建筑结构选型-第五章钢筋混凝土空间薄壁结构研究报告
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第五章 钢筋混凝土空间薄壁结构
安全措施：为确保施工安全，应采取一系列安全措施，如搭设安全网、安装临时栏 杆、使用安全带和安全帽等个人防护设备，以及定期进行安全检查和评估。
施工监控：采用先进的施工监控技术，对施工过程进行实时监测和记录，及时发现 和解决潜在的问题，确保施工质量和安全。
应急预案：制定完善的应急预案，包括应对突发事件、自然灾害等方面的措施，确 保在紧急情况下能够迅速采取有效措施，保障人员安全和减少损失。
绿色环保技术：采用绿色环保技 术，减少对环境的负面影响，实 现可持续发展。
未来发展方向与挑战
未来发展方向：优化设计、提高承载能力、降低成本 面临的挑战：耐久性、施工质量控制、环境适应性 发展趋势：智能化、绿色化、可持续性 展望：在建筑、桥梁等领域的应用前景广阔
对行业的贡献与影响
提高了建筑结构的稳定性和安全 性
案例分析与实践经验
案例一：某大型桥梁工程
案例三：某大跨度厂房
添加标题
添加题
案例二：某高层建筑
添加标题
添加标题
实践经验：施工要点与注意事项
案例的优缺点与改进方向
缺点：施工难度大、易开裂、 维护成本高
改进方向：优化设计、提高 材料性能、加强施工监控
优点：结构轻巧、承载力高、 抗震性能好
案例：某大型桥梁工程、高 层建筑等
钢筋混凝土空间薄壁结构的性能分 析
受力性能
稳定性：能够承受较大的侧 向压力和水平推力
受力特点：具有较高的承载 能力和刚度
抗震性能：在地震作用下具 有良好的抗震性能
耐久性：能够承受长期的外 部荷载和环境因素的作用
抗震性能
钢筋混凝土空间薄壁结构具有良好的抗震性能，能够吸收地震能量，减少 结构损伤。
降低了建筑成本和能耗，提高了 经济效益和社会效益
施工监控：采用先进的施工监控技术，对施工过程进行实时监测和记录，及时发现 和解决潜在的问题，确保施工质量和安全。
应急预案：制定完善的应急预案，包括应对突发事件、自然灾害等方面的措施，确 保在紧急情况下能够迅速采取有效措施，保障人员安全和减少损失。
绿色环保技术：采用绿色环保技 术，减少对环境的负面影响，实 现可持续发展。
未来发展方向与挑战
未来发展方向：优化设计、提高承载能力、降低成本 面临的挑战：耐久性、施工质量控制、环境适应性 发展趋势：智能化、绿色化、可持续性 展望：在建筑、桥梁等领域的应用前景广阔
对行业的贡献与影响
提高了建筑结构的稳定性和安全 性
案例分析与实践经验
案例一：某大型桥梁工程
案例三：某大跨度厂房
添加标题
添加题
案例二：某高层建筑
添加标题
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实践经验：施工要点与注意事项
案例的优缺点与改进方向
缺点：施工难度大、易开裂、 维护成本高
改进方向：优化设计、提高 材料性能、加强施工监控
优点：结构轻巧、承载力高、 抗震性能好
案例：某大型桥梁工程、高 层建筑等
钢筋混凝土空间薄壁结构的性能分 析
受力性能
稳定性：能够承受较大的侧 向压力和水平推力
受力特点：具有较高的承载 能力和刚度
抗震性能：在地震作用下具 有良好的抗震性能
耐久性：能够承受长期的外 部荷载和环境因素的作用
抗震性能
钢筋混凝土空间薄壁结构具有良好的抗震性能，能够吸收地震能量，减少 结构损伤。
降低了建筑成本和能耗，提高了 经济效益和社会效益
钢筋混凝土空间薄壁结构-文档资料
36
5.2.4 工程案例
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40
5.3 筒壳与锥壳 单向有曲率的薄壳，零高斯曲率壳。 5.3.1 筒壳的结构组成
41
5.3.2 筒壳的受力特点 筒壳与筒拱的区别：相同处与不同处 筒壳：横向拱的作用与纵向梁的作用的综合。 长壳：跨度/波长大于等于3 短壳：跨度/波长小于等于1/2 中长壳:上述范围外的筒壳
如何确定壳体的几何形状和全部尺寸——依据中曲 面的几何性质和壳体厚度δ。
依据中曲面的方程描述整个结构的变形和内力。
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，而不是增大其结构截面尺寸取得的。
10
5.1.2 薄壳结构的曲面形式 1、旋转曲面 一条剖面线绕一个旋转轴旋转形成的
曲面。
11
12
2、平移曲面 一条竖向曲线 做母线，沿着 另一条竖向曲 线（导线）平 行移动所形成 曲面。
13
14
15
3、直纹曲面 一条直线（母 线）的两端分 别沿二固定曲 线（导线）移 动所形成曲面。
16
双曲抛物面也是直纹曲面
17
18
5.1.3 薄壳结构的内力
为了方便计算，一般不用应力作为计算单位，而是 以中曲面单位长度上的内力作为计算单位。
结构选型
柏文峰 昆明理工大学建筑与城规学院
1
第五章 钢筋混凝土空间薄壁结构
5.1 概述 平面结构——自身平面内受力，构件之间需额外设 置支撑以实现另一方向的安全性和稳定性。
空间结构——空间结构指结构构件三向受力的，大 跨度的，用空间受力体系承担荷载的结构。
薄壁结构——结构的厚度远较长度为小，一般由金 属或钢筋混凝土制成，并布置成空间受力体系。
