(八)薄壳结构
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。
薄壳结构原理
薄壳结构原理薄壳结构是一种常见的工程结构形式，其原理是利用薄壳的受力性能来承担外部荷载，实现结构的稳定和强度。
薄壳结构具有较高的承载能力和较小的自重，因此在建筑、桥梁、船舶等领域得到广泛应用。
本文将从薄壳结构的原理入手，介绍其受力特点、设计要点和应用范围，帮助读者更好地理解和运用薄壳结构。
首先，薄壳结构的受力特点是指其在受外部荷载作用下的受力性能。
薄壳结构主要受力于膜力和弯曲力，而薄壳的受力特点主要体现在以下几个方面：1. 膜力作用，薄壳结构在受到外部荷载作用时，其表面会产生张力和压力，形成膜力。
薄壳结构的受力性能与膜力的分布和大小密切相关，合理设计薄壳结构的形状和厚度，可以有效地控制膜力的分布，提高结构的承载能力。
2. 弯曲力作用，除了膜力外，薄壳结构还会受到弯曲力的作用。
在外部荷载作用下，薄壳结构会发生弯曲变形，产生弯曲应力。
合理设计薄壳结构的截面形状和支撑方式，可以有效地减小弯曲应力，提高结构的稳定性。
其次，设计薄壳结构需要注意的要点包括结构形状、材料选择和支撑方式。
薄壳结构的设计要点主要包括以下几个方面：1. 结构形状，薄壳结构的形状对其受力性能有重要影响。
合理选择薄壳结构的形状，可以使结构在受力时获得较好的受力性能，提高结构的承载能力。
2. 材料选择，薄壳结构的材料选择直接影响其受力性能和使用寿命。
合理选择材料，可以提高薄壳结构的强度和稳定性，延长结构的使用寿命。
3. 支撑方式，薄壳结构的支撑方式对其受力性能和稳定性有重要影响。
合理选择支撑方式，可以有效地减小结构的变形和应力，提高结构的稳定性。
最后，薄壳结构在建筑、桥梁、船舶等领域有着广泛的应用。
薄壳结构的应用范围主要包括以下几个方面：1. 建筑领域，薄壳结构在建筑领域主要应用于大跨度建筑和特殊形状建筑。
例如，穹顶结构、折板结构和双曲面结构等都是薄壳结构的典型应用。
2. 桥梁领域，薄壳结构在桥梁领域主要应用于特殊形状桥梁和大跨度桥梁。
浅谈薄壳结构
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，最大跨度可达24m。折板结构的折现形状横截面，大大增加了空间结构刚度，既能做梁受弯，又能作拱受压，且便于预制，因而得到广泛的发展。近年来在园林建筑中运用尤为广泛，在我国园林建筑中也起到不容忽视的作用, 深受园林建筑师的重视。以薄壳结构在我国园林建筑中的应用所取得的成就意义来看主要有三个方面: 1) 在园林建筑中应用新材料代替了木材、砖、石; 2)在结构上趋于计算更合理的利用空间; 3) 适用于形态多样的造型, 结构稳定强度大, 能塑造大型空间建筑, 节省物力、财力。这些薄壳结构所具有的优越性在园林建筑应用发展中具有十分重要的意义。
2.3 组合式壳体
A.圆柱面壳体沿对角线切开后重组(见图9)。
B. 双曲抛物面切割重组( 见图10)。
图9 圆柱面壳体沿对角线切开后重组示意图 图10 双曲抛物面切割重组示意图
3 薄壳结构所采用的材料
从经济上考虑, 优先考虑采用钢筋混凝土作为材料, 为改进其抗裂性能差的缺点, 可采用钢丝网加高标号水泥砂浆作粘结剂, 使其达到较高的力学性能, 由此还可减少壳体的厚度。如进一步采用现代材料科学的成果, 使用高强度钢丝或其他高强度纤维组织物, 并在水泥中添加高分子聚合物, 其性能尚可进一步提高。采用薄钢板作为薄壳结构材料或用玻璃钢材料, 这些材料的各项力学性能好, 而且耐大气的侵蚀, 外形呈多种曲面的壳体, 以弥补材料弹性模量的不足。
