壳体的一般理论

薄壳结构

建筑结构选型 ——薄壳结构 学校： 专业班级： 指导老师： 小组成员：

摘要 大跨建筑中的壳体结构通常为薄壳结构，即壳体厚度于其中的最小曲率半径之比小于1/20，为薄壁空间结构的一种，它包括球壳、筒壳、双曲扁壳和扭壳等多种形式。他们的共同特点在于通过发挥结构的空间作用，把垂直于壳体表面的外力分解为壳体面内的薄膜力，再传递给支座，弥补了板、壳等薄壁构件的面外薄弱性质，以比较轻的结构自重和较大的结构刚度及较高的承载能力实现结构的大跨度。 关键词 形态分类受力特点应用与发展案例研究 正文 1 薄壳结构的定义 壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。 1.1薄壳结构的特点 壳体结构一般是由上下两个几何曲面构成的空间薄壁结构。两个曲面之问的距离即为壳体的厚度(δ)，当δ比壳体其他尺寸(如曲率半径R，跨度等)小得多时，一般要求δ/R≤1/20(鸡蛋壳的δ/R≈1/50)称为薄壳结构。现代建筑工程中所采用的壳体一般为薄壳结构。而薄壳结构为双向受力的空间结构，在竖向均布荷载作用下，壳体主要承受曲面内的轴向力(双向法向力)和顺剪力作用，曲面轴力和顺剪力都作用在曲面内，又称为薄膜内力。而只有在非对称荷载(风，雪等)作用下，壳体才承受较小的弯矩和扭矩。 由于壳体内主要承受以压力为主的薄膜内力，且薄膜内力沿壳体厚度方向均匀分布，所以材料强度能得到充分利用；而且壳体为凸面，处于空间受力状态，各向刚度都较大，因而用薄壳结构能实现以最少之材料构成最坚之结构的理想。 由于壳体强度高、刚度大、用料省、自重轻，覆盖大面积，无需中柱，而且其造型多变，曲线优美，表现力强，因而深受建筑师们的青睐，故多用于大跨度的建筑物，如展览厅、食堂、剧院、天文馆、厂房、飞机库等。 不过，薄壳结构也有其自身的不足之处，由于体形多为曲线，复杂多变，采用现浇结构时，模板制作难度大，会费模费工，施工难度较大；一般壳体既作承重结构又作屋面，由于壳壁太薄，隔热保温效果不好；并且某些壳体(如球壳、扁壳)易产生回声现象，对音响效果要求高的大会堂、体育馆、影剧院等建筑不适宜。 2 薄壳结构型式与曲面的关系 2.1旋转曲面 由一平面曲线作母线绕其平面内的轴旋转而成的曲面，称为旋转曲面。该平面曲线可有不同形状，因而可得到用于薄壳结构中的多种旋转曲面，如球形曲面、旋转抛物面和旋转双曲面等（如下图）。圆顶结构就是旋转曲面的一种。

薄壳结构

薄壳结构受力特点及天津博物馆案例分析 班级：土木N073 学号：2007456791432 姓名：周峰近几年来，建筑师又在蛋壳的启示下，设计了小到自行车棚大到现代化的大型薄壳结构的建筑物。这种建筑物既坚固又节省材料。我国北京火车站大厅房顶就是采用这种薄壳结构，屋顶那么薄，跨度那么大，整个大厅显得格外宽敞明亮，舒适美观。举世闻名的悉尼歌剧院也是一座典型而新颖的薄壳建筑。 薄壳结构壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑，但较为费工和费模板。 1．筒壳（柱面薄壳）：是单向有曲率的薄壳，由壳身、侧边缘构件和横隔组成。横隔间的距离为壳体的跨度l↓1，侧边构件间距离为壳体的波长l↓2。当l↓1／l↓2≥1时为长壳，l↓1／l↓22＜1为短壳。2．圆顶薄壳：是正高斯曲率的旋转曲面壳，由壳面与支座环组成，壳面厚度做得很薄，一般为曲率半径的1／600，跨度可以很大。支座环对圆顶壳起箍的作用，并通过它将整个薄壳搁置在支承构件上。3．双曲扁壳（微弯平板）：一抛物线沿另一正交的抛物线平移形成的曲面，其顶点处矢高f 与底面短边边长之比不应超过1／5。双曲扁壳由壳身及周边四个横隔组成，横隔为带拉杆的拱或变高度的梁。适用于覆盖跨度为20～50米的方形或矩形平面（其长短边之比不宜超过2）的建筑物。4．双曲抛物面壳：一竖向抛物线（母线）沿另一凸向与之相反的抛物线（导线）平行移动所形成的曲面。此种曲面与水平面截交的曲线为双曲线，故称为双曲抛物面壳。工程中常见的各种扭壳也为其中一种类型，因薄壳结构容易制作，稳定性好，容易适应建筑功能和造型需要，所以应用较为广泛。 蛋壳就是利用了薄壳结构原理，由于这种结构的拱形曲面可以抵消外力的作用，结构更加坚固。龟壳的背甲呈拱形，跨度大，包括许多力学原理。虽然它只有2 mm 的厚度，但使用铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点：用料少，跨度大，坚固耐用。壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。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，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。因此壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省的即经济又合理的结构形式。 在天津市中心区友谊路银河公园旁，一座酷似“白天鹅”的建筑，昂首挺立，展翅欲飞。这就是我国北方唯一的仿生薄壳式建筑——天津博物馆。天津博物馆坐落于天津市河西区友

