建筑结构选型------ 薄壁空间结构.ppt

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1、建筑结构选型-薄壁空间结构 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望内容提要概述圆顶筒壳折板双曲扁壳双曲抛物面扭壳空间薄壁空间的其它形式概述薄壳结构的概念1.壳体结构的定义、几何尺寸及分类壳体结构的定义、几何尺寸及分类定义：定义：壳体结构壳体结构，也称曲面结构，一般是由上下两个几何曲面构成的空间薄劈结构。厚度：厚度：上下两个曲面之间的距离称 为壳体的厚度厚度t。等厚壳体与变厚壳体：等厚壳体与变厚壳体：当厚度t不随坐标位置的不同而改变时称为等厚度壳等厚度壳，反

2、之称为变厚度壳变厚度壳。薄壳、厚壳或中厚壳：薄壳、厚壳或中厚壳：当 厚度t远小于壳体的最小曲率半径R(t60mm或受冲击或振动荷载时：或受冲击或振动荷载时：应双层应双层配筋；配筋；3.支座环附近构造及配筋支座环附近构造及配筋支座环约束附近支座环约束附近的局部弯矩的局部弯矩支座环附近壳板应支座环附近壳板应加厚并双层配筋加厚并双层配筋加厚范围：加厚范围：R/(1012)增加厚度增加厚度t加厚区钢筋直径为加厚区钢筋直径为410mm；间距；间距200mm4.支座环分段预应力筋的配置方式支座环分段预应力筋的配置方式预应力锚头预应力锚头设置在环梁设置在环梁外部突出处外部突出处圆顶结构构造5.孔周内环梁与壳

3、板的连接孔周内环梁与壳板的连接中心连接中心连接内环梁内环梁向下的向下的偏心连偏心连接接内环梁向内环梁向上的偏心上的偏心连接连接6.装配整体式圆顶预制单元的形式装配整体式圆顶预制单元的形式梯形带肋梯形带肋曲面板曲面板梯形平面板梯形平面板（方便施工）（方便施工）仅沿经向切割的长仅沿经向切割的长扇形带肋板（用于扇形带肋板（用于跨度不大时）跨度不大时）圆顶工程实例1.新疆某机械厂金工车间新疆某机械厂金工车间2.罗马奥林匹克小体育罗马奥林匹克小体育圆顶为钢筋混圆顶为钢筋混凝土网状扁球凝土网状扁球壳结构，扁球壳结构，扁球直径为直径为59.13m圆顶工程实例4.德国法兰克福市霍希德国法兰克福市霍希斯特染料厂

4、游艺大厅斯特染料厂游艺大厅 壳体和边壳体和边缘截面缘截面立面立面剖面剖面穹顶穹顶的垂的垂直投直投影和影和水平水平投影投影的关的关系系支座上部壳体沿支座上部壳体沿主拉应力布置的主拉应力布置的预应力筋预应力筋球壳半径球壳半径50m，矢，矢高高25m，厚度，厚度130mm（拱券最高（拱券最高处处250mm，支座处，支座处600mm）筒壳筒壳的结构组成1.筒壳的组成与相关术语筒壳的组成与相关术语筒壳由壳身、侧边构筒壳由壳身、侧边构件及横隔三部份组成件及横隔三部份组成纵向纵向（跨度）（跨度）横向横向（波长）（波长）矢高（不矢高（不含侧边）含侧边）截面高截面高（含侧边）（含侧边）2.壳身截面形状壳身截面形

5、状圆弧形圆弧形（最多见）（最多见）椭圆形椭圆形其它形状其它形状筒壳筒壳的结构组成3.侧边构件截面形式侧边构件截面形式最经济最经济支承于墙或支承于墙或圈梁时采用圈梁时采用小筒壳采用小筒壳采用4.横隔形式横隔形式变高梁，波长不大时变高梁，波长不大时采用，波长较大时可采用，波长较大时可用梁内开洞减轻自重用梁内开洞减轻自重拱架，常用于对称拱架，常用于对称竖向荷载的筒壳竖向荷载的筒壳弧形桁架，波长较弧形桁架，波长较大、装配（整体）大、装配（整体）式时较适宜采用式时较适宜采用刚架，用于波长不刚架，用于波长不大及有抗推附属建大及有抗推附属建筑时筑时等高梁，容易积雪，等高梁，容易积雪，排水沟及屋面处理排水沟及

