壳体结构知识点(29页)PPT.ppt

补充：折板结构 3.7 壳体结构 壳体结构由曲面形板与边缘构件（梁、拱或桁架）组成的空间结构。 壳体结构具有很好的空间传力性能，能以较小的构件厚度形成承载能力高、刚度大的承重结构，能覆盖或围护大跨度的空间而不需中间支柱，能兼承重结构和围护结构的双重作用，从而节约结构材料。 壳体结构可做成各种形状，以适应工程造形的需要，因而广泛应用于工程结构中，如大跨度建筑物顶盖、中小跨度屋面板、工程结构与衬砌、各种工业用管道压力容器与冷却塔、反应堆安全壳、无线电塔、贮液罐等。 工程结构中采用的壳体多由钢筋混凝土做成，也可用钢、木、石、砖或玻璃钢做成。 中国国家大剧院位于北京市中心天安门广场西，人民大会堂西侧，西长安街以南，由国家大剧院主体建筑及南北两侧的水下长廊、地下停车场、人工湖、绿地组成，总占地面积11.89万平方米，总建筑面积约16.5万平方米，其中主体建筑10.5万平方米，地下附属设施6万平方米，总投资额26.88亿人民币（大剧院必威体育精装版公布的造价数字是31亿元人民币）。 由法国建筑师保罗·安德鲁主持设计，设计方为法国巴黎机场公司。 南通体育会展中心体育场 悉尼歌剧院 3.7.1 概述 圆形筒仓（1/10）、万神庙（43.6m；7-0.6m） 罗马小体育馆,61m；壁壳25mm；肋条110mm 几何特征—曲面; 结构特征—空间薄壁结构; 受力特征—薄膜内力（拉压剪，以压为主）; 破坏特征—压屈失稳; 目前的构造做法和施工技术： 采用骨架式壳面；用预制装配式分片式浇筑；重复使用模具，利用永久性模具和充气模具。 壳体结构（shell structure）由曲面形板与边缘构件（梁、拱或桁架）组成的空间结构。 壳体结构具有很好的空间传力性能，能以较小的构件厚度形成承载能力高、刚度大的承重结构，能覆盖或围护大跨度的空间而不需中间支柱，能兼承重结构和围护结构的双重作用，从而节约结构材料。 当整个薄壳的所有横截面均没有弯矩和扭矩时，由中面的拉伸、压缩、剪切变形产生的正向力和顺剪力被称为理想的薄膜内力。 壳 体 曲 面 3.7.2 壳体结构的曲面形式 直纹平移曲面 曲纹平移曲面 （1）旋转曲面 （2）平移曲面 上述各类的曲面的切割组合 壳体曲面的几何性质： （1）旋转曲面：母线绕平面内一根轴线旋转而成 1）球形曲面（1） 2）圆锥曲面（2） 3）旋转双曲面（3） （2）直纹平移曲面：直母线，两端各沿两固定曲导线平行 移动而成 1）柱曲面（4、5） 2）锥面（6、7） 3）扭面（8） 3.7.2 壳体结构的曲面形式 运动的线段称为的母线 控制母线运动的线为导线 （3）曲纹平移曲面 椭圆抛物面：竖向曲母线沿另一竖向曲导线平移而成 双曲抛物面：母线与导线均为抛物线，但曲率相反 （4）上述三种曲面切割、组合形成的曲面 其他的曲面划分方法（略）： （1）曲率半径R和曲率1/R （2）主曲率1/R1、1/R2和高斯曲率K （3）单曲面（展开面） 双曲面（不可展开面） （4）按高斯曲率划分 正高斯曲率壳、负高斯曲率壳、零高斯曲率壳 3.7.3 圆球壳体 （1）圆球壳体 是圆球体的一个截段，为旋转曲面族，属于正高斯 曲率的同向双曲面壳。 在轴对称竖向或经向荷载作用下，竖拱上半部有下陷的倾向，下半部有外扩的倾向。这种倾向被水平圆环所阻。使得上半部水平圆环受压、下半部水平圆环受拉。 界限： φ =45-52° 对非半圆球壳结构（φ＜90°）的组成和受力的概念相同。大部分处于薄膜状态，其内力称薄膜内力，只有局部区域产生弯曲。 壳体处于薄膜状态的条件： 壳体边缘的支承方向应在其中面的切线的方向，而且允许壳体沿中面法线方向自由变形。 壳体所受荷载应连续分布，集中荷载下有弯曲内力。 壳体的厚度和曲率都是逐渐变化的。 当球壳是支承在环梁、斜拱或斜柱上时，这些支承会约束壳体受载后的变形，产生局部弯曲及局部区域的弯曲应力。 球壳承受的薄膜内力（略） （1）承受沿球面的法向荷载q （2）在竖向均布活载p作用下: 支承环对壳身边缘有约束作用。在支承环附近的狭窄区域内发生数值不甚大且衰减很快的经向弯矩。所以壳身在支承环附近适当加厚并配双层钢筋，也可以采用预应力混凝土支承环。 （2）骨架式壳体 由刚性杆件组成，除承受轴向内力外，也可承受弯矩； 1）径向肋式（a）：取消壳面，保留径向肋和水平环梁（或取消壳面和水平环梁，在径向肋条间再做平行的次肋条） 2）网格式（b、c、d）：取消壳面和所有径向及环梁 3）同心环梁式（e、f）：同径向肋式但方格间加设斜杆或交叉斜杆（或取消肋条，在环梁间形成三角形网格） 网 状 筒