由薄壳结构中薄与壳的读音问题引发的思考

由“薄壳结构”中“薄”与“壳”的读音问题引发的思考四语备课室在讨论四下《人类的“老师”》里出现的“薄壳结构”中“薄”与“壳”这两个多音字的读音问题的过程中，不仅使问题本身得到了解决，而且引发了我们更多的思考。 首先是因为多音字（或称多音多义字）数量众多，是汉字字音特点“三多”之一（另外两多是同音字多，形声字多且声旁表音的情况复杂、规律性不强），所以我们要重视多音字的问题。 汉字中的多音字有多少？我统计了一下：在2500常用字和1000次常用字中，多音字分别有317和87个，共404个，占11.5%多一点。（我看到过的一份统计是405个，占11.6%。）这已经不少了。另外，在《普通话异读词审音表》中还有344个“统读”的汉字（在2500常用字和1000次常用字中分别为223、121个）本来也是多音字，审定注明为“统读”后才“不论用于任何词语中只读一音”。（例如“蔬菜”的“蔬”原来有shū和sū两个读音，现统读为shū。）如果把这些定为“统读”的也计算在内的话，那么，3500个常用字中多音字就有748个，比例就高达了21.4%。 第二个值得思考的就是为什么会有这么多的多音字？ 多音字的现象是汉字经历了从古至今长时期的发展变化形成的。有关专家的研究表明，现代汉语中的多音字主要可以分为这么几种类型： （一）多义多音。一个汉字起初只有一个意思，即所谓“本意”，以后引申、再引申，甚至多次引申，就出现了以多音来区别多义的情况。大多数多音字都属于这个类型。 （二）文、语之异（“文读”即“书面语”，也称“读书音”“读音”；“语音”即“口语”，也称“口语音”“白读”）。“文、语”并存，各有其用。语体不同，读音不同，读音有区别语体的作用。 （三）用法有别。使用的情况不同，因而读音不同，读音有区别用法的作用。如“削”字，[xiāo]音用于“削果皮、削铅笔”等单纯词；[xuē]音用于“削弱、剥削”等合成词。普通用法和特殊用法的不同也会造成读音不同。如“单”字，一般都为[dān]音，如“单纯、简单”等；姓“单”、“单县”等人名、地名为[shàn]音；在“单于”这古代匈奴的君主名称中则要读[chán]音。 （四）古义又读。如“横”字有[hénɡ] [hènɡ]两个读音，两音中表“不顺情理的；蛮不讲理的”之义虽与表“粗暴，不讲道理”之义意思相近，但在“横加干涉、横行霸道”等成语或文言词中读[hénɡ]音，在“强横、蛮横”等词语里读[hènɡ]音。 （五）又音两存。又音，不辩义，也非“文、白”之分，长时期两读。如“谁”字的[shuí]与[shéi]等。 （六）方音影响。这是因方言词汇进入普通话，方言的音与义也同时带入，由此造成的多音，在意义上一般无联系。（如“忒”字，“差忒”是“差错之意”，读[tè]音；“风忒大”是“风太大”，读[tuī]音。 （七）特定读音。如“迫”字读[pò]，但在“迫击炮”中必须读[pǎi]。“薄壳结构”如果确实是专业术语，就应按业内人士的特定读音去读。 再就是怎样处理好多音字的问题。 多音多义字的大量存在，给汉字教学、使用和汉字信息处理带来一定的困难。我们在说话、阅读、朗读中遇到多音字时，最基本的办法是“辨义定音”，即根据该字在上下文中的意义来决定其具体的读音。通过查找工具书或者请教别人，也可以解决多音字的问题。我们凤凰语文网上所进行的有关讨论、交流，也是一种很好的办法。对于一些既不影响表达，又不会引起歧义的情况，不妨宽厚一些。 最后，我认为老师们可以就“薄壳结构”中“薄”与“壳”的读音问题跟学生加以说明，但没有必要认错，因为这不是对与错的问题。说实话，我在没看到“薄壳结构”有特定读音