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5.2.4 工程案例
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5.3 筒壳与锥壳 单向有曲率的薄壳，零高斯曲率壳。 5.3.1 筒壳的结构组成
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5.3.2 筒壳的受力特点 筒壳与筒拱的区别：相同处与不同处 筒壳：横向拱的作用与纵向梁的作用的综合。 长壳：跨度/波长大于等于3 短壳：跨度/波长小于等于1/2 中长壳:上述范围外的筒壳
如何确定壳体的几何形状和全部尺寸——依据中曲 面的几何性质和壳体厚度δ。
依据中曲面的方程描述整个结构的变形和内力。
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，而不是增大其结构截面尺寸取得的。
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5.1.2 薄壳结构的曲面形式 1、旋转曲面 一条剖面线绕一个旋转轴旋转形成的
曲面。
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2、平移曲面 一条竖向曲线 做母线，沿着 另一条竖向曲 线（导线）平 行移动所形成 曲面。
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3、直纹曲面 一条直线（母 线）的两端分 别沿二固定曲 线（导线）移 动所形成曲面。
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双曲抛物面也是直纹曲面
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5.1.3 薄壳结构的内力
为了方便计算，一般不用应力作为计算单位，而是 以中曲面单位长度上的内力作为计算单位。
结构选型
柏文峰 昆明理工大学建筑与城规学院
1
第五章 钢筋混凝土空间薄壁结构
5.1 概述 平面结构——自身平面内受力，构件之间需额外设 置支撑以实现另一方向的安全性和稳定性。
空间结构——空间结构指结构构件三向受力的，大 跨度的，用空间受力体系承担荷载的结构。
薄壁结构——结构的厚度远较长度为小，一般由金 属或钢筋混凝土制成，并布置成空间受力体系。
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钢筋混凝土空间薄壁结构
5.3.3 筒壳的结构构造 1、短壳：矢高大于波长的1/8，空间作用明显，壳体 内力以薄膜内力为主，弯矩极小，按构造配筋。 2、长壳：长壳截面高度建议取用跨长的1/10~1/15， 壳板的矢高不应小于波长的1/8，板厚取波长的 1/300~1/500且大于50mm。
5.3.4 筒壳结构的工程实例 1、同济大学礼堂
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
自然界中的空间薄壁结构
鸡蛋：直径50mm，壁厚0.2mm， 厚度为跨度的1/250
第五章 钢筋混凝土空间薄壁结构
5.1.1 薄壳结构的概念
壳体结构——上下两个几何曲面所构成的薄壁空间 结构。
壳体厚度——两个几何曲面距离称为壳体的厚度δ， 可分为等厚度壳，变厚度壳。
薄壳——壳体的厚度δ远小于壳体的最小曲率半径R 时，即称为薄壳。
3、直纹曲面 一条直线（母 线）的两端分 别沿二固定曲 线（导线）移 动所形成曲面。
双曲抛物面也是直纹曲面
5.1.3 薄壳结构的内力
为了方便计算，一般不用应力作为计算单位，而是 以中曲面单位长度上的内力作为计算单位。
内力有8对，分为两类： 1、作用于中曲面以内的薄膜 内力； 2、作用于中曲面以外的弯曲 内力。
5.2 圆顶
适用于平面为圆形的大跨 度建筑。 天文馆最常用的结构形式
5.2.1 圆顶的结构组成及 结构形式
圆顶结构由壳身、支座环、 下部支撑构件三部分组成。
5.2.1 圆顶的结构组成及 结构形式
圆顶结构由壳身、支座环、 下部支撑构件三部分组成。
5.2.1 圆顶的结构组成及结构形式 圆顶结构由壳身、支座环、下部支撑构件三部分组成。
第五章 钢筋混凝土空间薄壁结构
5.1 概述 平面结构——自身平面内受力，构件之间需额外设 置支撑以实现另一方向的安全性和稳定性。
建筑结构选型------ 薄壁空间结构
球形壳
双曲球壳
圆柱壳
锥形壳
概述
• 薄壳结构的曲面形式
2.平移曲面
由一条竖向曲线作母线 沿着另一竖向曲线（导 线）平行移动所形成的 曲面。
椭圆抛物面
双曲抛物面
概述
• 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）移动所形成的曲面。
A.柱形面 由一段直线作母线沿着两条相同且平行的 曲线（导线）平行移动所形成的曲面。
型式II： 横隔梁突出折板顶面； 边梁为折板反梁（在折板上面）
型式IV： 横隔梁为等高截面，截面高同折板； 折板上下均为尖顶的V型，即没有“削顶”
折板
• 折板、边梁与横隔 的经验做法
1.折板倾角