6、屋面处理困难，用于壳身波困难，用于壳身波长与横隔跨度不一长与横隔跨度不一致时致时筒壳筒壳的结构组成5.筒壳的悬挑形式筒壳的悬挑形式纵向悬挑纵向悬挑横向悬挑横向悬挑筒壳的受力特点筒壳横向为筒壳横向为拱纵向为梁，拱纵向为梁，是双向受力是双向受力的空间结构的空间结构筒拱为单筒拱为单向（横向）向（横向）传力的平传力的平面结构面结构1.筒壳与筒拱的区别筒壳与筒拱的区别筒壳筒壳的受力特点2.不同筒壳的受力特性不同筒壳的受力特性A.长壳（长壳（L1/L23）的受力特性）的受力特性长壳的截面应力长壳的截面应力长壳的主应力线长壳的主应力线长壳与曲线截面梁的应力状长壳与曲线截面梁的应力状态相似，可按梁理论计算态相

7、似，可按梁理论计算B.短壳（短壳（L1/L22）的受力特性）的受力特性壳内弯曲应力很小，壳内弯曲应力很小，主要是薄膜力，可主要是薄膜力，可按薄膜理论计算按薄膜理论计算C.中长壳（中长壳（2L1/L2跨度的跨度的1/20F.跨度较大时，锯齿形屋盖天窗处应做成跨度较大时，锯齿形屋盖天窗处应做成桁架（如右上图）；桁架（如右上图）；G.柱距柱距12m时，可将波宽缩小，横隔做时，可将波宽缩小，横隔做成桁架形式（如右下图）；成桁架形式（如右下图）；筒壳筒壳的结构构造4.装配整体式圆柱面筒壳的常用形式装配整体式圆柱面筒壳的常用形式A.方案方案I（横向整块或两半块）（横向整块或两半块）小跨时的横小跨时的横向整

8、块方案向整块方案较大跨时的横较大跨时的横向两半块方案向两半块方案每段长度可根据制作、运输每段长度可根据制作、运输及安装条件取及安装条件取1.53mB.方案方案II（将整个壳体划分为两（将整个壳体划分为两根边梁根边梁、两个横隔和若干拱板、两个横隔和若干拱板）方案方案II:适用适用于较大跨度于较大跨度C.方案方案III（整个壳体由边梁段（整个壳体由边梁段、横隔、拱肋和壳板拼成横隔、拱肋和壳板拼成）方案方案III:适用适用于较大跨度于较大跨度D.方案方案IV（整个壳体（整个壳体划分为板和划分为板和拱架两种构件拱架两种构件）方案方案IV:适用于短壳适用于短壳筒壳筒壳结构工程实例锯齿形锥壳屋顶锯齿形锥壳

9、屋顶柱网尺寸柱网尺寸36m12m壳体为带肋的预制装配式结构壳体为带肋的预制装配式结构山西省平迢县棉织厂山西省平迢县棉织厂屋顶透视图屋顶透视图筒壳筒壳结构工程实例壳板中部厚壳板中部厚40mm40mm，沿周边，沿周边1 12m2m宽宽的条带范围内逐渐加厚至的条带范围内逐渐加厚至 160mm160mm肋断面为肋断面为70210mm 山西省平迢县棉织厂山西省平迢县棉织厂正、平、正、平、侧视图侧视图拱架示拱架示意图意图拱壳横拱壳横剖面剖面折板折板与筒壳的比较几何上：几何上：折板可看作是筒壳的内接多边形；折板可看作是筒壳的内接多边形；受力上：受力上：折板与筒壳相似；折板与筒壳相似；施工上：施工上：折板比筒

