建筑结构选型-第五章钢筋混凝土空间薄壁结构.ppt
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1、,第5章 钢筋混凝土 空间薄壁结构,1.概念 2.圆顶 3.筒壳和锥壳 4.双曲扁壳 5.扭壳 6.折板 7.雁形板 8.幕结构,天津南美风情酒店 (水母酒店),1.概述,薄壁结构的概念,结构的厚度远小于长度和宽度,一般由金属或钢筋混凝土材料制成, 受力特点为空间受力体系。,1.概述,1.1 薄壳结构的概念,概念: 壳体结构:上下两个几何曲面构成的薄壁空间结构 等厚度壳:两个曲面之间的距离(壳体的厚度)处处相等 薄壳:壳体的厚度远小于最小曲率半径R时称为薄壳,1.概述,1.1 薄壳结构的概念,受力主要为力矩(双向弯矩和扭矩),薄壳:受力主要为双向轴力和顺剪力,利用其空间几何形状的合理性,空间受
2、力 实现了很大的强度和刚度,薄壳与平板受力比较,1.概述,1.1 薄壳结构的概念,1.“薄”,优点材料省,经济; 自重小,适合大跨度; 曲面多样化,建筑造型丰富。,薄壳结构的特点,2.“空间受力”,优点内力比较均匀,强度大,刚度大; 空间整体工作性能好。,3.缺点:体型复杂,现浇施工时费工费料,施工不便; 板厚太小,隔热效果不够好; 长期日晒雨淋容易开裂; 壳伴天棚曲面容易引起室内声音反射和混响, 大会堂、影剧院、体育馆等不宜采用。,K=k1k2,一开口壳体的中曲面,a : 被这个曲面所覆盖的底面最短边,壳顶: 底面以上的中曲面上的最高点O,矢高f: 壳顶到底面之间的距离,矢率:f/a;矢率很
3、小的壳体称为扁壳,钢筋混凝土结构中,f/a1/5时,可按扁壳结构,壳体的参数,1.概述,1.2 薄壳结构的曲面形式,(1)旋转曲面: 由一条平面曲线绕该平面内某一给定直线旋转一周所形成的曲面,冷却塔,1.概述,1.2 薄壳结构的曲面形式,(2)平移曲面: 由一条竖向曲线(母线)沿另一条竖向曲线(导线)平行移动 形成的曲面,椭圆抛物面,1.概述,1.2 薄壳结构的曲面形式,(2)平移曲面: 由一条竖向曲线沿另一条竖向曲线(母线)平行移动形成的曲面,双曲抛物面,双曲抛物面,1.概述,1.2 薄壳结构的曲面形式,(3)直纹曲面: 由一段直线(母线)的两端分别沿两固定曲线(导线)移动形成,柱面(圆柱面
4、、椭圆柱面、抛物柱面等),柱状面,1.概述,1.2 薄壳结构的曲面形式,(3)直纹曲面: 由一段直线(母线)的两端分别沿两固定曲线(导线)移动形成,锥形面、劈锥曲面,锥形面、劈锥曲面,1.概述,1.2 薄壳结构的曲面形式,(3)直纹曲面: 由一段直线(母线)的两端分别沿两固定曲线(导线)移动形成,扭曲面,1.概述,1.3 薄壳结构的内力,壳体结构的内力 薄膜内力,(计算单位:中曲面单位长度的内力),1.概述,1.3 薄壳结构的内力,薄膜内力,(计算单位:中曲面单位长度的内力),薄膜内力是主要内力的条件:,(1)曲面结构壁厚满足,(2)壳体曲面均匀连续变化,(3)壳体上的荷载均匀连续分布,(4)
5、壳体各边界能沿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,1.概述,1.4 薄壳结构的施工,(1)现浇混凝土壳体 特点:整体性最好; 费支架和模板; 曲面模板制作费料费工; 混凝土质量不易保证。,1.概述,1.4 薄壳结构的施工,(2)预制单元、高空装配成整体壳体 特点:模板量少; 高空作业量大大减少,故工期短; 缺点是整体抗震性能较差。,1.概述,1.4 薄壳结构的施工,(3)地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升 特点:高空作业量减少; 脚手架减少; 提升时需要临时加固。,1.概述,1.4 薄壳结构的施工,(4)装配整体式叠合壳体 (钢丝网水泥薄板做模板),(5)柔模喷涂成