浅谈薄壳结构

浅谈薄壳结构 摘要：简单介绍了壳体结构的起源与发展，以及在现代建筑当中的使用情况，着重介绍了薄壳结构的主要类型，同时对薄壳结构未来应用的发展做一定阐述。 现代空间结构的出现，应该从20世纪初期兴建的钢筋混凝土薄壳算起，这主要归功于先进建筑材料——钢铁与混凝土的诞生。第二次世界大战之后，百废待兴，使空间结构走向蓬勃发展的康庄大道。 1 薄壳结构的起源与发展 薄壳建筑是早在20世纪20年代就在世界上开始发展起来的一种壳状结构, 像大自然里我们常见到的一种形态如贝壳, 各种坚果, 以及一些动物的甲壳, 它们的壳体外形不仅美观且有一定的承受力, 这种形态给予建筑结构的变化创新很大的启示, 推动了建筑业的发展。 壳体屋盖的发展可以追溯到古代，主要用于宗教建筑。罗马万神殿建于约公元120年～124年，其半球形穹顶利用天然火山灰为主要原材料建成，直径达43.3m，壳体厚度自下向顶逐渐减小以减轻结构的自重，壳顶最薄，厚约1.2 m，万神殿的跨度记录直到20世纪才被打破。位于伊斯坦布尔的圣索菲亚大教堂、建于文艺复兴时期的罗马圣彼得大教堂、建于约300年前的伦敦圣保罗大教堂等。这些结构的建成充分体现了其设计者和建造者的智慧与技巧，但应该说只有在结构力学发展以后，伴随着工业时代的开始，人们才开始对薄壳结构有了真正合理的认识。1922年建成的德国耶拿蔡司天文馆，25 m直径的半球形穹顶通常被认为是第一个真正意义上的现代混凝土壳屋盖，其厚度仅6cm。 二十世纪五六十年代是混凝土薄壳屋盖的黄金时期。意大利著名工程师1950年设计了都灵展览厅73 m×94m薄壳屋盖，整个屋盖由波形预制单元装配而成，预制单元板厚度小于2 in。新中国成立以后，我国也陆续建成了一些各种类型的钢筋混凝土薄壳屋盖，比较有代表性的工程有: 采用双曲扁壳的北京火车站候车大厅(35m×35m，1958年)、北京体育馆网球馆(42m×42m，1960年) 等。 薄壳结构不但可以减轻自重，节约钢材、水泥，而且造型新颖流畅。但是，曲面壳体的显著的缺点是：模版制作复杂，不能重复利用，耗费木材，大跨度结构在高空进行浇筑和吊装也耗工时。美国根赛特人的分析表明，薄壳结构造价的60%耗费在施工成本上，因而影响了薄壳结构的应用。于是，用平面模版代替曲面模版，用折现代替曲线，由薄平板以一定角度相互整体连结而成的折板结构应运而生。 折板结构可认为是薄壳结构的一种，它是由若干狭长的薄板以一定角度相交连成折线形的空间薄壁体系。我国常用为预应力混凝土V形折板，具有制作简单、安装方便与节省材料等优点，最大跨

薄壳结构在工程中的应用

空间结构在工程中的应用 摘要：随着科技的日新月异的发展，空间结构在工程中的应用也越来越多，占着很重要的位置。空间结构指结构构件三向受力的大跨度的，中间不放柱子，用特殊结构解决的叫做空间结构。有以下五种类型：网架结构、悬索结构、壳体结构、管桁架结构、膜结构。下面让我们看一看空间结构在工程中的应用。 关键词：空间结构；应用；发展 1、研究空间结构在工程中的应用的意义 1.1空间结构在国内外科技创新发展概况和最新发展趋势 当今国际新型空间结构发展的热点当属张拉整体结构体系、膜结构、玻璃采光顶钢网壳等轻型体系。 1.1.1张拉体结构体系 1962年美国著名建筑大师R.B.Fuller提出张拉整体概念，并创造了Tensegrity 一词。Fuller将此形象地定义为使压杆成为拉杆海洋中的孤岛。1984年美国D．H．Geiger利用此概念构造了连续受拉索和不连续的压杆组成的预应力空间结构索穹顶，1988年用于汉城奥运会体育场馆与击剑馆以来，世界上已建索穹项十余幢。美M．ELevy和T．EJing设计的1996年亚特兰大奥运会主场馆，平面尺寸240×192m，更是得到了世界各国的瞩目。IASS--2004大会共有20多篇与此相关的论文。主要研究开拓新的结构型式、结构体系的判定、找型分析的运动学和静力学方法、预应力模态和优化设计、温度效应分析、稳定问题、施工成形技术全过程分析等。IASS委员会执委法国R．Morro经过十年研究，于2003年出版了索穹顶的专著，认为该类体系为结构的未来；2002年日本K．Kawaquchi等在Chiba建造了一对张拉整体框架，上有薄膜屋面，用以研究温度变化对结构的影响。 1.1.2 模结构 膜结构以其造型千姿百态、施工安装快速、自重轻、透明度较好等优点受到建筑界的青睐，近十余年来在国内外得到较迅速发展。IASS--2004大会就有12位教授应大会邀请作了“膜结构在中国的发展与现状”的报告。