10、壳简便。折板比筒壳简便。折板的结构组成一般由折板、边梁和横隔三部份组成：一般由折板、边梁和横隔三部份组成：（波长）（波长）（跨度）（跨度）折板折板分类1.按有无边梁分按有无边梁分可分为有边梁和无边梁两类可分为有边梁和无边梁两类无边梁无边梁折板屋面折板屋面有边梁有边梁折板屋面折板屋面2.按波数分按波数分可分为单波可分为单波（如左下图）（如左下图）和多波（如下图）和多波（如下图）3.按跨数分按跨数分有单跨、多跨或悬挑有单跨、多跨或悬挑单跨单跨4.按施工方法分按施工方法分有现浇整体式、有现浇整体式、预制装配式和预制装配式和装配整体式等。装配整体式等。近年来用得较近年来用得较多的是折叠式多的是折叠式预

11、制预制V形折析形折析（如上图）（如上图）5.按力学特性分按力学特性分有长有长(L1/L21)和短和短(L1/L21)折板两类折板两类折板有边梁折板的截面形式型式型式I：横隔梁未超出折板截面范围横隔梁未超出折板截面范围；边梁在折板底下边梁在折板底下型式型式II：横隔梁突出折板顶面横隔梁突出折板顶面；边梁为折板反梁（在折板上面）边梁为折板反梁（在折板上面）型式型式III：横隔梁突出折板顶面横隔梁突出折板顶面；边梁为折板反梁（在折板上面）；边梁为折板反梁（在折板上面）；折板起脚离柱边有一定距离折板起脚离柱边有一定距离型式型式IV：横隔梁为等高截面，截面高同折板横隔梁为等高截面，截面高同折板；折板上下

12、均为尖顶的折板上下均为尖顶的V型，即没有型，即没有“削顶削顶”折板折板、边梁与横隔的经验做法1.折板倾角折板倾角宜宜302.边梁宽度边梁宽度宜取折板厚的宜取折板厚的24倍，以便布筋倍，以便布筋3.横隔形式横隔形式因折板波长较小（一般因折板波长较小（一般60mm或倾角或倾角20时，应双时，应双层配筋，在转折处增设层配筋，在转折处增设68250钢筋钢筋折板折板结构的构造3.装配整体式装配整体式V形折板几何参数形折板几何参数折板折板结构的构造4.装配整体式装配整体式V形折板折缝构造形折板折缝构造上折缝外露筋弯折上折缝外露筋弯折180钩钩住附加纵筋住附加纵筋8后浇砼后浇砼非卷材屋面上折缝灌缝砼非卷材屋

13、面上折缝灌缝砼覆盖（搭接）长度覆盖（搭接）长度80mm下折缝底部做成尖角，与预下折缝底部做成尖角，与预制板平接，上部灌缝砼覆盖制板平接，上部灌缝砼覆盖（搭接）长度（搭接）长度100mm非卷材屋面宜在下折缝灌非卷材屋面宜在下折缝灌缝上面增设钢筋网片缝上面增设钢筋网片折板折板结构工程实例1.巴黎联合国教科文组织总部会巴黎联合国教科文组织总部会议大厅议大厅 大厅采用两跨连续的折板刚架结构。两边支座大厅采用两跨连续的折板刚架结构。两边支座为折板墙，中间支座为支承于为折板墙，中间支座为支承于6根柱子上的大梁。根柱子上的大梁。折板折板结构工程实例2.美国伊利诺大学会堂美国伊利诺大学会堂 平面呈圆形，直径平

14、面呈圆形，直径132m，屋顶为预应力钢筋混，屋顶为预应力钢筋混凝土折板组成的圆顶，由凝土折板组成的圆顶，由48块同样形状的膨胀块同样形状的膨胀页岩轻混凝土折板拼装而成，形成页岩轻混凝土折板拼装而成，形成24对折板拱。对折板拱。拱脚水平推拱脚水平推 力由预应力图梁承受。力由预应力图梁承受。幕结构概述1.定义与几何特点定义与几何特点幕结构是由若干块三角形或梯形薄板连接成整体的空间薄壁结构。它具有锥台的外形，幕结构是由若干块三角形或梯形薄板连接成整体的空间薄壁结构。它具有锥台的外形，覆盖着正方形或矩形的底面。覆盖着正方形或矩形的底面。2.与双曲薄壁结构比较与双曲薄壁结构比较受力性能相似，但制作更方便

