空间薄壁结构
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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
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。
薄壁结构_1030
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
（德国法兰克福市霍希斯特染料厂游艺大厅）
1.球形建筑，正六边形割球壳，球壳半径50m，矢高 25m，底平面为正六边形 2.球壳支撑在六个点上，支撑点之间、球壳的边缘是拱券形
3.球壳切口由边缘桁架支撑，跨度为43.3m
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例
（美国麻省理工学院礼堂）
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
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
2）支座环
横截面型式
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
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）
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 缺点： 柱脚或拱脚使基础受到水平推力
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
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
（德国法兰克福市霍希斯特染料厂游艺大厅）
1.球形建筑，正六边形割球壳，球壳半径50m，矢高 25m，底平面为正六边形 2.球壳支撑在六个点上，支撑点之间、球壳的边缘是拱券形
3.球壳切口由边缘桁架支撑，跨度为43.3m
2.圆顶
2.3 圆顶工程实例
（美国麻省理工学院礼堂）
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
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
2）支座环
横截面型式
2.圆顶
2.1圆顶的结构组成及结构型式
3）支撑结构
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）
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 缺点： 柱脚或拱脚使基础受到水平推力
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
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
建筑结构选型------ 薄壁空间结构
圆顶的支座环相当于拱的拉杆， 主要为受拉，可采用普通或预 应力混凝土梁。当圆顶不是支 承在墙上而是柱上时，还同时 受弯、剪、扭的作用。
C.框架支承
D.落地支承
圆顶
• 结构构造
1.壳板厚度
t=R/600，且现浇时≥40mm， 装配整体式时≥30mm 。
3.支座环附近构造及配筋
支座环约束附 近的局部弯矩 支座环附近壳板应 加厚并双层配筋 增加厚度≥t
长壳与曲线截面梁的应力状 态相似，可按梁理论计算
筒壳
• 筒壳的受力特点
3.筒壳的传力模式
当横隔为实体梁时， 梁应按偏拉构件计算 并非将荷载竖 向地传给横隔
而是通过壳面内的顺 剪力将荷载传给横隔
当横隔为桁架时，应将顺剪力换 算成节点上的集中荷载再计算
筒壳
• 筒壳的结构构造
1.短壳（L1/L2≤2）
果壳
蜗牛壳
蛋壳
蚌壳
脑壳
种子
概述
• 薄壳结构的概念
4.壳体结构实例
B.生活中的壳体结构
灯泡
乒乓球
飞机
罐
安全帽
轮船
概述
• 薄壳结构的曲面形式
1.旋转曲面
旋转曲面： 由一条平面曲线绕着该 平面内某一给定直线旋 转一周所形成的曲面。 旋转壳： 以旋转曲面为中曲面的 壳体。 母线： 即绕旋转曲转动的曲线。 旋转轴： 旋转时不动的直线。 抛物球壳 椭球壳 双曲球壳
概述
• 薄壳结构的概念
2.描述壳体结构的相关概念
I.高斯曲率 —曲面上某点两个主曲率乘积