宜<30°
• 折板结构的受力特 点与计算要点
短折板双向受力，计算复杂，与筒壳相似。 工程常见为长折板。对L1/L2≥3的横折板， 其纵、横向均可按梁理论计算。
内环梁向 上的偏心 连接
仅沿经向切割的长 扇形带肋板（用于 跨度不大时）
圆顶
• 工程实例
1.新疆某机械厂金工车间
2.罗马奥林匹克小体育
圆顶为钢筋混 凝土网状扁球 壳结构，扁球 直径为59.13m
圆顶
• 工程实例
4.德国法兰克福市霍希 斯特染料厂游艺大厅
支座上部壳体 沿主拉应力布 置的预应力筋 球壳半径50m，矢 高25m，厚度 130mm（拱券最高 处250mm，支座处 600mm） 穹顶 的垂 直投 影和 水平 投影 的关 系
C.配筋形式及位置 t≤60mm时：可仅在壳板中截面单层配筋； t>60mm或受冲击或振动荷载时：应双层 配筋；
预应力锚头 设置在环梁 外部突出处
建筑结构选型目录总结
建筑结构选型⽬录总结第⼀章梁和悬挑结构梁主要承受垂直于梁轴线⽅向的荷载作⽤。
1.1梁的型式1.1.1梁按材料分类梁按材料分类有⽯梁、⽊梁、钢梁、钢筋混凝⼟梁、预应⼒混凝⼟梁及钢——钢筋混凝⼟组合梁。
1.1.2梁按截⾯形式分类1.1.3梁按⽀座约束条件分类1.2梁的受⼒与变形1.4悬挑结构1.4.1悬挑结构的形式1.4.2悬挑结构的抗倾覆平衡1.4.3悬挑结构的受⼒第⼆章桁架（屋架）结构在房屋建筑中，桁架常作为屋盖承重结构，这时常称为屋架。
2.1桁架结构的受⼒特点2.1.1桁架结构的组成2.1.2桁架结构计算的假定2.1.3桁架结构的内⼒1）弦杆的内⼒，2）腹杆的内⼒，2.2屋架结构的型式屋架结构的型式很多，根据材料的不同，可分为⽊屋架、钢屋架、钢⼀⽊组合屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝⼟屋架、预应⼒混凝⼟屋架、钢筋混凝⼟-钢组合屋架等。
按屋架外形的不同，有三⾓形屋架、梯形屋架、抛物线屋架、折线型屋架、平⾏弦屋架等。
根据结构受⼒的特点及材料性能的不同，也可采⽤桥式屋架、⽆斜腹杆屋架、⽴体桁架等。
2.2.1⽊屋架常⽤的⽊屋架是⽅⽊或圆⽊连接的豪式⽊屋架。
⼀般分为三⾓形和梯形两种。
2.2.2钢——⽊组合屋架形式有豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架和下折式屋架。
2.2.3钢屋架钢屋架的形式主要有三⾓形钢屋架、梯形钢屋架、矩形（平⾏弦）钢屋架，为改善上弦杆的受⼒情况，常采⽤再分式腹杆的形式2.2.4轻型钢屋架轻型钢屋架按结构形式主要由三⾓形屋架、三⾓拱屋架和梭形屋架等三种。
屋⾯有斜坡屋⾯和平坡屋⾯两种。
2.2.5混凝⼟屋架混凝⼟屋架的常见形式有梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、⽆斜腹杆屋架等。
根据是否对屋架下弦施加预应⼒，可分为钢筋混凝⼟屋架和预应⼒混凝⼟屋架。
2.2.6钢筋混凝⼟——钢组合屋架常见的钢筋混凝⼟——钢组合屋架有折线型屋架、三铰屋架、两铰屋架等。
2.3屋架结构的选型与布置2.3.1屋架结构的主要尺⼨屋架结构的主要尺⼨包括屋架的⽮⾼、坡度、节间距。
建筑结构选型-第五章钢筋混凝土空间薄壁结构
面夹角相等且通过球心的大圆从球面上切割的
2.平面形状为48m*41.5m的曲边三角形 3.壳面荷载通过薄壳的三个边传至支座。
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例
清华大学礼堂
3.筒壳与锥壳
3.1 筒壳的结构组成
跨度l1：两个横隔之间的距离 （筒壳的纵向）
波长l2：两个侧边构件之间的距离 （筒壳的横向）
3..圆顶
2.2 圆顶的受力特点
1）圆顶的破坏图形
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.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例（罗马小体育馆）
1.钢筋混凝土网肋扁球壳结构，球壳直径59.13m
2.球壳采用装配整体式叠合结构
1620块预制钢丝网水泥菱形构件作为模板，现浇上混凝土， 成为肋形球壳 3.壳肋支撑在36根Y形斜柱上 斜柱的倾角与壳底边缘经向
切线方向一致，把推力传入
基础
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例
薄膜内力
1 R(R为最小主曲率半径） 20
（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）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；
组成：壳板和边缘构件 型式
5.双曲抛物面扭壳
5.2 双曲抛物面扭壳的受力特点
（1）壳板
5.双曲抛物面扭壳
薄壁空间结构
5
6.1.2
薄壳结构的曲面形式
薄壳结构中曲面的几何形式，按其形成的特点可以分为以下几类： 旋转曲面：由一条平面曲线绕着该平面内某一给定的直线旋转一 周所形成的曲面称为旋转曲面。由于母线形状的不同，旋转壳又 可分为球形壳、椭球壳、抛物球壳、双曲球壳、圆柱壳、锥形壳 等。
6
旋转曲面：