15、。受力性能相似，但制作更方便。幕结构幕结构的组成由折板、侧边构件和下部支承构由折板、侧边构件和下部支承构件组成。当在件组成。当在79m以上且板受到以上且板受到限制时，可设计成带肋的限制时，可设计成带肋的幕结构的支承1.柱帽支承柱帽支承柱帽宽可取柱帽宽可取（02.0.3）L。对现浇结构，宜设对现浇结构，宜设与柱帽同宽的板带与柱帽同宽的板带幕结构幕结构的支承2.三角斜棱支承三角斜棱支承若荷载及跨度较小，可取消柱若荷载及跨度较小，可取消柱帽，并把幕结构的斜棱加宽成帽，并把幕结构的斜棱加宽成三角形边梁支承于柱上三角形边梁支承于柱上幕结构的侧边构件其截面一般为矩形或其截面一般为矩形或L形形支承于墙上时，

16、应支承于墙上时，应设水平板状边梁设水平板状边梁支承于柱上时，支承于柱上时，应设倒应设倒L形边梁形边梁幕结构幕结构的受力特点、计算要点及构造1.幕结构的破坏形态幕结构的破坏形态当幕结构四角支承于可动铰支座当幕结构四角支承于可动铰支座时，其破坏形态为沿跨中断裂时，其破坏形态为沿跨中断裂当幕结构沿四边支承时，其破坏形态当幕结构沿四边支承时，其破坏形态为角部向上开裂，分为五块刚性板为角部向上开裂，分为五块刚性板2.幕结构的计算要点幕结构的计算要点A.幕结构整体计算要点幕结构整体计算要点多跨幕结构可不考虑其连续性，仍按单个空多跨幕结构可不考虑其连续性，仍按单个空间结构考虑，即可假设相邻幕结构为铰接。间结

17、构考虑，即可假设相邻幕结构为铰接。B.幕结构折板计算要点幕结构折板计算要点可按多跨连续板计算，把折角处的棱线视为可按多跨连续板计算，把折角处的棱线视为其铰支座；斜板当作单向板，平顶板视为双其铰支座；斜板当作单向板，平顶板视为双向板。向板。3.幕结构的构造幕结构的构造L1/L22；f/L1=1/(812)；顶底宽比；顶底宽比=0.40.6；侧板倾角；侧板倾角35；跨度；跨度(67)m时折板可不带肋，否则需带肋。时折板可不带肋，否则需带肋。雁形板雁形板的特点1.雁形板的形成雁形板的形成以以T形板和形板和V形板为基础而形成的形板为基础而形成的一种梁板合一的结构，因其形似一种梁板合一的结构，因其形似飞

18、行的雁而得名飞行的雁而得名2.雁形板的截面形式雁形板的截面形式普通型普通型：优点：优点：板面平，易施工，板面平，易施工，不易积灰积水不易积灰积水 ；缺点：缺点：板宽较大板宽较大（3m3m）时费料）时费料拉杆型：拉杆型：特点：特点：施工时加设工具施工时加设工具式拉杆，施工完成后折式拉杆，施工完成后折撤；撤；优点：优点：板面平，不易积板面平，不易积灰积水，省料灰积水，省料加肋型：加肋型：优点：优点：板厚可控，省料；板厚可控，省料；缺点：缺点：易积灰积水或观感易积灰积水或观感较差较差雁形板雁形板的特点3.雁形板的结构型式雁形板的结构型式拉杆雁形截面拱拉杆雁形截面拱雁形板弯曲成拱，加预应力拉杆。雁形板

