建筑結(jié)構(gòu)選型------薄壁空間結(jié)構(gòu)

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1、建筑結(jié)構(gòu)選型第6章薄壁空間結(jié)構(gòu)內(nèi)容提要概述圓頂筒殼折板雙曲扁殼雙曲拋物面扭殼空間薄壁空間的其它形式概述薄殼結(jié)構(gòu)的概念1.殼體結(jié)構(gòu)的定義、幾何尺寸及分類定義：殼體結(jié)構(gòu)，也稱曲面結(jié)構(gòu)，一般是由上下兩個(gè)幾何曲面構(gòu)成的空間薄劈結(jié)構(gòu)。厚度：上下兩個(gè)曲面之間的距離稱為殼體的厚度t。等厚殼體與變厚殼體：當(dāng)厚度t不隨坐標(biāo)位置的不同而改變時(shí)稱為等厚度殼，反之稱為變厚度殼。薄殼、厚殼或中厚殼：當(dāng)厚度t遠(yuǎn)小于殼體的最小曲率半徑R(t<

2、的曲面B.切平面—通過曲面一點(diǎn)并垂直于通過該點(diǎn)法線的平面，如圖中的o1n1C.法平面—通過曲面法線的平面，通過曲面某點(diǎn)的法平面有無數(shù)個(gè)D.法截線—法平面與曲面相交的曲線E.法曲率—法截線在曲面上某點(diǎn)的曲率F.主曲率—法截線在曲面上某點(diǎn)所有曲率的極值（有兩個(gè)，分別為極大值和極小值）G.主方向—曲面上某點(diǎn)與其主曲率對(duì)應(yīng)的法截線的切線方向H.曲率線—曲面上各點(diǎn)與其主曲率對(duì)應(yīng)的法截線概述薄殼結(jié)構(gòu)的概念2.描述殼體結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念I(lǐng).高斯曲率—曲面上某點(diǎn)兩個(gè)主曲率乘積J.殼頂—在曲面以上的中曲面的最高點(diǎn)，如下圖的o點(diǎn)K.矢高—?dú)ろ數(shù)降酌娴木嚯x，如右圖的fL.矢率—矢高與底面短邊之比，即右圖

3、中的f/aM.扁殼與陡殼—矢率較小者為扁殼，較大者為陡殼，工程上常以f/a=1/5為界限概述薄殼結(jié)構(gòu)的概念3.殼體結(jié)構(gòu)相對(duì)梁、拱的力學(xué)特性A.梁—主要受彎剪，截面應(yīng)力不均勻B.拱—主要受壓，截面應(yīng)力均勻?？烧业脚c某種特定荷載的合理軸線。C.殼—相當(dāng)于雙向拱，主要受薄膜軸力和薄膜剪力，對(duì)荷載的適應(yīng)性更強(qiáng)。概述薄殼結(jié)構(gòu)的概念4.殼體結(jié)構(gòu)實(shí)例A.自然界中的殼體結(jié)構(gòu)蛋殼蚌殼螺螄殼蝸牛殼腦殼果殼種子概述薄殼結(jié)構(gòu)的概念4.殼體結(jié)構(gòu)實(shí)例B.生活中的殼體結(jié)構(gòu)乒乓球罐燈泡安全帽輪船飛機(jī)概述薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式1.旋轉(zhuǎn)曲面旋轉(zhuǎn)曲面：由一條平面曲線繞著該平面內(nèi)某一給定直線旋轉(zhuǎn)一周所形成的曲面。旋轉(zhuǎn)殼：