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。
8,9第八章拱结构第九章薄壳结构
(3)利用拉杆来承受水平推力 利用拉杆来承受水平推力 在拱脚处设置钢杆， 在拱脚处设置钢杆，利用钢杆受拉从而抵抗拱 的推力(图 的推力 图8—5a、b)。这种解决办法传力路线最 、 。 简短， 简短，在拱结构的范围内直接解决推力问题面不致 将推力传给支承拱的结构构件上。钢杆因为受拉、 将推力传给支承拱的结构构件上。钢杆因为受拉、 这样处理的拱故也称“拉杆拱” 这样处理的拱故也称“拉杆拱”。拉杆拱因为推力 问题可在拱本身独立解决， 问题可在拱本身独立解决，故拉杆拱普遍用于屋盖 结构上。 结构上。 为了避免拉杆在自重作用下严重下垂，通常设 为了避免拉杆在自重作用下严重下垂， 置吊杆以维持拉杆的水平依置(图 置吊杆以维持拉杆的水平依置 图8—5a、b)。 、 。
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三、钢筋混凝土大拱的施工方案
出于拱的外表面 出于拱的外表面是空间曲面，所以大拱施工时的模板 间曲面， 放样、 位和控制的难度大；拱的总重达 总重达3000t以上。 以上。 放样、定位和控制的难度大；拱的总重达 以上 如果用常规搭架的方法浇筑混凝土， 如果用常规搭架的方法浇筑混凝土，搭架材料的消耗和 其他费用很大；施工要求很高． 其他费用很大；施工要求很高．质量与安全问题也难于 保证。 保证。 因此，在结构设计阶段，就对施工方法、 因此，在结构设计阶段，就对施工方法、施工阶段 应力变形的控制与监测、安全等方面作了系统的研究， 应力变形的控制与监测、安全等方面作了系统的研究， 构思了一个“钢管混凝土半刚性骨架 钢管混凝土半刚性骨架”的无支架施工空间 构思了一个 钢管混凝土半刚性骨架 的无支架施工空间 大拱的方法。 大拱的方法。 这一方法的要点是：先制作一个钢管混凝土 这一方法的要点是：先制作一个钢管混凝土拱形骨 作为施工期间的承重支架． 架．作为施工期间的承重支架．大拱的模板就直接悬挂 在这个骨架上 大拱的混凝土浇筑完毕后， 在这个骨架上；大拱的混凝土浇筑完毕后，这个骨架就 久留在混凝土内，作为大拱的劲性配筋，如图8—20 永久留在混凝土内，作为大拱的劲性配筋，如图 图8—21所示。 所
建筑结构：薄壳结构
3. 几种主要薄壳结构的受力特点
• 薄壳主要是承受由于各种作用而产生的中 面内力（薄膜力），即受到平行于表面作 用的应力，有时也存在面外作用的弯矩、 剪力和扭矩等其他内力。
3.1球壳
• 球壳为旋转曲面壳，可以是圆球面壳、椭球面壳或旋转抛物面 壳等多种形式，为正高斯曲面，通常被称为穹顶。由于它在水 平面上的投影为圆，非常适合于平面为圆形以及正多边形的集 中式大跨建筑，自古以来，从古典建筑中的神庙、教堂，到近、 现代建筑中的天文馆、杂技场等，都有广泛的应用。 • 过去，人们对球壳中的内力分布并不十分清楚，许多传统建筑 中的穹顶经常发生开裂现象。以圆球形壳体为例，壳体中，沿 经向德薄膜力总是压力，而沿纬向的薄膜力并不都是压力，压 力自上而下逐渐减小，越过一个分界线后便成为拉力，且逐渐 增大。对于等厚度圆球形薄壳，在自重作用下，这一分界线位 于幅角为51?49′处。因此，对于幅角较大的穹顶式壳体，在支 座处设置抗拉环，并且在壳体适当部位增设方向抗拉构件是非 常必要的。特别是在支座环附近，往往内力分布较为复杂，构 造上还要做特殊处理，以抵御局部弯矩作用。 • 球壳经过裁切，并增加边梁或其他边缘构件，可以用于正方形、 正多边形和其他平面形式断面可以为圆、椭圆或抛物线等曲线形式， 是一种零高斯曲面，适用于矩形平面建筑。可采用单波或多波形式。 由于其形态简单，对于钢筋混凝土筒壳来说，模板制作简便，并可重 复使用，非常便于连续施工。 • 由于筒壳为单曲面，其空间刚度较双曲面差，所以，筒壳通常离不开 边梁和横隔。横隔是筒壳的端部支撑构件，可以为板、桁架、框架、 拉杆拱或有一定刚度的拱形曲梁。边梁与横隔对保持筒壳的形态稳定、 承接壳体内力并顺利传至支座起了重要的作用。 • 筒壳横隔间的距离为I1两个边梁间距离I2位波长。跨度和波长的比值 不同，对筒壳的受力特性有着很大影响，一般是根据跨度和波长比， 将筒壳分为长壳和短壳两类。 • I1/ I2>1的筒壳为长壳。长壳的受力状态与曲线截面梁相似。特别是 当I1/ I2>3时，计算中可以不考虑空间作用效用，梁的弯曲理论可以 完全适用。为适应建筑平面，工程应用时，多采用多波形式。 • I1/ I2<1的筒壳为短壳。通常I1/ I2<0.5。用于屋盖结构时，板壳矢高f 应不小于I1/8。由于短壳的横隔间距较小，与肋形拱相似，壳体内部 以薄膜力为主，弯矩很小，拱的作用十分明显。
薄壳结构1
0
K k1 k2
0
0
零高斯曲率 正高斯曲率 负高斯曲率
零高斯曲率
正高斯曲率
负高斯曲率
二 、薄壳结构的曲面形式
➢旋转曲面
由一条平面曲线绕着该平面内某一指定的直线旋转一周所 形成的曲面
二 、薄壳结构的曲面形式
➢平移曲面
由一条竖向曲线做母线沿着另一条竖向曲线（导线）平行 移动所形成的曲面
顺剪力使拱方向的支座受推力 拉杆 锚于地下的斜 拉杆
➢扭壳的边缘构件 •落地拱单块扭壳屋盖
顺剪力
落地拱扭壳屋盖边框推力的平衡
合力R作用于A、B的基础上
当地基抗侧移能力不足时， 在基础之间设置拉杆
三、双曲抛物面扭壳的工程实例 ➢大连海港转运仓库
平面图
透视图
钢筋混凝土组合型双曲 抛物面扭壳屋盖
边缘构件为人字形拉杆 拱
➢壳体稳定性好 上凸——薄拱（受压）
下凹——索网（受拉）
避免屈曲失稳，提高稳定性。 壳板可以很薄
➢双曲抛物面是直纹曲面，配筋和模板制作简单
➢扭壳——从双曲抛物面中沿直纹曲面切取的一部分
扭壳单块作屋面或组合
一 、扭壳的结构组成和型式
➢组成：壳板和边缘构件 ➢形式
双倾单块扭壳
单倾单块扭壳
组合型扭壳
屋顶四边采光， 排水方便。
边缘构件为人字形拉杆 拱，壳体及边拱围现浇 刚筋混凝土结构
扭壳的几何图形
曲面的切割与组合
双曲扁壳 柱壳
两柱壳相贯 两双曲抛物面 壳相贯
锯齿形状 （柱状） 劈锥壳
锥形壳
扭壳 锥形壳
锥形壳
鸟瞰图 室外透视
➢美国圣路易航空港候机室
由三组壳体组成 每组有两个圆柱形曲面正交形成 建筑平面为四边形 每组壳面切割成八角形的覆盖平面丰富了建筑造型 两个柱形曲面的交线为十字形交叉拱，加强壳体， 并将荷载传至支座 拱的断面突出壳面使室内形成光滑简洁的曲面 壳体边缘有加劲肋 三组壳体的相交处为采光带
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。
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（三）横隔构件 横隔构件的间距一般采用6～ 12m。
三、圆柱壳的开洞处理
圆柱壳建筑的通风采光可以采用锯齿形屋盖的办法来解决，也可以采用 天窗孔的做法来处理。
四、工程实例