J.壳顶 —在曲面以上 的中曲面的最 高点，如下图 的 o点 K.矢高 —壳顶到底面 的距离，如右 图的f L.矢率 —矢高与底面 短边之比，即 右图中的f/a M.扁壳与陡壳 —矢率较小者为扁壳，较 大者为陡壳，工程上常 以f/a=1/5为界限
C.框架支承
D.落地支承
圆顶
• 结构构造
1.壳板厚度
t=R/600，且现浇时≥40mm， 装配整体式时≥30mm 。
3.支座环附近构造及配筋
支座环约束附 近的局部弯矩 支座环附近壳板应 加厚并双层配筋 增加厚度≥t
长壳与曲线截面梁的应力状 态相似，可按梁理论计算
筒壳
• 筒壳的受力特点
3.筒壳的传力模式
当横隔为实体梁时， 梁应按偏拉构件计算 并非将荷载竖 向地传给横隔
而是通过壳面内的顺 剪力将荷载传给横隔
当横隔为桁架时，应将顺剪力换 算成节点上的集中荷载再计算
筒壳
• 筒壳的结构构造
1.短壳（L1/L2≤2）
果壳
蜗牛壳
蛋壳
蚌壳
脑壳
种子
概述
• 薄壳结构的概念
4.壳体结构实例
B.生活中的壳体结构
灯泡
乒乓球
飞机
罐
安全帽
轮船
概述
• 薄壳结构的曲面形式
1.旋转曲面
旋转曲面： 由一条平面曲线绕着该 平面内某一给定直线旋 转一周所形成的曲面。 旋转壳： 以旋转曲面为中曲面的 壳体。 母线： 即绕旋转曲转动的曲线。 旋转轴： 旋转时不动的直线。 抛物球壳 椭球壳 双曲球壳
概述
• 薄壳结构的概念
2.描述壳体结构的相关概念
I.高斯曲率 —曲面上某点两个主曲率乘积
J.壳顶 —在曲面以上 的中曲面的最 高点，如下图 的 o点 K.矢高 —壳顶到底面 的距离，如右 图的f L.矢率 —矢高与底面 短边之比，即 右图中的f/a M.扁壳与陡壳 —矢率较小者为扁壳，较 大者为陡壳，工程上常 以f/a=1/5为界限
钢筋混凝土空间薄壁结构
钢筋混凝土空间薄壁结构关键信息项：1、结构设计要求2、施工技术标准3、质量验收标准4、维护与保养责任5、违约责任与赔偿6、争议解决方式11 协议目的本协议旨在规范钢筋混凝土空间薄壁结构的设计、施工、验收、维护及相关责任等方面的事宜，确保该结构的安全性、可靠性和耐久性。
111 适用范围本协议适用于所有采用钢筋混凝土空间薄壁结构的建筑项目。
12 结构设计要求121 设计单位应具备相应的资质和经验，根据相关规范和标准进行结构设计。
122 结构设计应考虑荷载情况，包括但不限于恒载、活载、风载、地震作用等。
123 薄壁结构的几何形状、尺寸和配筋应经过精确计算和优化，以满足结构的强度、刚度和稳定性要求。
13 施工技术标准131 施工单位应制定详细的施工方案，并经监理单位和建设单位审批。
132 施工过程中应严格按照设计要求进行钢筋的布置、绑扎和连接。
133 混凝土的配合比、搅拌、浇筑和振捣应符合相关标准，确保混凝土的质量。
134 施工中应采取有效的模板支撑体系，保证薄壁结构的形状和尺寸精度。
14 质量验收标准141 钢筋混凝土空间薄壁结构的验收应按照国家和地方相关标准进行。
142 验收内容包括结构的几何尺寸、钢筋布置、混凝土强度、外观质量等。
143 对于存在质量问题的部位，应制定整改措施并及时整改，整改后重新验收。
15 维护与保养责任151 建设单位应在结构使用过程中定期进行检查和维护，确保结构的安全使用。
152 维护工作包括但不限于结构表面的清洁、防水处理、钢筋的防锈蚀处理等。
153 发现结构存在安全隐患时，应及时采取措施进行修复或加固。
16 违约责任与赔偿161 若设计单位未按照协议要求进行设计，导致结构存在安全隐患或质量问题，应承担相应的责任并赔偿损失。
162 施工单位未按照施工技术标准进行施工，造成质量事故的，应负责返工并承担由此产生的费用和损失。
163 建设单位未按照维护要求进行维护，导致结构损坏的，应承担相应的责任和损失。
薄壁空间结构
粒子群优化算法
模拟鸟群、鱼群等生物群体的行为模 式，通过个体间的信息共享和协作来 寻找最优解。
结构尺寸优化
截面尺寸优化
根据结构承载力和稳定性要求， 优化薄壁结构的截面尺寸，以实 现最佳的承载性能和稳定性。
杆件长度优化
根据结构刚度和稳定性要求，优 化杆件的长度，以提高结构的整 体性能。
板厚优化
根据结构承载力和稳定性要求， 优化板的厚度，以提高结构的承 载能力和稳定性。
离散元法
总结词
离散元法是一种用于分析离散物体运动的数 值方法，通过将物体离散为一系列刚性或柔 性单元，对单元进行受力分析和运动学计算 。
详细描述
