1、 薄壁空間結構 第一節第一節 概述概述基本概念殼體結構一般是由上下兩個幾何曲面構成的空間薄壁結構。這兩個曲面間的距離稱為殼體的厚度。平分殼體厚度的曲面為殼體的中面。當殼厚遠小于殼體的最小曲率半徑時，稱為薄殼。 法線法截面法截線法曲率主曲率 ， 兩方向正交高斯曲率：兩主曲率的乘積。正高斯曲率曲面，球面、橢圓拋物面零高斯曲面，柱面、錐面負高斯曲面，雙曲拋物面矢率：矢高與底面短邊之比。扁殼：矢率小于1/51k2k薄殼結構的曲面形式薄殼結構的曲面形式1、旋轉曲面：由一條平面曲線（母線）繞該平面內某一給定的直線（旋轉軸）旋轉一周所形成的曲面。 旋轉殼：球形殼、橢球殼、拋物球殼、圓柱殼、錐形殼2、平移曲面

2、：由一條豎向曲線作母線沿著另一條豎向曲線（導線）平行移動所形成的曲面。 橢圓拋物面殼、雙曲拋物面殼3、直紋曲面：由一段直線（母線）的兩端分別沿二固定曲線（導線）移動所形成的曲面。柱面、柱狀面（倆導線曲率不同），錐面、錐狀面（一直一曲導線），扭曲面（倆相互傾斜但不相交的直導線），雙曲拋物面。薄殼結構的內力以中面單位長度上的內力作計算單元，正向力 、 ，順剪力 ；橫剪力 ，彎矩 ，扭矩 xnynyxxyssyxvv ,yxmm ,yxxymm無矩假定：假定整個薄殼的所有橫截面上無彎矩和 扭矩。無矩狀態下，薄殼的內力只有薄膜內力，應力是沿薄殼厚度均勻分布的，材料強度可得到充分利用。滿足無矩理論的條件

3、：1、殼體具有均勻連續變化的曲面，2、殼體上的荷載是均勻連續分布的，3、殼體各邊界轉角與法向位移不受約束。薄殼結構的施工1、現澆混凝土殼體整體性最好；但支架與模板用量大，曲面模板制作復雜，費材費工時，因殼體太薄，無法用更有效的振搗設備，不易保證混凝土的澆注質量，其厚度一般比預制殼板厚。2、預制單元、高空裝配成整體殼體殼體劃分成若干單元預制后在工地吊裝、拼合、固定。整體性較差。3、地面現澆或預制單元裝配后整體提升所需設備起重量較大4、裝配整體式疊合殼體利用鋼絲網水泥薄板作模板，其上澆注鋼筋混凝土現澆層5、采用柔模噴涂成殼薄殼的優點：材料省、經濟；自重小，為大跨度提供有利條件；曲面多樣化，易提供豐

4、富多彩的建筑造型。缺點：體型復雜，現澆時費工費模料，施工不便；板厚太小，隔熱效果不夠好，長期日曬雨淋易開裂；天棚曲面易引起室內聲音反射和混響。第二節 圓頂薄殼一、圓頂的結構形式與特點圓頂薄殼圓頂薄殼是正高斯曲率的旋轉曲面殼，是極古老而近代仍在大量使用的一種結構形式。具有很好的空間工作性能，圓頂的覆蓋跨度可以很大而其厚度卻很薄，殼身內應力通常很小，鋼筋配置及殼身厚度常由構造要求及穩定驗算來確定，材料用量很省。常用于平面為圓形的建筑，如雜技院、天文館、劇院等的屋蓋及圓水池的頂蓋。目前最大直徑已達200多米。圓頂結構由殼身、支座環、下部支承構件組成。殼身：平滑圓頂（最常用）肋形圓頂 當由于采光要求需

5、將圓頂表面劃分為若干區格，或當殼體承受集中荷載，或當殼身厚度太小不能保證殼體的穩定性時，或采用裝配整體式時多面圓頂 由數個拱形薄殼相交而成支座環：功能和拱式結構中的拉桿一樣，可有效地阻止圓頂在豎向荷載作用下的裂縫開展及破壞，保證殼體基本上處于受壓的工作狀態，并實現結構的空間平衡。可采用普通鋼筋混凝土梁或預應力混凝土梁。支承結構：1、通過支座環支承在房屋的豎向承重構件上。2、支承在斜柱或斜拱上。3、支承在框架上。4、直接落地并支承在基礎上。二、圓頂的受力特點過渡點cos1)1coscos(cos1221grngrn49510支座環的受力邊緣處 的豎向分量為 水平分量為 支座環內 產生的拉力為 產

6、生的拉力為1n1n01sinnv 01cosnh 1n01cosnrhrtkk2n12dsnt三、圓頂的結構構造1、圓頂結構殼板厚度一般由構造要求確定，建議取圓頂半徑的1/600，現澆不應小于40mm，裝配整體式不應小于30mm。2、在殼板內受壓區域及主拉應力小于混凝土抗拉強度的受拉區域，可按0.20%的最小配筋率配置構造鋼筋，直徑不小于4mm，間距不超過250mm。其余部分按計算配筋，鋼筋間距不大于150mm。厚度不大于60mm時，彎矩較小區域可采用單層配筋，超過該厚度或當殼體受有沖擊及振動荷載時，應采用雙層配筋。3、由于支座環對殼板邊緣變形的約束作用，殼板的邊緣附近將會產生徑向的局部彎矩。