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平移曲面：由一条竖向曲线作母线沿着另一竖向曲线(导线)平行
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巴黎戴高乐机场第二空港楼E厅
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巴黎戴高乐机场第二空港楼E厅
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6.4 折板
折板是若干薄板以一定的角度连接成整体的空间结构体系
6.4.1 折板结构的组成
折板－－圆弧形；椭圆形；其他形状
1.无边梁、有边梁（4种型式） 2.现浇整体式、预制装配式及装配整体式
边梁－－一般为矩形截面梁，B取2～4
正向力yxxyyxxyyxxy1111614614薄壳结构的施工薄壳结构的施工混凝土壳体混凝土壳体11现浇混凝土壳体现浇混凝土壳体22预制单元高空装配成整体壳体预制单元高空装配成整体壳体33地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升44装配整体式叠合壳体装配整体式叠合壳体55采用柔模喷涂成壳采用柔模喷涂成壳预应力结构预应力结构预应力钢筋布置在横隔侧边构件及其衔接的壳板受拉区旋转预应力钢筋布置在横隔侧边构件及其衔接的壳板受拉区旋转壳的支座环拉杆结构的支座部分以及最大剪力作用区
m 施工企业：大林· 西松· 浅沼建设共同体 结构类别：基础：现场灌注混凝土桩，现场 灌注混凝土连续墙 上部结构：预应力混凝土球形壳体 建筑面积：38425m2
2
25
大坂市中央体育馆－鸟阚图
26
大 坂 市 中 央 Leabharlann 育 馆 － 平 面 图27
第五章 薄壁空间结构(二)
为控制板厚，雁形板 翼板宽度b一般宜控制在4m 以下， 当L≤12m时，可取b=2m， t=50mm， 当12m<L ≤ 21m时，可取 b=2~3m,t=50~80mm， 当 20<L≤27m时，可取b=3m， t=80mm， 当27<L≤36m时，可取 b=4m， t=80~100mm。
五、雁形板的工程实例
顺剪力，为偏心受拉构件。受力与计算同 筒壳结构。
四、双曲扁壳的优缺点：
1.优点： A.矢高小－结构空间小 B.保持双曲－这是壳体发展的必然趋向 C.施工方便－与球壳相比 D.平面适应性有所改变－能用于矩形平面 E.造型美观－外形美观，内部素雅大方、名朗 宽敞 F.能达到无拉力状态－充分利用砖或混凝土抗 压强度，合理用材，材尽其用。 2.缺点：模板仍然不能使用直料。
第六节
折板
定义：由许多薄平板，以 一定角度相互整体联接而 成的空间结构体系。 一、折板的组成及其作用 1.组成：折板结构与 筒壳相似。一般由折 板、边梁、和横隔三 部分组成。对于多波 预制折板，也可以靠 转折处的边棱代替边梁。
小试验
用书做两个支座，找一张纸放在书上，用
手压 把纸折成许多小片，同样放在书上
1） 中央区：主要承受双向轴压力，按构造配筋 ，洞口
开在此区 主要承受正弯矩，壳体下表面受拉，布置 2） 边缘区：钢筋；壳体越高越薄，弯矩越小，弯矩作 用区越小 主要承受顺剪力， 3） 四角区：主应力为拉力——配45度斜筋 主应力为压力——局部增大混凝土厚度
2.横隔：边缘构件主要承受壳板边缘传来的
轴向应力呈三角形分布，屋脊处为零，支 座处最大，水平分力使得下弦杆受拉。
三、受力特点
1、扭壳的壳板 •只有顺剪力 平行于直纹方向
五、雁形板的工程实例
顺剪力，为偏心受拉构件。受力与计算同 筒壳结构。
四、双曲扁壳的优缺点：
1.优点： A.矢高小－结构空间小 B.保持双曲－这是壳体发展的必然趋向 C.施工方便－与球壳相比 D.平面适应性有所改变－能用于矩形平面 E.造型美观－外形美观，内部素雅大方、名朗 宽敞 F.能达到无拉力状态－充分利用砖或混凝土抗 压强度，合理用材，材尽其用。 2.缺点：模板仍然不能使用直料。
第六节
折板
定义：由许多薄平板，以 一定角度相互整体联接而 成的空间结构体系。 一、折板的组成及其作用 1.组成：折板结构与 筒壳相似。一般由折 板、边梁、和横隔三 部分组成。对于多波 预制折板，也可以靠 转折处的边棱代替边梁。
小试验
用书做两个支座，找一张纸放在书上，用
手压 把纸折成许多小片，同样放在书上
1） 中央区：主要承受双向轴压力，按构造配筋 ，洞口
开在此区 主要承受正弯矩，壳体下表面受拉，布置 2） 边缘区：钢筋；壳体越高越薄，弯矩越小，弯矩作 用区越小 主要承受顺剪力， 3） 四角区：主应力为拉力——配45度斜筋 主应力为压力——局部增大混凝土厚度
2.横隔：边缘构件主要承受壳板边缘传来的
轴向应力呈三角形分布，屋脊处为零，支 座处最大，水平分力使得下弦杆受拉。
三、受力特点
1、扭壳的壳板 •只有顺剪力 平行于直纹方向
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2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.1 筒壳的结构组成
横隔的作用：