在薄壁空间结构分析中，离散元法可以用于 模拟结构的动态行为和碰撞问题。该方法将 结构离散化为一系列刚性或柔性单元，通过 建立单元间的相互作用模型，对每个单元进 行受力分析和运动学计算，从而得到结构的
结构形状优化
形状优化
通过改变结构的形状来提高结构的承 载能力和稳定性，如改变梁的截面形 状、改变板的形状等。
曲率优化
通过改变结构的曲率来提高结构的承 载能力和稳定性，如改变梁的弯曲程 度、改变板的曲率等。
结构拓扑优化
材料分布优化
根据结构承载力和稳定性要求，优化 材料的分布，以提高结构的承载能力 和稳定性。
大跨度桥梁等建筑和设施。
03 薄壁空间结构的分析方法
有限元分析法
总结词
有限元分析法是一种常用的数值分析方 法，通过将连续的求解域离散为一组有 限个、且按一定方式相互连接在一起的 单元组合体，对每个单元进行数学描述 ，然后对整个系统进行求解。
VS
详细描述
有限元分析法在薄壁空间结构分析中广泛 应用，它能够处理复杂的几何形状和边界 条件，提供高精度的计算结果。通过将结 构离散化为有限个单元，对每个单元进行 受力分析，然后利用数学方法将各单元的 受力情况综合起来，得到整个结构的受力 状态。
模拟鸟群、鱼群等生物群体的行为模 式，通过个体间的信息共享和协作来 寻找最优解。
结构尺寸优化
截面尺寸优化
根据结构承载力和稳定性要求， 优化薄壁结构的截面尺寸，以实 现最佳的承载性能和稳定性。
杆件长度优化
根据结构刚度和稳定性要求，优 化杆件的长度，以提高结构的整 体性能。
板厚优化
根据结构承载力和稳定性要求， 优化板的厚度，以提高结构的承 载能力和稳定性。
离散元法
总结词
离散元法是一种用于分析离散物体运动的数 值方法，通过将物体离散为一系列刚性或柔 性单元，对单元进行受力分析和运动学计算 。
详细描述
在薄壁空间结构分析中，离散元法可以用于 模拟结构的动态行为和碰撞问题。该方法将 结构离散化为一系列刚性或柔性单元，通过 建立单元间的相互作用模型，对每个单元进 行受力分析和运动学计算，从而得到结构的
结构形状优化
形状优化
通过改变结构的形状来提高结构的承 载能力和稳定性，如改变梁的截面形 状、改变板的形状等。
曲率优化
通过改变结构的曲率来提高结构的承 载能力和稳定性，如改变梁的弯曲程 度、改变板的曲率等。
结构拓扑优化
材料分布优化
根据结构承载力和稳定性要求，优化 材料的分布，以提高结构的承载能力 和稳定性。
大跨度桥梁等建筑和设施。
03 薄壁空间结构的分析方法
有限元分析法
总结词
有限元分析法是一种常用的数值分析方 法，通过将连续的求解域离散为一组有 限个、且按一定方式相互连接在一起的 单元组合体，对每个单元进行数学描述 ，然后对整个系统进行求解。
VS
详细描述
有限元分析法在薄壁空间结构分析中广泛 应用，它能够处理复杂的几何形状和边界 条件，提供高精度的计算结果。通过将结 构离散化为有限个单元，对每个单元进行 受力分析，然后利用数学方法将各单元的 受力情况综合起来，得到整个结构的受力 状态。
薄壁空间结构
19
19
n 圆顶是正高斯曲率的旋转曲面壳。 n 一、圆顶的结构组成及结构形式 n 1、壳身部分
20
20
按壳板的构造不同，圆顶薄壳可分为平 滑圆顶、肋形圆顶和多面圆顶三种。
三种圆顶壳板构造 （a）平滑圆顶 （b）肋形圆顶 源自c）多面圆顶2121
n 2、支座环
支座环是球壳的底座，它是圆顶薄壳结构保持几何不变 性的保证，对圆顶起到箍的作用。它可能要承担很大的 支座推力，由此环内会产生很大的环向拉力T，因此支 座环必须为闭合环形，且尺寸很大，其宽度在0.5— 2m，建筑上常将其与挑檐、周圈廊或屋盖等结合起来加 以处理，也可以单独自成环梁，隐藏于壳底边缘。
23
23
圆顶薄壳支承在斜拱
这种支承方式，往往会收到意想不到建筑效果。在平面上， 斜柱、斜拱可布置为多边形，给人以“天圆地方”的造型美。 在立面上，斜柱、斜拱可以外露，既可表现结构的力量之 美，又能与其它建筑构件互相配合，形成很好的装饰效果， 给人清新，明朗之感。
n薄壳的薄膜内力
3
3
n 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。
n 不过，薄壳结构也又其自身的不足之处，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。
n 以上所列种种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。两个曲面之间的距离即为壳体的厚度
19
n 圆顶是正高斯曲率的旋转曲面壳。 n 一、圆顶的结构组成及结构形式 n 1、壳身部分
20
20
