置双层钢筋。边缘加厚部分须做成曲线过渡。加厚范围一般不小于壳体直径的厚部分须做成曲线过渡。加厚范围一般不小于壳体直径的1/12l/10，增加的厚度不小于壳体中间部分的厚度。，增加的厚度不小于壳体中间部分的厚度。&加厚区域内的钢筋宜径为加厚区域内的钢筋宜径为410mm，间距不大于，间距不大于200mm。须注意上层钢筋受拉，应保证其有足够的锚固长度。须注意上层钢筋受拉，应保证其有足够的锚固长度。&大跨度时，支座环宜采用预应力钢筋混凝土大跨度时，支座环宜采用预应力钢筋混凝土2021-10-2

31、938385.4 筒壳筒壳1特点特点&筒壳曲面呈单曲外形，也称柱面壳。筒壳曲面呈单曲外形，也称柱面壳。&零高斯曲率零高斯曲率&几何形状简单，模板制作容易，施工简单。几何形状简单，模板制作容易，施工简单。1组成组成&壳身壳身&侧边构件侧边构件&横隔构件横隔构件2021-10-2939395.4 筒壳筒壳1壳身壳身&壳身横截面的边线可以是圆弧形、椭圆形或其它形状的曲壳身横截面的边线可以是圆弧形、椭圆形或其它形状的曲线，多采用圆弧，施工方便。线，多采用圆弧，施工方便。1侧边构件侧边构件&与壳身共同工作，整体受力。与壳身共同工作，整体受力

32、。作为壳体的受拉区集中布置纵向受拉钢筋；作为壳体的受拉区集中布置纵向受拉钢筋；可提供较大的刚度，减少壳身的竖向位移与水平位移，可提供较大的刚度，减少壳身的竖向位移与水平位移，并对壳身的内力分布产生影响。并对壳身的内力分布产生影响。1横隔横隔&筒壳的横向支撑，确保壳身的形体。筒壳的横向支撑，确保壳身的形体。&承受壳身传来的顺剪力并将内力传到下部结构上去。承受壳身传来的顺剪力并将内力传到下部结构上去。2021-10-2940405.4 筒壳筒壳1尺寸定义尺寸定义&跨度：两个横隔之间的距离，跨度：两个横隔之间的距离，l1；&波长：两个侧边构件之间的距离，波长：两个侧边

33、构件之间的距离， l2；&截面高度：壳身包括侧边构件在内的高度，截面高度：壳身包括侧边构件在内的高度，h&矢高：不包括侧边构件在内的高度，矢高：不包括侧边构件在内的高度，f2021-10-2941415.4.1 筒壳的受力特点筒壳的受力特点1筒壳是空间结构，在荷载作用下产生的内力与普通筒壳是空间结构，在荷载作用下产生的内力与普通梁板结构不同，内力的计算出比普通梁板结构复众梁板结构不同，内力的计算出比普通梁板结构复众很多。很多。&内力计算薄壳计算中，弯曲内力可以忽略，只需计算薄膜内力计算薄壳计算中，弯曲内力可以忽略，只需计算薄膜内力。内力。&薄膜内力在壳体内引起的

34、应力是沿厚度均匀分布的，所以薄膜内力在壳体内引起的应力是沿厚度均匀分布的，所以材料强度的利用比较充分，因而结构比较经济。材料强度的利用比较充分，因而结构比较经济。&工程设计中常常尽可能减少弯曲应力。工程设计中常常尽可能减少弯曲应力。2021-10-2942425.4.1筒壳的受力特点筒壳的受力特点1壳体中实现薄膜内力状态需要满足的条件壳体中实现薄膜内力状态需要满足的条件&中面的曲率是连续变化的；中面的曲率是连续变化的；&壳体的厚度是逐渐变化的；壳体的厚度是逐渐变化的；&荷载是连续分布的；荷载是连续分布的；&壳体的支座只在中面的切线方向上阻止位移并产生反力