7、應將殼板靠近邊緣部分局部加厚，并配置雙層鋼筋。加厚部分須做成曲線過渡，加厚范圍不小于殼體直徑的1/12-1/10，鋼筋直徑為4-10mm，間距不大于200mm。4、支座環梁可用普通鋼筋混凝土或預應力混凝土梁。非預應力配筋時，受力鋼筋應采用焊接接頭，大跨圓頂支座環梁宜配置預應力鋼筋。5、當建筑上由于通風采光等要求需在殼體頂部開孔洞時，應在孔邊設圓環加強。6、為了方便施工，可采用裝配整體式圓頂結構。第三節 筒殼筒殼的組成：殼身、側邊構件及橫隔兩個橫隔間距離稱為筒殼的跨度 ，兩個側邊構件間距離稱為筒殼的波長 。 不同，筒殼的受力狀態就不同， 增加到一定程度時，筒殼就會象弧形截面梁一樣受力；當 減小時

8、，筒殼的空間工作性能就愈來愈明顯，這主要反映了橫隔對空間工作的影響。筒殼結構是橫向拱的作用與縱向梁的作用的綜合。1l2l21/ll21/ll21/ll筒殼的受力特點長殼 （ ）因橫隔間距很大，縱向支承的柔性很大，殼體的變形與梁一致，拱圈的剛度相對較大，拱圈可以看成是不變形的，這與梁的平截面假定一致。可按梁理論計算。短殼（ ）因為橫隔間距很小，所以縱向支承的剛度很大，拱圈的剛度相對較小。殼體的彎曲內力很小，可以忽略，殼體內力主要是薄膜內力，可按薄膜理論計算。中長殼 （ ）殼體的薄膜內力及彎曲內力都應該考慮，用有彎矩理論來分析它的全部內力。 2/1/21ll3/2/121ll3/21ll筒殼的結構

9、構造1、短殼殼板的矢高 不應小于 ，對普通跨度的屋蓋，厚度可采用50-100mm邊梁宜采用矩形截面，其高度一般為 ，且不應小于 ，寬度為高度的1/5-2/5。橫隔宜采用拉桿拱。當波長較大時，也可采用拱形桁架。橫隔構件的間距一般采用6-12m。殼板內配筋可采用 100-160mm的雙向鋼筋網，配筋率不應低于0.2%。2、長殼長殼的截面高度建議采用 ，殼板的矢高不應小于波長的1/300-1/500，但不能小于50mm。 1f8/2l1)15/110/1 (l15/1l64641)15/110/1 (l第四節 折板結構折板結構是以一定角度整體聯系的薄板體系。與筒殼沒有本質區別，受力性能良好，構造簡單

10、，施工比筒殼方便，模板消耗量少。折板結構一般由折板、邊梁和橫隔三部分組成。折板結構的形式主要有無邊梁（如預制v形板）和有邊梁兩種，有邊梁的折板一般為現澆結構，由折板、邊梁和橫隔三部分組成，與筒殼類似。折板結構可以有單波和多波，單跨和多跨。板寬一般不宜大于3.5m，使其厚度不超過100mm，頂板寬度應為波長的0.25-0.4，波長一般不應大于12m，跨度可達27m。現澆折板傾角不宜大于30度。折板結構的受力特點及計算要點根據受力特點的不同，可分為長折板 （ ） 短折板( )。短折板結構受力與短筒殼相似，但實際工程中由于波長不宜太大，故短折板并不多見。常見的一般為長折板結構，受力性能與長筒殼相似。

11、對于邊梁下無中間支承且 的長折板，可沿縱橫方向分別按梁理論計算。在折板縱向，可取一個波長作為計算單元，把折板看成以橫隔為支座的梁，折板的截面可折算成t形截面或工字形截面。在折板縱向，可取1m板帶按多跨連續板計算，折板的轉折處及邊梁處可視為連續板的支座。 1/21ll1/21ll3/21ll第五節 雙曲扁殼雙曲扁殼由殼身及周邊豎直的邊緣構件所組成。殼身可以是光面的，也可以是帶肋的。一般常采用拋物線平移曲面。邊緣構件一般是帶拉桿的拱或拱形桁架，跨度較小時也可以用等截面或變截面的薄腹梁，當四周為多柱支承或承重墻支承時，也可用柱上的曲梁或墻上的曲線形圈梁作邊緣構件。四周的邊緣構件在四角交接處應有可靠連

12、接構造措施，以有效地約束殼身的變形。同時，邊緣構件在其自身平面內應有足夠的剛度，否則，殼身內將產生很大的附加內力。雙曲扁殼的受力特點由于其扁平，可近似認為雙曲扁殼曲面上的正交曲線族與其投影平面上相對應的曲線族并無什么區別，因此可將平板理論中的某些公式直接應用到雙曲扁殼結構的計算中來，使計算分析大為簡化。分析結果表明，雙曲扁殼在滿跨均布豎向荷載作用下的內力以薄膜內力為主，但在殼體邊緣附近要考慮曲面外彎矩的作用。根據對扁殼結構的分析，可把殼體結構分為三類區域分別配筋：中央區，彎矩、扭矩、順剪力都很小，主要內力為壓應力，可僅按構造要求配筋；邊緣區，正彎矩較大，需要配置抗彎鋼筋；角隅區，扭矩和順剪力均較大，因此具有較大的主拉應力和主壓應力，該區域是殼體的關鍵部位。第六節 雙曲拋物面殼雙曲拋物面殼的特點1、殼體的穩定性好。2、雙曲拋物面也是