6、壳体 (抗拉性能比较好的柔性材料做模板, 如棉麻织物、草苇、钢丝网等),1.5 预应力薄壳结构,圆顶是正高斯曲率的旋转曲壳,其形式有:球面壳、椭球面壳、旋转抛物面壳,2.圆顶,适用于平面为圆形的建筑,如展览馆、天文馆、圆形水池的顶盖等,穹拱式的造型及其四周传力的受力特点,可以实现跨度很大厚度却很薄,同时壳体内力很小。圆顶结构用料很少。,直径25m半球形圆顶 壳体厚度60mm 施工方法:喷射法 自重200kg/m2,椭球面壳,2.1圆顶的结构组成及结构型式,1)壳身结构,2.圆顶,采光要求;集中力时; 厚度太小;装配整体式结构时,最常见,建筑平面为正多边形时,意大利 佛罗伦萨 圣玛利亚白花大教堂
7、 (文艺复兴时期) (世界上第一座大圆顶),2.1圆顶的结构组成及结构型式,2)支座环,2.圆顶,2)支座环,横截面型式,2.1圆顶的结构组成及结构型式,3)支撑结构,2.圆顶,支撑在竖向承重结构上(墙、柱等),支座环承担径向推力的水平分量 竖向支撑承担径向推力的竖直分量,支撑在竖向承重结构上(墙、柱等),支撑在竖向承重结构上(墙、柱等),支撑在竖向承重结构上(墙、柱等),2.1圆顶的结构组成及结构型式,3)支撑结构,2.圆顶,支撑在斜柱或斜拱上,缺点: 柱脚或拱脚使基础受到水平推力,优点: 平、立面布置灵活,表现力比较强,2.1圆顶的结构组成及结构型式,3)支撑结构,2.圆顶,支撑在斜柱或斜
8、拱上,2.1圆顶的结构组成及结构型式,3)支撑结构,2.圆顶,支撑在框架上,由框架将水平推力传给基础。框架要有足够刚度。,2.1圆顶的结构组成及结构型式,3)支撑结构,2.圆顶,直接落地并支撑在基础上,球壳边缘全部落地,基础同时作为受拉支座环梁; 割球壳,基础必须能够承受水平拉力(可以在各基础之间设拉杆平衡),2.2 圆顶的受力特点,1)圆顶的破坏图形,2.圆顶,均布竖向荷载作用下, 球壳上部承受环向压力, 下部承受环向拉力 由于砖砌体或混凝土的抗拉强度较低 所以,球壳首先在圆顶下部沿经向出险多条裂缝 此时支座环内的钢筋发挥作用 荷载进一步加大,钢筋屈服,圆顶破坏,2.2 圆顶的受力特点,2)
9、圆顶的薄膜内力,2.圆顶,单位环向弧长的经向轴力,单位经向弧长的环向轴力,2.2 圆顶的受力特点,2)圆顶的薄膜内力,2.圆顶,球形圆拱在自重作用下薄膜内力沿经线的变化,2.2 圆顶的受力特点,3)支座环的受力,2.圆顶,利用薄膜内力N1计算,壳身在支座环处的经向轴力N1 全部直接传给下部结构, 支座环拉力为零,2.2 圆顶的受力特点,3)支座环的受力,2.圆顶,利用薄膜内力N2计算,2.3 圆顶工程实例(罗马小体育馆),2.圆顶,巨大荷叶似的屋顶。反扣在36根丫形斜倾的柱子上,整个屋顶采用棱形槽板拼接而成,其用去了大大小小厚度只有25毫米的棱形槽板1620块。在槽板与槽板之间的空隙放上钢筋,
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- 建筑结构 选型 第五 钢筋混凝土 空间 薄壁 结构
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