35、。壳体的支座只在中面的切线方向上阻止位移并产生反力。2021-10-2943435.4.1筒壳的受力特点筒壳的受力特点1以上条件不能满足时，会产生弯曲内力。以上条件不能满足时，会产生弯曲内力。&承受均匀荷载的筒壳屋盖有可能满足上述条件，因此在一承受均匀荷载的筒壳屋盖有可能满足上述条件，因此在一定条件下，有可能实现薄膜内力状态。定条件下，有可能实现薄膜内力状态。1计算理论计算理论&梁理论梁理论适用于长壳适用于长壳&薄膜理论薄膜理论仅考虑薄膜内力状态的计算理论，适用于短壳仅考虑薄膜内力状态的计算理论，适用于短壳&弯曲理论弯曲理论考虑弯曲内力的计算理论，或称有矩理论。

36、考虑弯曲内力的计算理论，或称有矩理论。2021-10-2944445.4.2 筒壳分类筒壳分类1按按l1/l2 的比值的比值&跨长跨长l1与波长与波长l2的比值不同时，筒壳的受力状态也不一样；的比值不同时，筒壳的受力状态也不一样；l1/l23，长壳；，长壳；l1/l20.5，短壳；，短壳；0.5 l1/l23，中长壳；，中长壳；2021-10-2945455.4.2 筒壳分类筒壳分类1长壳长壳&当当l1/l23时，称为长壳。时，称为长壳。最大可达最大可达34，长薄壳的跨长最大可达，长薄壳的跨长最大可达30m。1长壳受力特点和内力计算长壳受力特点和内力计算&横隔间距大，纵

37、向支承的柔性很大，横隔间距大，纵向支承的柔性很大，&相对而言，拱圈的刚度相对较大，可以看作是不变形的，相对而言，拱圈的刚度相对较大，可以看作是不变形的，&筒壳的受力情况象曲线截面的梁一样，其计算理论与曲线筒壳的受力情况象曲线截面的梁一样，其计算理论与曲线截面梁相似，按材料力学计算截面梁相似，按材料力学计算2021-10-2946465.4.2 筒壳分类筒壳分类1长壳按梁理论的截面应力长壳按梁理论的截面应力2021-10-2947475.4.2 筒壳分类筒壳分类1短壳短壳&当当l1/l2 0.5时，称为短壳，一般为多跨。时，称为短壳，一般为多跨。&短壳受力特点和内

38、力计算短壳受力特点和内力计算横隔间距小，纵向支承的刚度很大，横隔间距小，纵向支承的刚度很大，相对而言，拱圈的刚度相对较小，相对而言，拱圈的刚度相对较小，壳体的弯曲内力很小，可以忽略不计，壳体的主要内壳体的弯曲内力很小，可以忽略不计，壳体的主要内力是薄膜内力，按薄膜理论计算力是薄膜内力，按薄膜理论计算1中长壳中长壳&0.5 l1/l23，称为中长壳；，称为中长壳；&中长壳受力特点和内力计算中长壳受力特点和内力计算壳体的薄膜内力和弯曲内力均应考虑，壳体的薄膜内力和弯曲内力均应考虑，按有矩理论计算按有矩理论计算2021-10-2948485.4.2 筒壳构造筒壳构造1短壳短壳&

39、;壳板矢高：矢高壳板矢高：矢高f 不应小于不应小于l2/8&壳板厚度壳板厚度壳板内的应力不大，通常不必计算，可按跨度及施工壳板内的应力不大，通常不必计算，可按跨度及施工条件决定其厚度。条件决定其厚度。对普通跨度（对普通跨度（ l1=612m，l2=1830m）的屋盖，当矢高）的屋盖，当矢高不小于不小于l2/8时，按下表时，按下表横隔的间距（横隔的间距（m）6789101112壳板厚（壳板厚（mm） 50606070708080901002021-10-2949495.4.2 筒壳构造筒壳构造1短壳短壳&边梁边梁壳板的边框，与壳板整体受力，并可以使壳板的水平壳板的边框，与壳板整体