19、弯曲成拱，加预应力拉杆。特别适用于粮库及各类无桥式吊特别适用于粮库及各类无桥式吊车的库房及厂房车的库房及厂房直线形落地三饺拱直线形落地三饺拱用顶铰和地下拉杆构成。适合于散料堆场，用顶铰和地下拉杆构成。适合于散料堆场，如粮食、煤炭、矿石及化工原料仓库等如粮食、煤炭、矿石及化工原料仓库等曲线形落地三饺拱曲线形落地三饺拱用顶铰和地下拉杆构成用顶铰和地下拉杆构成大跨度拱及斜张结构大跨度拱及斜张结构造型美观，跨度大造型美观，跨度大雁形板雁形板的特点4.雁形板的受力特点雁形板的受力特点A.纵向纵向相当于相当于V形截面梁形截面梁B.横向横向在板相互拼接前（制作、在板相互拼接前（制作、运输、吊装和施工阶段），

20、运输、吊装和施工阶段），为悬臂板，根部弯矩很大为悬臂板，根部弯矩很大在板相互拼接后（完工和在板相互拼接后（完工和使用阶段），为超静定板，使用阶段），为超静定板，根部弯矩大为减小（约为根部弯矩大为减小（约为拼接前的拼接前的1/41/5故雁形板横向内力由施工阶段控制，为故雁形板横向内力由施工阶段控制，为使施工阶段内受力状态与使用阶段相似，使施工阶段内受力状态与使用阶段相似，减少用料，可在施工阶段增设临时支承减少用料，可在施工阶段增设临时支承雁形板雁形板的构造1.雁形板的厚宽跨经验关系雁形板的厚宽跨经验关系跨度跨度L(m)板宽板宽b(m)板厚板厚t(mm)1225012212350802127380

21、27364801002.雁形板的高跨比雁形板的高跨比可按可按h/L=1/251/20设计设计3.雁形翼板的倾角雁形翼板的倾角可取可取1:21:1.5雁形板雁形板的工程实例浴室平面呈圆浴室平面呈圆 形，直径形，直径35m，屋盖采用先张法预应力混，屋盖采用先张法预应力混凝土变截面雁形板伞状结凝土变截面雁形板伞状结 构，由构，由40块预制雁形板组成，块预制雁形板组成，内径为内径为12m，外径为，外径为38.2m，跨度为，跨度为11.4m，悬挑，悬挑1.6m，支座高差为，支座高差为2.8m，小梁截面为，小梁截面为200mm 200mm，腹，腹板板 厚厚60mm。整个屋盖结构的混凝土折算厚度为。整个屋盖

22、结构的混凝土折算厚度为98mm。徐州矿务局夹河煤矿新副井徐州矿务局夹河煤矿新副井双曲扁壳扁壳的定义和特点1.扁壳的定义扁壳的定义所谓扁壳，是指薄壳的矢高所谓扁壳，是指薄壳的矢高f与被其所覆盖与被其所覆盖的底面最短边的底面最短边a之间的比值之间的比值f/a1/5的壳体。的壳体。因为扁壳的矢高比底面尺寸要小得多，所以因为扁壳的矢高比底面尺寸要小得多，所以扁壳又称微弯平板。扁壳又称微弯平板。2.扁壳的构图特点扁壳的构图特点从构图上看，壳曲面实际上仅仅是庞大的普从构图上看，壳曲面实际上仅仅是庞大的普通曲面上的一小块，球面壳、柱面壳、椭圆通曲面上的一小块，球面壳、柱面壳、椭圆抛物面壳、双曲抛物面壳等都可

23、作成扁壳。抛物面壳、双曲抛物面壳等都可作成扁壳。3.扁壳的建筑结构特点扁壳的建筑结构特点双曲扁壳因为矢高小，结构所占双曲扁壳因为矢高小，结构所占的空间较小，建筑造型美观，结的空间较小，建筑造型美观，结构分析上可以采用构分析上可以采用 些简化假定，些简化假定，所以得到了较广泛的应用。所以得到了较广泛的应用。双曲扁壳扁壳的组成1.双曲扁壳的组成双曲扁壳的组成双曲扁壳由壳身及周边双曲扁壳由壳身及周边竖直的边缘构件所组成竖直的边缘构件所组成 2.双曲扁壳的壳身双曲扁壳的壳身双曲扁壳的壳身可以是光面或带肋的，两个方向双曲扁壳的壳身可以是光面或带肋的，两个方向的曲率可以相等或不等。一般采用抛物线平移曲的曲

