第五章钢筋混凝土空间薄壁结构

第五章钢筋混凝土空间薄壁结构第1页，共77页。第五章钢筋混凝土空间薄壁结构

5.1概述

平面结构——自身平面内受力，构件之间需额外设置支撑以实现另一方向的安全性和稳定性。空间结构——空间结构指结构构件三向受力的，大跨度的，用空间受力体系承担荷载的结构。

薄壁结构——结构的厚度远较长度为小，一般由金属或钢筋混凝土制成，并布置成空间受力体系。第2页，共77页。

第3页，共77页。

自然界中的空间薄壁结构鸡蛋：直径50mm，壁厚0.2mm，

厚度为跨度的1/250第4页，共77页。第五章钢筋混凝土空间薄壁结构

5.1.1薄壳结构的概念

壳体结构——上下两个几何曲面所构成的薄壁空间结构。壳体厚度——两个几何曲面距离称为壳体的厚度δ，可分为等厚度壳，变厚度壳。

薄壳——壳体的厚度δ远小于壳体的最小曲率半径R时，即称为薄壳。第5页，共77页。

随着计算机分析软件的运用和建筑施工技术的进步，空间结构比平面结构的技术经济优势日益凸显。钢筋混凝土大跨度薄壁结构——

1、由曲面形薄板构成的薄壁结构

2、由平板构成的折板、雁形板、幕结构第6页，共77页。

高斯曲率曲面上任意点的两个主曲率为K1、K2，则该点的高斯曲率表示为：K=K1K2当两个主方向的曲率半径在曲面的同一侧时，K1K2同号，K为正高斯曲率第7页，共77页。高斯曲率左图为负高斯曲率曲面左图为正高斯曲率曲面K=K1K2第8页，共77页。壳体的矢率=f/a曲面覆盖底面的短边是a曲面最高点至底面距离为矢高f矢率很小的壳体称为扁壳，矢率大的壳体称为陡壳一般当f/a《=1/5时，可按扁壳结构计算。第9页，共77页。

壳体结构的中曲面——等分壳体厚度的几何曲面称为壳体的中曲面。如何确定壳体的几何形状和全部尺寸——依据中曲面的几何性质和壳体厚度δ。

依据中曲面的方程描述整个结构的变形和内力。壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，而不是增大其结构截面尺寸取得的。第10页，共77页。5.1.2薄壳结构的曲面形式

1、旋转曲面

一条剖面线绕一个旋转轴旋转形成的

曲面。第11页，共77页。

第12页，共77页。2、平移曲面

一条竖向曲线做母线，沿着另一条竖向曲线（导线）平行移动所形成曲面。第13页，共77页。

第14页，共77页。

第15页，共77页。3、直纹曲面

一条直线（母线）的两端分别沿二固定曲线（导线）移动所形成曲面。第16页，共77页。

双曲抛物面也是直纹曲面第17页，共77页。

第18页，共77页。5.1.3薄壳结构的内力为了方便计算，一般不用应力作为计算单位，而是以中曲面单位长度上的内力作为计算单位。内力有8对，分为两类：1、作用于中曲面以内的薄膜内力；2、作用于中曲面以外的弯曲内力。第19页，共77页。理想的薄膜没有抵抗弯曲和扭曲的能力。薄膜内力是壳体结构中主要内力的条件：1、δ≤R/20；2、具有均匀连续变化的曲面；3、荷载是连续分布的；4、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。第20页，共77页。5.1.4薄壳结构的施工方法1、现浇混凝土壳体2、预制单元，高空装配3、地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升4、装配整体式叠合壳体5、采用柔膜喷涂成壳第21页，共77页。5.2圆顶适用于平面为圆形的大跨度建筑。天文馆最常用的结构形式第22页，共77页。第23页，共77页。第24页，共77页。5.2.1圆顶的结构组成及结构形式圆顶结构由壳身、支座环、下部支撑构件三部分组成。第25页，共77页。5.2.1圆顶的结构组成及结构形式圆顶结构由壳身、支座环、下部支撑构件三部分组成。第26页，共77页。5.2.1圆顶的结构组成及结构形式圆顶结构由壳身、支座环、下部支撑构件三部分组成。第27页，共77页。5.2.1圆顶的结构组成及结构形式圆顶结构由壳身、支座环、下部支撑构件三部分组成。第28页，共77页。第29页，共77页。第30页，共77页。5.2.2圆顶的受力特点1）圆顶的破坏图形第31页，共77页。第32页，共77页。第33页，共77页。3)支座环的受力第34页，共77页。5.2.3圆顶的结构构造1）厚度为半径的1/600，受施工工艺限制，现浇和预制时有最小厚度要求；2）如何配筋？3）靠近壳体边缘处承受弯矩作用，应适当加厚；4）支座环梁可采用预应力梁；5）壳体上开洞需设内环梁；6）装配整体式圆顶的壳面划分。第35页，共77页。5.2.4工程案例第36页，共77页。5.2.4工程案例第37页，共77页。第38页，共77页。第39页，共77页。第40页，共77页。5.3筒壳与锥壳单向有曲率的薄壳，零高斯曲率壳。5.3.1筒壳的结构组成第41页，共77页。5.3.2筒壳的受力特点筒壳与筒拱的区别：相同处与不同处筒壳：横向拱的作用与纵向梁的作用的综合。长壳：跨度/波长大于等于3短壳：跨度/波长小于等于1/2中长壳:上述范围外的筒壳第42页，共77页。第43页，共77页。5.3.3筒壳的结构构造1、短壳：矢高大于波长的1/8，空间作用明显，壳体内力以薄膜内力为主，弯矩极小，按构造配筋。2、长壳：长壳截面高度建议取用跨长的1/10~1/15，壳板的矢高不应小于波长的1/8，板厚取波长的1/300~1/500且大于50mm。第44页，共77页。5.3.4筒壳结构的工程实例1、同济大学礼堂第45页，共77页。2、山西平遥县棉织厂第46页，共77页。第47页，共77页。第48页，共77页。第49页，共77页。第50页，共77页。第51页，共77页。第52页，共77页。第53页，共77页。第54页，共77页。5.4双曲扁壳扁壳：矢高与覆盖底边最短边之间的比值小于等于1/5。5.4.1双曲扁壳的结构组成第55页，共77页。5.4.2双曲扁壳的受力特点第56页，共77页。5.4.3双曲扁壳的结构构造5.4.4双曲扁壳的工程实例第57页，共77页。第58页，共77页。5.4双曲抛物面扭壳第59页，共77页。第60页，共77页。5.5折板第61页，共77页。5.5折板5.5.1折板结构的组成第62页，共77页。第63页，共7