40、受力，并可以使壳板的水平位移得以减少；位移得以减少；是筒壳屋面的汇水排水的关键要塞。是筒壳屋面的汇水排水的关键要塞。边梁形式的选择应结合对结构有利和建筑排水方便来边梁形式的选择应结合对结构有利和建筑排水方便来考虑。考虑。&边梁截面边梁截面宜采用矩形截面，宜采用矩形截面，高度一般为高度一般为(1/151/10) l1，不应小于，不应小于l1 /15，宽度为高度的宽度为高度的1/52/5。2021-10-2950505.4.2 筒壳构造筒壳构造1横隔横隔&构件宜采用拉杆拱。构件宜采用拉杆拱。&当波长较大时，也可采用拱形衍架。当波长较大时，也可采用拱形衍架。&横隔构件

41、的间距一般采用横隔构件的间距一般采用612m。&短壳的空间作用明显，短壳的空间作用明显，壳板内配筋可采用壳板内配筋可采用f f4f f6100160mm的双向钢筋网，的双向钢筋网，配筋率不应低于配筋率不应低于0.2%。2021-10-2951515.4.2 筒壳构造筒壳构造1长壳壳板长壳壳板&为了保证壳体的强度和刚度，壳体截面的总高度为了保证壳体的强度和刚度，壳体截面的总高度h不应小不应小于（于（1/101/15）l1；采用预应力钢筋混凝土边梁的壳体可；采用预应力钢筋混凝土边梁的壳体可适当减少，与壳体截面对应的圆心角以适当减少，与壳体截面对应的圆心角以6090o为宜。为宜。&a

42、mp;矢高矢高 f 不应小于不应小于1/8l2&壳板边缘处坡度不宜超过壳板边缘处坡度不宜超过40o，避免浇灌混凝土时自然塌，避免浇灌混凝土时自然塌落，否则须上、下两面支模。落，否则须上、下两面支模。&壳板的厚度可取壳板的厚度可取1/3001/500l2，但不小于，但不小于50mm。&长壳的配筋应按计算确定。长壳的配筋应按计算确定。2021-10-2952525.4.2 筒壳构造筒壳构造1长壳侧边构件（边梁）长壳侧边构件（边梁）&壳板的边框，与壳板整体受力，并可以使壳板的水平位移壳板的边框，与壳板整体受力，并可以使壳板的水平位移得以减少；得以减少；&是筒壳

43、屋面的汇水排水的关键要塞。是筒壳屋面的汇水排水的关键要塞。&边梁形式的选择应结合对结构有利和建筑排水方便来考虑。边梁形式的选择应结合对结构有利和建筑排水方便来考虑。2021-10-2953535.4.2 筒壳构造筒壳构造1长壳常用的边梁形式长壳常用的边梁形式&a：边梁竖放，截面高度大，对薄壳的受力有利；：边梁竖放，截面高度大，对薄壳的受力有利；&b：边梁平放，边梁的水平刚度大，有利于减小壳板的水：边梁平放，边梁的水平刚度大，有利于减小壳板的水平位移，但由于边梁的截面高度小的缘故，故此形式多用平位移，但由于边梁的截面高度小的缘故，故此形式多用于边梁下有墙或其它支承的情况；

44、于边梁下有墙或其它支承的情况；2021-10-2954545.4.2 筒壳构造筒壳构造1长壳常用的边梁形式长壳常用的边梁形式&c：边梁适用于小型的圆柱壳；：边梁适用于小型的圆柱壳；&d：边梁用于兼做排水天沟。：边梁用于兼做排水天沟。边梁与壳板交接处附近的壳板均应局部加厚，这是因边梁与壳板交接处附近的壳板均应局部加厚，这是因为该处的横向弯矩较大之故。为该处的横向弯矩较大之故。2021-10-2955555.4.2 筒壳构造筒壳构造1长壳横隔构件长壳横隔构件&横隔构件是壳板及边梁的支承构件，它承受壳板及边梁传横隔构件是壳板及边梁的支承构件，它承受壳板及边梁传来的剪力。来的剪