按壳板的构造不同，圆顶薄壳可分为平 滑圆顶、肋形圆顶和多面圆顶三种。
三种圆顶壳板构造 （a）平滑圆顶 （b）肋形圆顶 源自c）多面圆顶2121
n 2、支座环
支座环是球壳的底座，它是圆顶薄壳结构保持几何不变 性的保证，对圆顶起到箍的作用。它可能要承担很大的 支座推力，由此环内会产生很大的环向拉力T，因此支 座环必须为闭合环形，且尺寸很大，其宽度在0.5— 2m，建筑上常将其与挑檐、周圈廊或屋盖等结合起来加 以处理，也可以单独自成环梁，隐藏于壳底边缘。
23
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圆顶薄壳支承在斜拱
这种支承方式，往往会收到意想不到建筑效果。在平面上， 斜柱、斜拱可布置为多边形，给人以“天圆地方”的造型美。 在立面上，斜柱、斜拱可以外露，既可表现结构的力量之 美，又能与其它建筑构件互相配合，形成很好的装饰效果， 给人清新，明朗之感。
n薄壳的薄膜内力
3
3
n 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。
n 不过，薄壳结构也又其自身的不足之处，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。
n 以上所列种种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。两个曲面之间的距离即为壳体的厚度
第5章_薄壳结构
Central South University of Forestry & Technology
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1概述
梁式结构 拚架结构 刚架结构 拱式结构
面外:需设支撑体系保证安 全及稳定 平面受力结构
面内:承受屋面板传来的竖 向荷载
平面受力结构体系的特点: 优点:荷载为单向传递，计算分析方便，结构施工吊装方便。 缺点:结构内力较大，材料强度得不到充分发挥，随着结构材料用量
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构
System and Selection of Building Structures 土木工程学院
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1 概述 5.1.1 薄壳结构的概念 思考:一个鸡蛋能受多大的压力？ F1=?
壳体结构的强度和刚度主要是利用其几何形状 的合理性，而不是以增大其结构截面尺寸取得的， 这是薄壳结构与拱式结构相似之处。
现浇混凝土壳体 预制单元、高空装配成整体壳体 地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升
装配整体叠合壳 采用柔模喷涂成壳 预应力混凝土结构
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1 概述 5.1.4 薄壳结构的施工方法
蜂巢芯 薄壁箱体
Central South University of Forestry & Technology
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.2 圆顶 5.2.0 概述
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。
Central South University of Forestry & Technology
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1概述
梁式结构 拚架结构 刚架结构 拱式结构
面外:需设支撑体系保证安 全及稳定 平面受力结构
面内:承受屋面板传来的竖 向荷载
平面受力结构体系的特点: 优点:荷载为单向传递，计算分析方便，结构施工吊装方便。 缺点:结构内力较大，材料强度得不到充分发挥，随着结构材料用量
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构
System and Selection of Building Structures 土木工程学院
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1 概述 5.1.1 薄壳结构的概念 思考:一个鸡蛋能受多大的压力？ F1=?