• 圆柱壳由于适用跨度大，平面进深也大，支承结构可以多样化，可 根据建筑空间和造型的不同需要去选择，所以，这种薄壳广泛用于 单层工业厂房和各种公共建筑如展览馆上。 • 圆柱壳还可根据建筑的使用需要，可以做成单波单跨、单波多跨、 多波单跨及多波多跨等各种形式。我国许多纺织厂采用锯齿形的长 筒壳。
薄壳突出一个“薄”字，故其优点是：材料省、很经济；自重小，为大跨度提供 有利条件；曲板的曲面多样化，为建筑造型提供丰富多采的创造条件。
壳结构的缺点：
体型复杂，现浇结构时费工费模料 ，施工不便；板厚太小，结构厚度 和保温隔热都靠这几公分厚的材料 ，隔热效果不够好，长期日晒雨淋 容易开裂；壳板天棚的曲面容易引 起室内声音反射和混响，对音响效 果要求高的大会堂、体育馆、影剧 院等建筑不适宜采用。
• 圆顶薄壳的支承结构，一般有以下几种：
• • • • (1)通过支座环支承在房屋的竖向承重构件上。 (2)支承在斜柱或斜拱上。 (3)支承在框架上。 (4)圆顶结构直接落地并支承在基础上。
第四节
建筑屋盖上。
圆柱形薄壳
圆柱形薄壳的曲面呈单曲外形，故也称为“筒壳”。筒壳因其 几何形状简单，模板制作容易，施工简单，故广泛用于工业与民用 筒壳一般由壳板、边梁和横隔三部分组成。
（二）长壳受力特点和内力计算简介
薄壳是空间结构，在荷载作用下产生的内力与普通梁板结构不 同，内力的计算也比普通梁板结构复杂得多。
二、短壳
短壳一般也是由壳板、边梁和横隔构件三部分组成，其跨度与波长的比值l1/ l2<1，通常等于或小于0.5。短壳一般是多跨的。 （一）壳板 壳板的矢高f1不应小于1/8l2。壳板内的应力不大，通常不必计算，可按跨度及 施工条件决定其厚度。对普通跨度（l1＝6～12 m， l2＝18～30 m）的屋盖，当矢 高不小于1/8l2时，厚度可按表9－1选定。 （二）边梁 边梁宜采用矩形截面，其高度一般为（1/15-1/10）l1，而不应小于1/15 l1，宽 度为高度的1/5-2/5。
一直线沿二固定曲线移动形成的曲面。常见的有： 1.双曲抛物面(鞍壳、扭壳) 如上图(b)所示的双曲抛物面，也可按直纹曲面的方式形成，即工程 中的鞍壳。 工程中扭壳是由扭曲面构成的。
2．柱面与柱状面 柱面是由直母线沿一竖向曲导线移动而形成的，如筒壳。 柱状面是由一直母线沿着两根曲率不同的竖向曲导线移动，并始 终平行于一导平面而形成，如柱状面壳。
薄壳基本曲面形式几何形成的类型:
一、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。常见
的有：球形曲面、旋转抛物面和旋转双曲面。
二、平移曲面
竖向曲母线沿另一竖向曲导线平移而成的曲面称为平 移曲面。工程中常见的有椭圆抛物面双曲扁壳和双曲抛物面。注意 区别。
三、直纹曲面
第七节 折板结构
一、折板的特点
同是一块板的截面，如果把折叠起来成折板，惯性矩就可增大许 多；同是一块板的材料，折叠后等于把材料从中和轴位置远离拉开， 即可收到大大的结构效益了 。
二、折板受力特点
折板结构的波长l2一般不宜 太大。实际工程中，跨度l1 经常是波长l2的好几倍长， 尤其是预制预应力V形折板， l1 /l2一般都在5以上。因此， 折板结构大多是长折板，它 的受力性能与长筒壳类似。 边梁下无中间支撑且l1 /l2 》 3的长折极可按梁理论计算。 • （1）板的横向计算 • （2）折板的纵向计算 • （3）横隔框架的计算
有边梁的折板结构由折板、边梁和横隔构件三部分组成，是现浇结构。
四、现代建筑中，折板的应用与演变
由于折板建筑具有波浪起伏的轮廓和丰富多变的阴影，大大丰富 了建筑的造型艺术和个性表现。所以，折板不仅用于建筑物主体的屋 盖上。而且，近代建筑中，折板常常用在门廊雨罩或一些建筑小品上 面，很具特色。