4、以旋轉(zhuǎn)曲面為中曲面的殼體。母線：即繞旋轉(zhuǎn)曲轉(zhuǎn)動(dòng)的曲線。旋轉(zhuǎn)軸：旋轉(zhuǎn)時(shí)不動(dòng)的直線。球形殼橢球殼拋物球殼雙曲球殼圓柱殼錐形殼雙曲球殼概述薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式2.平移曲面由一條豎向曲線作母線沿著另一豎向曲線（導(dǎo)線）平行移動(dòng)所形成的曲面。橢圓拋物面雙曲拋物面概述薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式3.直紋曲面由一段直線（母線）的兩端分別沿兩固定曲線（導(dǎo)線）移動(dòng)所形成的曲面。圓柱面橢圓柱面拋物柱面A.柱形面由一段直線作母線沿著兩條相同且平行的曲線（導(dǎo)線）平行移動(dòng)所形成的曲面。概述薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式3.直紋曲面B.劈錐曲面由一段直線一端沿拋物線（或圓?。?，另一端沿直線與指向平面平行移動(dòng)所形成的曲面。劈錐曲面C

5、.扭曲面由一段直線作母線沿兩根相互傾斜但又不相交的直導(dǎo)線平行移動(dòng)所形成的曲面。它也可以看成是雙曲拋物面的一部份。扭曲面雙曲拋物面雙曲拋物面中的abcd為扭曲面圓頂概述1.定義圓頂為正高斯曲率的旋轉(zhuǎn)曲面殼。2.類型球面殼橢球殼旋轉(zhuǎn)拋物面殼3.建筑與力學(xué)特點(diǎn)穹拱式的造型，四周傳力的特點(diǎn)，使得其在大跨度時(shí)仍可用很薄的殼，且殼身應(yīng)力很小，殼厚常按構(gòu)造及穩(wěn)定來確定即可。4.應(yīng)用及實(shí)例殼體失穩(wěn)圓頂適用于平面為圓形的建筑，如雜技院，劇院，展覽館，天文館，圓形水池頂蓋等。北京天文館，R=25m，t=60mm，結(jié)構(gòu)自重僅約2kN/m2。北京天文館圓頂結(jié)構(gòu)組成及形式1.結(jié)構(gòu)組成由殼身、支座環(huán)和下部

6、支承結(jié)構(gòu)三部份組成。2.殼身結(jié)構(gòu)的形式最常見為平滑圓頂因采光、穩(wěn)定需要或受集中荷載或采用裝配整體式結(jié)構(gòu)時(shí)，可用肋形圓頂。當(dāng)跨度不大時(shí)，肋形圓頂可僅設(shè)經(jīng)肋；當(dāng)建筑平面為正多邊形時(shí)，可采用多面圓頂結(jié)構(gòu)。為建筑造型需要，可將多面圓頂稍作修改。圓頂結(jié)構(gòu)組成及形式3.支座環(huán)的截面形式圓頂?shù)闹ёh(huán)相當(dāng)于拱的拉桿，主要為受拉，可采用普通或預(yù)應(yīng)力混凝土梁。當(dāng)圓頂不是支承在墻上而是柱上時(shí)，還同時(shí)受彎、剪、扭的作用。4.支承結(jié)構(gòu)的形式A.直接支承在柱或墻等豎向承重構(gòu)件上優(yōu)點(diǎn)：受力明確，構(gòu)造簡單；缺點(diǎn)：跨度大時(shí)，推力大；表現(xiàn)力不夠豐富B.支承在斜柱或斜拱上優(yōu)點(diǎn)：平、立面布置靈活，表現(xiàn)力強(qiáng)；缺點(diǎn)：需基

7、礎(chǔ)承受水平推力復(fù)式斜拱支承單式斜拱和交叉形斜柱支承Y形斜柱支承C.框架支承D.落地支承圓頂結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.殼板厚度t=R/600，且現(xiàn)澆時(shí)≥40mm，裝配整體式時(shí)≥30mm。2.殼板配筋A(yù).受壓區(qū)或主拉應(yīng)力小于砼抗拉強(qiáng)度的受拉區(qū)，按構(gòu)造配筋最小配筋率：0.2%；最小直徑：4mm；最大間距：250mm。B.主拉應(yīng)力大于砼抗拉強(qiáng)度的受拉區(qū)，按計(jì)算配筋最大間距：150mm。C.配筋形式及位置t≤60mm時(shí)：可僅在殼板中截面單層配筋；t>60mm或受沖擊或振動(dòng)荷載時(shí)：應(yīng)雙層配筋；3.支座環(huán)附近構(gòu)造及配筋