壳体结构的强度和刚度主要是利用其几何形状 的合理性，而不是以增大其结构截面尺寸取得的， 这是薄壳结构与拱式结构相似之处。
现浇混凝土壳体 预制单元、高空装配成整体壳体 地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升
装配整体叠合壳 采用柔模喷涂成壳 预应力混凝土结构
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1 概述 5.1.4 薄壳结构的施工方法
蜂巢芯 薄壁箱体
Central South University of Forestry & Technology
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.2 圆顶 5.2.0 概述
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。
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2） 美国，伊利诺大学会堂，1962年建，圆形平面， D=122m，集会、演出、球赛，可容纳2万人。周围有 环形走廊，屋顶为预应力折板组成穹顶，由48块同样 的板组成，板厚d=90mm，D=132m，重5000t。屋顶推 力由后张预应力圈梁承受，最高点+40.9m。
第四章壳体结构
第四章壳体结构
§4–6 结构范例
第五章 薄壁空间结构
§4–2 壳体结构的力学特征
鸡蛋壳 一般壳体要求
d/R=1/50 d/R<=1/20
d —壳体厚度 R—曲率半径
1．双向直接传力—— 强度大 a.主要承受曲面内的 轴力（双向法向力） Nx、Nf
第五章 薄壁空间结构
顺剪力 S 称之为曲面应力或切向力，又称为薄膜应力。沿厚
度分布均匀，经济。 这层膜很薄，却能直接抗衡外荷，并直接传力给支座。
3) 壳
▪件由的曲梁第线、形拱四板或章与桁作架壳为组体边成缘，结构它构
是一种空间形的结构构件， 主要承受压力。犹如蛋壳以 最薄的壳面能构成强大的蛋 体一样，能以较小的构件厚 度形成承载能力很高的结构。
Hale Waihona Puke 第五章 薄壁空间结构§4–4 折板结构
它是以一定角度整体联系的薄板体系，受力性 能良好构造简单，施工比筒壳方便，模板耗量少。
意大利罗 马小体育 宫
屋盖--混凝 土网格型薄
壳结构。
该建筑的外观和平面俯视或仰视都像 一个盛开的向日葵。
网格型壳面是 用Y形斜向支 撑
第五章 薄壁空间结构
它以精巧的圆形屋顶著称于世。屋顶直径60米，由 1620个钢筋混凝土预制棱形构件拼合而成，这些构件最 薄的地方只有25毫米厚，它们不但在力学上十分合理， 而且组成了一个非常完整秀美的天顶图案。
第五章 薄壁空间结构
§4–3 曲面形式
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。 球形曲面——圆弧曲线 抛物面 ——抛物线 椭球面 ——椭圆 双曲面 ——双曲线
第四章壳体结构
旋转曲面 (a)球形曲面(b)旋转抛物面(c)椭球面(d)旋转双曲面
双曲抛物面 (a)扭面(b) 抛物面的形成(c)双曲抛物面
第五章 薄壁空间结构
§4–1 概述 §4–2 壳体结构的力学特征 §4–3 曲面形式 §4–4 折板结构 §4–5 圆顶结构 §4–6 范 例
第五章 薄壁空间结构
壳体：由单曲面或双曲面板组成， 以曲面的空间刚度
保证结构刚度
折板：由平面板组成，以折板组成的空间刚度
§4–1 概 述