薄壳结构调研讲解

薄壳结构 班级学号：1101404-25 姓名：刘益宁 指导老师：彭懿 日期：2013.11.20

调研建筑：星海音乐厅·悉尼歌剧院·国家大剧院 1薄壳结构的定义： 壳，是一种曲面构建，主要承受各种作用产生的中面内的力。薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。 2薄壳结构的特点： 壳体结构一般是由上下两个几何曲面构成的空间薄壁结构。两个曲面之问的距离即为壳体的厚度(δ)，当δ比壳体其他尺寸(如曲率半径R，跨度等)小得多时，一般要求δ/R≤1/20(鸡蛋壳的δ/R≈1/50)称为薄壳结构。现代建筑工程中所采用的壳体一般为薄壳结构。而薄壳结构为双向受力的空间结构，在竖向均布荷载作用下，壳体主要承受曲面内的轴向力(双向法向力)和顺剪力作用，曲面轴力和顺剪力都作用在曲面内，又称为薄膜内力。而只有在非对称荷载(风，雪等)作用下，壳体才承受较小的弯矩和扭矩。 由于壳体内主要承受以压力为主的薄膜内力，且薄膜内力沿壳体厚度方向均匀分布，所以材料强度能得到充分利用；而且壳体为凸面，处于空间受力状态，各向刚度都较大，因而用薄壳结构能实现以最少之材料构成最坚之结构的理

想。由于壳体强度高、刚度大、用料省、自重轻，覆盖大面积，无需中柱，而且其造型多变，曲线优美，表现力强，因而深受建筑师们的青睐，故多用于大跨度的建筑物，如展览厅、食堂、剧院、天文馆、厂房、飞机库等。 不过，薄壳结构也有其自身的不足之处，由于体形多为曲线，复杂多变，采用现浇结构时，模板制作难度大，会费模费工，施工难度较大；一般壳体既作承重结构又作屋面，由于壳壁太薄，隔热保温效果不好；并且某些壳体(如球壳、扁壳易产生回声现象，对音响效果要求高的大会堂、体育馆、影剧院等建筑不适宜。 双曲抛物面案例 星海音乐厅 星海音乐厅位于广州二沙岛，造型奇特的外观，富于现代感，犹如江边欲飞的一只天鹅，与蓝天碧水浑然一体，形成一道瑰丽的风景线。这座以人民音乐家冼星海的名字命名的音乐厅，占地1.4万平方米，建筑面积1.8万平方米，设有1500个座位的交响乐演奏大厅、46个座位的室内乐演奏厅、100个座位的视听欣赏室和4800平方米的音乐文化广场。整体建筑为双曲抛物面钢筋混凝土壳体，室内不吊天花板，做到建筑空间与声学空间融为一体。星海音乐厅总投资达2.5亿元，是我国目前规模最大、设备最先进、功能完备、

薄壳结构 仿生建筑

薄壳结构——仿生建筑 在浩瀚无垠的大海里，孕育了种类繁多，形态各异的海洋贝类，有的呈陀螺状、有的呈圆锥状、有的呈宝塔状、还有的呈圆盘状；千姿百态，令人称奇。 自然界生物的神奇来自于亿万年的选择进化、优胜劣汰。 贝壳的形貌包含着许多的几何曲线，这些曲线不仅丰富了数学家的研究视野，也启迪了建筑学家的设计思想，成为现代建筑设计模仿的重要目标。 图片2张：