45、力。&常见的横隔构件常见的横隔构件弧形横隔梁弧形横隔梁2021-10-2956565.4.2 筒壳构造筒壳构造1长壳横隔构件长壳横隔构件&横隔构件是壳板及边梁的支承构件，它承受壳板及边梁传横隔构件是壳板及边梁的支承构件，它承受壳板及边梁传来的剪力。来的剪力。&常见的横隔构件常见的横隔构件拱形横隔梁拱形横隔梁2021-10-2957575.4.2 筒壳构造筒壳构造1长壳横隔构件长壳横隔构件&横隔构件是壳板及边梁的支承构件，它承受壳板及边梁传横隔构件是壳板及边梁的支承构件，它承受壳板及边梁传来的剪力。来的剪力。&常见的横隔构件常见的横隔构件等高横隔梁等高横隔

46、梁2021-10-2958585.4.2 筒壳构造筒壳构造1长壳横隔构件长壳横隔构件&横隔构件是壳板及边梁的支承构件，它承受壳板及边梁传横隔构件是壳板及边梁的支承构件，它承受壳板及边梁传来的剪力。来的剪力。&常见的横隔构件常见的横隔构件桁架横隔梁桁架横隔梁2021-10-2959595.4.2 筒壳构造筒壳构造1长壳横隔构件长壳横隔构件&横隔构件是壳板及边梁的支承构件，它承受壳板及边梁传横隔构件是壳板及边梁的支承构件，它承受壳板及边梁传来的剪力。来的剪力。&常见的横隔构件常见的横隔构件拉杆拱横隔拉杆拱横隔2021-10-2960605.4.2 筒壳构造筒壳构造1

47、长壳横隔构件长壳横隔构件&横隔构件是壳板及边梁的支承构件，它承受壳板及边梁传横隔构件是壳板及边梁的支承构件，它承受壳板及边梁传来的剪力。来的剪力。&常见的横隔构件常见的横隔构件悬挑桁架横隔悬挑桁架横隔2021-10-2961615.4.2 筒壳构造筒壳构造1壳板天窗孔处理壳板天窗孔处理&长薄壳上开洞时，洞口宜在壳顶长薄壳上开洞时，洞口宜在壳顶沿纵向布置。洞宽（横向尺寸）沿纵向布置。洞宽（横向尺寸）不宜超过不宜超过1/41/3l2，洞长（纵向尺，洞长（纵向尺寸）可不加限制。寸）可不加限制。&孔洞的四周应镶钢筋混凝土边框孔洞的四周应镶钢筋混凝土边框以加固洞口，沿纵向

48、还必须相隔以加固洞口，沿纵向还必须相隔23米设置横撑以加强边框的稳定米设置横撑以加强边框的稳定和保证两边壳板的空间工作。和保证两边壳板的空间工作。2021-10-2962625.4.2 筒壳应用筒壳应用1圆柱壳由于使用跨度大，平面进深也大，支承结构圆柱壳由于使用跨度大，平面进深也大，支承结构可以多样化，可根据建筑空间和造型的不同需要去可以多样化，可根据建筑空间和造型的不同需要去选择，所以，这种薄壳广泛应用于单层工业厂房和选择，所以，这种薄壳广泛应用于单层工业厂房和各种公共建筑如展览馆等。各种公共建筑如展览馆等。1可以根据建筑的使用需要，做成单波单跨、单波多可以根据建筑的使用需要，做成单波单跨、

49、单波多跨、多波单跨及多波多跨等各种形式。跨、多波单跨及多波多跨等各种形式。2021-10-2963635.5 双曲扁壳双曲扁壳1扁壳定义扁壳定义&薄壳的矢高薄壳的矢高f与被其覆盖的底面最短边与被其覆盖的底面最短边a之比之比f/a1/51双曲扁壳的特点双曲扁壳的特点&壳体的两个互相垂直的平面上都有曲率壳体的两个互相垂直的平面上都有曲率&矢高小，结构所占空间小，造型美观。矢高小，结构所占空间小，造型美观。&可以是单波、多波。可以是单波、多波。2021-10-2964645.5 双曲扁壳双曲扁壳1双曲扁壳的组成双曲扁壳的组成&由壳板和周边竖直的边缘构件由壳板和周边竖直的边缘构件(或称横隔构件或称横隔构件)组成。组成。&壳板壳板