壳体结构的发展简况 自然界：果壳、贝壳、鸡蛋、头颅等曲线优美、形 态善变、厚度之薄—令人惊叹 遵循：用最少之料构成最坚之型的规律
⑹. 空间薄壳结构
受力第特点四：章壳体结构
由曲面形板 与边缘构件 （梁、拱或桁 架）组成的空 间结构。能以 较薄的板面形 成承载能力高、 刚度大的承重 结构。
第五章 薄壁空间结构
壳体是最自然、最合理、最有效、最进步的结构 型式。
人类：锅、匙、碗、杯、瓶、罐、坛、乒乓球、 灯 泡、钢盔、汽车壳、飞机壳等。
优点：壳体结构的覆盖面积大，无需中柱，室内 空间开阔宽敞，用于市场、礼堂、体育馆、飞机库…
第五章 薄壁空间结构
缺点：
1）现浇砼费模板、制作复杂——壳体本身材料与人工费
比很小。
柔模喷涂成壳：帆布、 钢丝网等
但施工材料与 人工费都很高,
预制壳块、高空装配
占总造价 50%~70%左
地面现浇、整体吊装
右
2）有些壳体（球壳、扁壳等）易产生回声现象，还存在计 算复杂，尚需研究开孔影响、稳定、振动、徐变等问题。
法国巴黎国家工业与技
术展览中心大厅。混凝土薄
壳结构，是当前世界上跨度最 大的公共建筑。
壳顶离地面 46m
折算壳面总厚度只有180mm， 厚跨比为1：1200，比鸡蛋蛋 壳的厚长比1：100还小12倍。 建筑造型新颖，充分说明混凝 土壳体结构的优越性。
边长219m
双层波形拱壳
角部墩座
平面呈 三角形
第五章 薄壁空间结构
弯曲内力
Mf，Vf 环向的M和横剪力（筒壳拱圈） Mx，Vx 纵向的M和横剪力 Mf，Mfx 扭矩
第五章 薄壁空间结构
b.承受少许横向弯矩——只有在非对称均布荷载作 用时（扭矩） （曲线外形使壳体风载很小，一般可不计）
曲面的最大功能是以双向直接应力为主（横向M 甚小）抗衡并传递外荷，这也是壳之所以薄的原因。
结构型式与尺寸 有边梁
板 边梁
组成与筒壳类似
横隔构件
无边梁：由若干等厚的平板和横隔构件组成 ——V型折板
第五章 薄壁空间结构
第五章 薄壁空间结构
§4–5 圆顶结构
旋转曲面壳——空间工作性能好
第五章 薄壁空间结构
圆顶结构实例 1）北京天文馆——半球形顶盖，直径25m，d=60mm，
喷射砼
第五章 薄壁空间结构
c.中面或中心面——因为，壳薄，所以，可认为 沿厚度方向均匀分布，一般把厚度中心的面称为 中面或中心面，壳体的线形以此为准。
第五章 薄壁空间结构
2．空间刚度大 主要承受两个方向法向力及顺剪力及弯矩
3.屋面承重合一 —— 板架合一，型式很多（T型 板、V型板……使用功能与结构骨架合一）
4.壳体厚度薄，自重轻，有利于抗震——适用于大跨 度屋面结构
第四章壳体结构
第四章壳体结构
§4–6 结构范例
第五章 薄壁空间结构
§4–2 壳体结构的力学特征
鸡蛋壳 一般壳体要求
d/R=1/50 d/R<=1/20
d —壳体厚度 R—曲率半径
1．双向直接传力—— 强度大 a.主要承受曲面内的 轴力（双向法向力） Nx、Nf
第五章 薄壁空间结构
顺剪力 S 称之为曲面应力或切向力，又称为薄膜应力。沿厚
度分布均匀，经济。 这层膜很薄，却能直接抗衡外荷，并直接传力给支座。
3) 壳
▪件由的曲梁第线、形拱四板或章与桁作架壳为组体边成缘，结构它构
是一种空间形的结构构件， 主要承受压力。犹如蛋壳以 最薄的壳面能构成强大的蛋 体一样，能以较小的构件厚 度形成承载能力很高的结构。
Hale Waihona Puke 第五章 薄壁空间结构§4–4 折板结构
它是以一定角度整体联系的薄板体系，受力性 能良好构造简单，施工比筒壳方便，模板耗量少。
意大利罗 马小体育 宫
屋盖--混凝 土网格型薄
壳结构。
该建筑的外观和平面俯视或仰视都像 一个盛开的向日葵。
网格型壳面是 用Y形斜向支 撑