一个像晨曦中的青蛤，一个似夜幕中的海螺，很漂亮吧？！ 这就是仿生建筑：它是以生物界某些生物体功能组织和形象构成规律为研究对象，探寻自然界中科学合理的建造规律，丰富和完善建筑的处理手法，促进建筑形体结构以及功能布局的高效设计和合理形成。从某个意义上说，仿生建筑也是绿色建筑。为什么这么说呢？ 因为这类建筑有一个共同的特点，那就是：它们都属于薄壳结构。

大家都知道：一个人握住一个鸡蛋使劲地捏，无论怎样用力也不能把鸡蛋捏碎。 薄薄的鸡蛋壳之所以能承受这么大的压力，是因为它能够把受到的压力均匀地分散到蛋壳的各个部分。 生物界的各种蛋壳、贝壳、乌龟壳、海螺壳等都是一种曲度均匀、质地轻巧的“薄壳结构”。这种“薄壳结构”的表面虽然很薄，但非常耐压。 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，以很小的厚度承受很大的重量。这就是“薄壳结构”的特点。 薄壳结构分为球壳、筒壳、扁壳和扭壳这四种主要结构类型。 一、球壳二、筒壳

三、扁壳四、扭壳 大跨度建筑中的壳体结构共同特点在于通过发挥结构的空间作用，把垂直于壳体表面的外力分解为壳体面内的薄膜力，再传递给支座，弥补了板、壳等薄壁构件的面外薄弱性质，以比较轻的结构自重和较大的结构刚度及较高的承载能力实现结构的大跨度。 那么壳体结构有哪些优点呢？ 一、重量：薄壳结构自体重量轻，这使得其结构的安全性、抗自然灾害的能力大为增强。 二、外观：薄壳结构拥有比普通钢结构更大的跨度及表现力。结构顶部及墙板可采用阳光板、耐力板、玻璃、彩板及传统建筑材料等。 三、造价：薄壳结构，在相同的面积及跨度之下价格更低，为普通结构建筑成本的60％～80％。 四、时间：薄壳结构拥有比普通钢结构更快的建造速度。

钢筋混凝土空间薄壳结构案例

钢筋混凝土空间薄壳结构圆顶结构案例分析 姓名：章名路 班级：建筑121 学号：2012012365 指导老师：韩景玮

1. 北京老山奥运自行车馆 （1）项目简介 北京2008奥运会老山自行车赛馆位于北京石景山区老山街，屋盖采用双层球面网壳结构，覆盖直径149．536 m，矢高14．69 m，矢跨比约为l／10，表面积约为18 240 m2．网壳支承于倾斜人字形钢柱及柱顶环形桁架之上，柱顶支承跨度为l 33．06 m．沿周边外挑8.238m,网壳厚度2．8 m，为跨度的1／47．5．屋盖以金属屋面板为主，中部设玻璃采光带．钢结构总用钢量为2040t，合112 k∥m2，其中双层球面网壳用钢量约70 kg，m2 （2）结构形式 网壳通过24对人字型柱支承于沿周边均匀分布的24根钢筋混凝土柱柱顶，人字型柱柱顶设置钢结构圈梁，利用网壳外挑部分设置圈梁桁架。钢筋混凝土柱柱顶标高+7.15m，网壳最高点标高+35.49m。网壳采用四角锥网格，最大网格尺寸为4.96m×4.24m，厚度2.8m。以四角锥网格为主，径向网格32个，最外圈环向网 格96个，向内经多次缩格使网格大小均匀，网壳杆 件采用圆钢管截面，钢管规格为矽114×4～矽203 ×12，节点为焊接空心球节点，规格为 D 300×12 一D600×24(加肋)．球面网壳周边通过环形桁架支 承于人字形钢柱柱顶，环形桁架由4根环梁通过腹

杆连接而成全部采用圆钢管截面，其中网壳上、下弦周边的3根环梁截面为>500×16，人字形钢柱柱顶环梁截面为>1 200×20，环梁与腹杆及与人字形钢柱均采用钢管相贯节点相连．人字形钢柱沿环向倾斜设置，共24对，其截面为>l 200× 18的圆钢管，柱脚采用铸钢球铰支座节点，如右图所示．除柱 脚铸钢节点钢材为Gs一20Mn5N外，室内钢结构钢材为 Q345B，室外则采用Q345C，以确保低温下的材料性能． （3）计算模型 网壳结构设计中假定所有节点为铰接节点，杆件为轴心受力的空间杆单元，采用空间杆系有限元法进行分析，分析模型如图5所示．采用空间网格结构设计软件TwcAD和通用有限元分析软件ABAQUS进行结构分析，以便相互校核．