作为筒壳的横向支撑，承受壳身传来的顺剪力并 将内力传到下部结构去。 有没有横隔是筒壳结构与筒拱结构的根本区别。
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.1 筒壳的结构组成
常 见 的 筒 壳 横 隔 型 式
2020/5/1
a)变高度梁，适用于波长不大的壳体 b)拱架，常用于竖向荷载基本对称的壳体 c)弧形桁架，波长较大时，使用比较经济 d)刚架，波长不大及带有承受水平推力的附属建筑 物中使用，净空间较大，用料较多。
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
日本的壳体别墅
1.三个平行的锥壳屋顶 2.带肋的预制装配式结构 3.每个锥壳36m*12m 每个预制单元12m*1.8m
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.3 筒壳的工程实例 同济大学大礼堂
1.钢筋混凝土联方网格型 筒壳结构 2.预制杆件，高空拼装并现浇 节点混凝土 3.平面40m*56m ，矢高8-8.5m
2020/5/1
3）支撑结构
2020/5/1
支撑在斜柱或斜拱上
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
由框架将水平推力传给基础。框架要有足够刚度。
2020/5/1
支撑在框架上
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
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）
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
2020/5/1
双曲抛物面
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
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
3.筒壳与锥壳
3.2 筒壳的受力特点
横向： 与拱类似，壳身产生环向压力 纵向： 与梁类似，把上部竖向荷载传递给横隔
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.2 筒壳的受力特点
三 种 情 况
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.2 筒壳的受力特点
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.3 筒壳的工程实例 美国田纳西州金贝尔艺术馆
2020/5/1
利用薄膜内力N2计算
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例（罗马小体育馆）
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，再浇上混凝土，形成拱助。 槽板上面再浇 上一层40毫米的钢筋混凝土，加强穹拱的整体性，同时作为防水层。
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
2020/5/1
利用薄膜内力N1计算
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
3）支座环的受力
T N2ds1
0 5 1 o 4 9 ,T 随 的 增 大 而 增 大 0 5 1 o 4 9 ,T 随 的 增 大 而 减 小
0=51o49,T=Tm ax
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.3 筒壳的工程实例 美国田纳西州金贝尔艺术馆
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.3 筒壳的工程实例 美国田纳西州金贝尔艺术馆
1.现浇钢筋混凝土结构 2.三组连续平行的拱壳
平顶过度带（管道空间）
3.每个拱壳6.5m*30m
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.3 筒壳的工程实例 山西平遥棉织厂
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
2）圆顶的薄膜内力
单位环向弧长的经向轴力
2020/5/1
单位经向弧长的环向轴力
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
2）圆顶的薄膜内力
2020/5/1
球形圆拱在自重作用下薄膜内力沿经线的变化
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
3）支座环的受力
TR kHR kN 1cos0
0 90o,V N1,T 0
2020/5/1
跨 度 l1： 两 个 横 隔 之 间 的 距 离 （ 筒 壳 的 纵 向 ）
波 长 l2： 两 个 侧 边 构 件 之 间 的 距 离 （ 筒 壳 的 横 向 ）
3.筒壳与锥壳
3.1 筒壳的结构组成