第五章 薄壁空间结构
它以精巧的圆形屋顶著称于世。屋顶直径60米，由 1620个钢筋混凝土预制棱形构件拼合而成，这些构件最 薄的地方只有25毫米厚，它们不但在力学上十分合理， 而且组成了一个非常完整秀美的天顶图案。
第五章 薄壁空间结构
§4–3 曲面形式
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。 球形曲面——圆弧曲线 抛物面 ——抛物线 椭球面 ——椭圆 双曲面 ——双曲线
第四章壳体结构
旋转曲面 (a)球形曲面(b)旋转抛物面(c)椭球面(d)旋转双曲面
双曲抛物面 (a)扭面(b) 抛物面的形成(c)双曲抛物面
第五章 薄壁空间结构
§4–1 概述 §4–2 壳体结构的力学特征 §4–3 曲面形式 §4–4 折板结构 §4–5 圆顶结构 §4–6 范 例
第五章 薄壁空间结构
壳体：由单曲面或双曲面板组成， 以曲面的空间刚度
保证结构刚度
折板：由平面板组成，以折板组成的空间刚度
§4–1 概 述
壳体结构的发展简况 自然界：果壳、贝壳、鸡蛋、头颅等曲线优美、形 态善变、厚度之薄—令人惊叹 遵循：用最少之料构成最坚之型的规律
⑹. 空间薄壳结构
受力第特点四：章壳体结构
由曲面形板 与边缘构件 （梁、拱或桁 架）组成的空 间结构。能以 较薄的板面形 成承载能力高、 刚度大的承重 结构。
第五章 薄壁空间结构
壳体是最自然、最合理、最有效、最进步的结构 型式。
人类：锅、匙、碗、杯、瓶、罐、坛、乒乓球、 灯 泡、钢盔、汽车壳、飞机壳等。
优点：壳体结构的覆盖面积大，无需中柱，室内 空间开阔宽敞，用于市场、礼堂、体育馆、飞机库…
第五章 薄壁空间结构
缺点：
1）现浇砼费模板、制作复杂——壳体本身材料与人工费
比很小。
柔模喷涂成壳：帆布、 钢丝网等
但施工材料与 人工费都很高,
预制壳块、高空装配
占总造价 50%~70%左
地面现浇、整体吊装
右
2）有些壳体（球壳、扁壳等）易产生回声现象，还存在计 算复杂，尚需研究开孔影响、稳定、振动、徐变等问题。
法国巴黎国家工业与技
术展览中心大厅。混凝土薄
壳结构，是当前世界上跨度最 大的公共建筑。
壳顶离地面 46m
折算壳面总厚度只有180mm， 厚跨比为1：1200，比鸡蛋蛋 壳的厚长比1：100还小12倍。 建筑造型新颖，充分说明混凝 土壳体结构的优越性。
边长219m
双层波形拱壳
角部墩座
平面呈 三角形
第五章 薄壁空间结构
弯曲内力
Mf，Vf 环向的M和横剪力（筒壳拱圈） Mx，Vx 纵向的M和横剪力 Mf，Mfx 扭矩
第五章 薄壁空间结构
b.承受少许横向弯矩——只有在非对称均布荷载作 用时（扭矩） （曲线外形使壳体风载很小，一般可不计）
曲面的最大功能是以双向直接应力为主（横向M 甚小）抗衡并传递外荷，这也是壳之所以薄的原因。
结构型式与尺寸 有边梁
板 边梁
组成与筒壳类似
横隔构件
无边梁：由若干等厚的平板和横隔构件组成 ——V型折板
第五章 薄壁空间结构
第五章 薄壁空间结构
§4–5 圆顶结构
旋转曲面壳——空间工作性能好
第五章 薄壁空间结构
圆顶结构实例 1）北京天文馆——半球形顶盖，直径25m，d=60mm，
喷射砼
第五章 薄壁空间结构
c.中面或中心面——因为，壳薄，所以，可认为 沿厚度方向均匀分布，一般把厚度中心的面称为 中面或中心面，壳体的线形以此为准。
第五章 薄壁空间结构
2．空间刚度大 主要承受两个方向法向力及顺剪力及弯矩
3.屋面承重合一 —— 板架合一，型式很多（T型 板、V型板……使用功能与结构骨架合一）
4.壳体厚度薄，自重轻，有利于抗震——适用于大跨 度屋面结构