• 雁形板：梁板合一的构件，实质为折板。有普通型、 加肋型、拉杆型。
第二节 薄壳的型式与曲面关系
薄壳结构是一种薄得不致于产生明显的弯曲应力，但厚度是以承受压力、 拉力和剪力的形抵抗结构。所谓“形抵抗结构”就是将材料造成一定的形式从 而获得强度去承受荷载的结构。薄壳结构赖以获得这种能力的“形”就是曲面， 薄壳的结构效能就是归功于曲面的曲率和几何特征。 薄壳的型式很多，诸如球面壳、圆柱壳、双曲扁壳、幕结构、折结构等， 都是由曲面变化而创造出的各种型式。
三、折板结构的型式
（一）无边梁的折板——预制V形板 波长——一般2m和3m；跨度——一般6～15m（预应力时可达21m）；倾角—— 板与水平面的倾角一般为30～45度；折板高度——为了保证折板的刚度，折板高 度不宜小于1/20跨度。 （二）有边梁的折板——筒壳式折板结构
（二）有边梁的折板——筒壳式折板结构
第五节 双曲扁壳
一、双曲扁壳的结构组成
包括二部分：壳身和竖直边缘构件，因它在壳体的两个互相垂直 的平面上都有曲率，且f/L《1/5，顾名思义称之为双曲扁壳。
二、双曲扁壳的受力特点
可将平板理论中的某些公式直接应用到双曲扁壳结构的计算中。
三、双曲扁壳的结构构造
矢高与底面短边之比不能大于l／5。 曲率比及底面长边与短边之比均不宜超过2。 节点构造及配筋形式
3.锥面与锥状面 锥面是一直母线沿一竖向曲导线移动，并始终通过一定点而 形成的曲面，如锥面壳。锥状面是由直母线沿一根直导线和一根竖 向曲导线移动，并始终平行于一导平面而形成的曲面。
四、复杂曲面
在上述的基本几何曲面上任意切取一部分，或将曲面进行不同的 组合，便可得到各种各样复杂的曲面。
第三节 圆顶薄壳
二、圆顶薄壳的内力状态
一般情况下，壳面的径向和环向弯矩较小可以忽略，壳面内力 可按无弯矩理论计算。在轴向（旋转轴）对称荷载作用下，圆顶 径向受压，环向上部受压，下部可能受压也可能受拉，这是圆顶 壳面中的主要内力。 从此可以看出，圆顶结构可以充分利用材料的强度。
支座对圆顶壳面起箍的作用，所以支座环承 受壳面边缘传来的推力，其截面内力主要为拉力。 由于支座环对壳面边缘变形的约束作用，壳面的边 缘附近产生径向的局部弯矩。
一、圆顶薄壳型式
• • 圆顶薄壳的曲面是球形曲面，故也称“球面薄壳”。 圆顶薄壳是最早出现的一种古老型式，它的受力简单。壳板的径向和环向 弯矩极小，可以忽略。所以，壳体主要承受压力，压力沿整个球面扩散均 匀分布，可以充分利用材料的强度。边缘构件为一圆环，对圆顶壳面起箍 的作用，圆顶通过它搁在支承构件上，边缘构件主要承受环向拉力和弯矩。 根据壳板构造，圆顶薄壳可以分为：平滑圆顶、肋形圆顶和多面圆顶三种。
一、长薄壳
• （一）形式和尺寸 • 当l1/ l2≥l时，称为长薄壳。此时，由于l1/ l2的比值较大，筒壳的受力 情况像曲线截面的梁一样，其计算理论与曲线截面梁相仿。 • 长薄壳的l1/ l2的比值一般为l.5～2.5，最大可达3～4。长薄壳的跨长 最大可达30m。 • 壳体截面的总高度f不应小于（ 1／10～ 1／15）l1；矢高f1不应小于1 ／8 l2。 • 壳板的厚度一般为3～8cm。
现代建筑结构欣赏
薄壳结构
嘉庚学院土木工程系 许云燕
第一节
薄壳结构的受力特点与优缺点
• 薄壳结构概念:曲板的内力改变为受压为主，受压比受弯有利得多，尤其 • 薄壳结构的优点：
是多向受压，处于空间工作状态更加有利薄壳必须具备两个条件：一是“曲面 的”，二是“刚性的”。所以，薄壳可以简单理解为四边支承的曲板。薄壳的结 构组成一般包括：曲面的壳板和周边的边缘构件两部分。