截 面 高 度 h ： 壳 身 包 括 侧 边 构 件 在 内 的 高 度
矢 高 f ： 壳 身 不 包 括 侧 边 构 件 在 内 的 高 度
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，空间受力 实现了很大的强度和刚度
1.概述
1.1 薄壳结构的概念
薄 1.“薄”，优点材料省，经济；
壳
自重小，适合大跨度；
结
曲面多样化，建筑造型丰富。
构
的 2.“空间受力”，优点内力比较均匀，强度大，刚度大；
特 点
空间整体工作性能好。
2020/5/1
2020/5/1
直接落地并支撑在基础上
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
1）圆顶的破坏图形
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
2020/5/1
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。
2020/5/1
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。
2020/5/1
1.概述
2020/5/1
柱面（圆柱面、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
2020/5/1
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
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
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
天津南美风情酒店 （水2母020/5酒/1 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。
2020/5/1
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例（罗马小体育馆）
为什么又单单要用36根支柱呢？因为圆屋顶最外圈正好108 块槽板，用36 个斜撑， 则刚好使每二块有一个斜撑，而且丫形柱是倾斜的，顺着拱的力 线把拱的推力传到埋在地下的环形基础上去。穹顶的外缘皱折成波形，防 止产生不利的弯矩，同时又加大了窗子的高度，取得了优美的视觉效果， 这样更显示出体育用的效果。 这棱形的槽板和交叉细细的弧形助形成一个精致的图案，像一朵凹凸相间 的葵花。整体看去，就像蛋壳一样一张巨大半透明的网笼罩着，当人从室 内向外看去，就像人坐在空中一样。那浅灰色的丫形斜撑，好像就用一个 小小的指头支撑着屋顶，整个穹拱仿佛悬浮在空中，似乎观众一阵掌声就 能把20它20/5送/1 到九霄云外去。
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
2020/5/1
支撑在竖向承重结构上（墙、柱等）
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
优点： 平、立面布置灵活，表现力比较强
2020/5/1
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
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
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）柔模喷涂成壳体
（抗拉性能比较好的柔性材料做模板，
2020/5/1
如棉麻织物、草苇、钢丝网等）
1.5 预应力薄壳结构
2020/5/1
2.圆顶
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
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
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例（罗马小体育馆 ）
1.钢筋混凝土网肋扁球壳结构，球壳直径59.13m 2.球壳采用装配整体式叠合结构 1620块预制钢丝网水泥菱形构件作为模板，现浇上混凝土， 成为肋形球壳
3.壳肋支撑在36根Y形斜柱上 斜柱的倾角与壳底边缘经向 切线方向一致，把推力传入 基础 2020/5/1
1.屋顶为球面薄壳，薄壳曲面由1/8球面构成，是由三个与水平 面夹角相等且通过球心的大圆从球面上切割的 2.平面形状为48m*41.5m的曲边三角形 3.壳面荷载通过薄壳的三个边传至支座。
2020/5/1
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例
2020/5/1
清华大学礼堂
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.1 筒壳的结构组成
2020/5/1
采光要求；集中力时；
建筑平面为正多边形时
厚度太小；装配整体式结构时
意大利 佛罗伦萨 圣玛利亚白花大教堂 （文艺复兴时期） （世界上第一座大圆顶）
3.筒壳与锥壳
3.1 筒壳的结构组成
横隔的作用：
作为筒壳的横向支撑，承受壳身传来的顺剪力并 将内力传到下部结构去。 有没有横隔是筒壳结构与筒拱结构的根本区别。
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.1 筒壳的结构组成
常 见 的 筒 壳 横 隔 型 式
2020/5/1
a)变高度梁，适用于波长不大的壳体 b)拱架，常用于竖向荷载基本对称的壳体 c)弧形桁架，波长较大时，使用比较经济 d)刚架，波长不大及带有承受水平推力的附属建筑 物中使用，净空间较大，用料较多。
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
日本的壳体别墅
1.三个平行的锥壳屋顶 2.带肋的预制装配式结构 3.每个锥壳36m*12m 每个预制单元12m*1.8m
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.3 筒壳的工程实例 同济大学大礼堂
1.钢筋混凝土联方网格型 筒壳结构 2.预制杆件，高空拼装并现浇 节点混凝土 3.平面40m*56m ，矢高8-8.5m
2020/5/1
3）支撑结构
2020/5/1
支撑在斜柱或斜拱上
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
由框架将水平推力传给基础。框架要有足够刚度。
2020/5/1
支撑在框架上
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
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）
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
2020/5/1
双曲抛物面
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
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
3.筒壳与锥壳
3.2 筒壳的受力特点
横向： 与拱类似，壳身产生环向压力 纵向： 与梁类似，把上部竖向荷载传递给横隔
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.2 筒壳的受力特点
三 种 情 况
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.2 筒壳的受力特点
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.3 筒壳的工程实例 美国田纳西州金贝尔艺术馆
2020/5/1
利用薄膜内力N2计算
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例（罗马小体育馆）
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，再浇上混凝土，形成拱助。 槽板上面再浇 上一层40毫米的钢筋混凝土，加强穹拱的整体性，同时作为防水层。
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
2020/5/1
利用薄膜内力N1计算
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
3）支座环的受力
T N2ds1
0 5 1 o 4 9 ,T 随 的 增 大 而 增 大 0 5 1 o 4 9 ,T 随 的 增 大 而 减 小
0=51o49,T=Tm ax
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.3 筒壳的工程实例 美国田纳西州金贝尔艺术馆
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.3 筒壳的工程实例 美国田纳西州金贝尔艺术馆
1.现浇钢筋混凝土结构 2.三组连续平行的拱壳
平顶过度带（管道空间）
3.每个拱壳6.5m*30m
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.3 筒壳的工程实例 山西平遥棉织厂
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
2）圆顶的薄膜内力
单位环向弧长的经向轴力
2020/5/1
单位经向弧长的环向轴力
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
2）圆顶的薄膜内力
2020/5/1
球形圆拱在自重作用下薄膜内力沿经线的变化
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
3）支座环的受力
TR kHR kN 1cos0
0 90o,V N1,T 0
2020/5/1
跨 度 l1： 两 个 横 隔 之 间 的 距 离 （ 筒 壳 的 纵 向 ）
波 长 l2： 两 个 侧 边 构 件 之 间 的 距 离 （ 筒 壳 的 横 向 ）
3.筒壳与锥壳
3.1 筒壳的结构组成
截 面 高 度 h ： 壳 身 包 括 侧 边 构 件 在 内 的 高 度
矢 高 f ： 壳 身 不 包 括 侧 边 构 件 在 内 的 高 度
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，空间受力 实现了很大的强度和刚度
1.概述
1.1 薄壳结构的概念
薄 1.“薄”，优点材料省，经济；
壳
自重小，适合大跨度；
结
曲面多样化，建筑造型丰富。
构
的 2.“空间受力”，优点内力比较均匀，强度大，刚度大；
特 点
空间整体工作性能好。
2020/5/1
2020/5/1
直接落地并支撑在基础上
2.圆顶
2.2 圆顶的受力特点
1）圆顶的破坏图形
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
2020/5/1
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。
2020/5/1
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。
2020/5/1
1.概述
2020/5/1
柱面（圆柱面、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
2020/5/1
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
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
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
2020/5/1
天津南美风情酒店 （水2母020/5酒/1 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。
2020/5/1
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例（罗马小体育馆）
为什么又单单要用36根支柱呢？因为圆屋顶最外圈正好108 块槽板，用36 个斜撑， 则刚好使每二块有一个斜撑，而且丫形柱是倾斜的，顺着拱的力 线把拱的推力传到埋在地下的环形基础上去。穹顶的外缘皱折成波形，防 止产生不利的弯矩，同时又加大了窗子的高度，取得了优美的视觉效果， 这样更显示出体育用的效果。 这棱形的槽板和交叉细细的弧形助形成一个精致的图案，像一朵凹凸相间 的葵花。整体看去，就像蛋壳一样一张巨大半透明的网笼罩着，当人从室 内向外看去，就像人坐在空中一样。那浅灰色的丫形斜撑，好像就用一个 小小的指头支撑着屋顶，整个穹拱仿佛悬浮在空中，似乎观众一阵掌声就 能把20它20/5送/1 到九霄云外去。
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
2020/5/1
支撑在竖向承重结构上（墙、柱等）
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
优点： 平、立面布置灵活，表现力比较强
2020/5/1
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
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
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）柔模喷涂成壳体
（抗拉性能比较好的柔性材料做模板，
2020/5/1
如棉麻织物、草苇、钢丝网等）
1.5 预应力薄壳结构
2020/5/1
2.圆顶
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
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
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例（罗马小体育馆 ）
1.钢筋混凝土网肋扁球壳结构，球壳直径59.13m 2.球壳采用装配整体式叠合结构 1620块预制钢丝网水泥菱形构件作为模板，现浇上混凝土， 成为肋形球壳
3.壳肋支撑在36根Y形斜柱上 斜柱的倾角与壳底边缘经向 切线方向一致，把推力传入 基础 2020/5/1
1.屋顶为球面薄壳，薄壳曲面由1/8球面构成，是由三个与水平 面夹角相等且通过球心的大圆从球面上切割的 2.平面形状为48m*41.5m的曲边三角形 3.壳面荷载通过薄壳的三个边传至支座。
2020/5/1
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例
2020/5/1
清华大学礼堂
2020/5/1
3.筒壳与锥壳
3.1 筒壳的结构组成
2020/5/1
采光要求；集中力时；
建筑平面为正多边形时
厚度太小；装配整体式结构时
意大利 佛罗伦萨 圣玛利亚白花大教堂 （文艺复兴时期） （世界上第一座大圆顶）