24、率可以相等或不等。一般采用抛物线平移曲面，对左下图，其方程如下：面，对左下图，其方程如下：其其x、y两个方向的曲率分别为：两个方向的曲率分别为：对圆形平面可用球面壳；对矩形平面，在建造时对圆形平面可用球面壳；对矩形平面，在建造时可用圆弧移动壳来代替球面壳，而在计算时可用可用圆弧移动壳来代替球面壳，而在计算时可用椭圆抛物面平移曲面来代替。椭圆抛物面平移曲面来代替。3.双曲扁壳的边缘构件双曲扁壳的边缘构件边缘构件一般是带拉杆的拱或拱形桁架，跨度较边缘构件一般是带拉杆的拱或拱形桁架，跨度较小时也可以用等截面或变截面的薄腹粱，当四周小时也可以用等截面或变截面的薄腹粱，当四周为多柱支承或承重墙支承时也可

25、以柱上的曲梁或为多柱支承或承重墙支承时也可以柱上的曲梁或墙上的曲线形圈梁作边缘构件。墙上的曲线形圈梁作边缘构件。双曲扁壳扁壳的受力特点由于壳体扁平，可直接应用平板由于壳体扁平，可直接应用平板理论的某些公式，以简化计算理论的某些公式，以简化计算1.计算理论计算理论2.内力特点内力特点在满跨均布竖向荷载作用下的内力在满跨均布竖向荷载作用下的内力亦以薄膜内力为主，但在壳体边缘亦以薄膜内力为主，但在壳体边缘附近要考虑曲面外弯矩的作用附近要考虑曲面外弯矩的作用3.中间板带曲面内法向力分布中间板带曲面内法向力分布4.中间板带曲面外弯矩分布中间板带曲面外弯矩分布5.壳身沿四周边缘的顺剪力分布壳身沿四周边缘的

26、顺剪力分布双曲扁壳扁壳的受力特点6.壳体的区域受力与配筋壳体的区域受力与配筋I区（中央区）：区（中央区）：以受压为主，构造配筋，可开洞以受压为主，构造配筋，可开洞II区（边缘区）：区（边缘区）：正弯矩较大，需配抗弯筋正弯矩较大，需配抗弯筋III区（角隅区）：区（角隅区）：顺剪扭及主拉压应力较大，不得开洞顺剪扭及主拉压应力较大，不得开洞7.壳体区域的划分规定壳体区域的划分规定区域划分参数按图查算区域划分参数按图查算曲线曲线1：用于满布均布荷载用于满布均布荷载曲线曲线2：用于满布均布荷载用于满布均布荷载双曲扁壳扁壳的结构构造1.壳身几何构造壳身几何构造A.矢跨比：矢跨比：矢高与底面短边之比矢高与底

27、面短边之比f/a1/5；B.边长比：边长比：底面长短边之比底面长短边之比b/a2；C.曲率比：曲率比：两个方向的曲率之比两个方向的曲率之比K1/K22；D.倾角：倾角：壳底平面倾角壳底平面倾角 10。2.边缘构件节点构造边缘构件节点构造边拱节点构造边拱节点构造整体式非预应力边拱整体式非预应力边拱整体式预应力边拱整体式预应力边拱双曲扁壳扁壳的结构构造3.壳身的配筋形式壳身的配筋形式双曲扁壳扁壳的工程实例1.北京火车站北京火车站中央大厅顶盖薄壳中央大厅顶盖薄壳 平面为平面为35m35m，矢高为，矢高为7m，壳身厚度仅壳身厚度仅80mm。检票口通廊上检票口通廊上 用了五个双曲扁壳，用了五个双曲扁壳，

28、中间的平面为中间的平面为2 21.1.5m215m21.5m5m，两，两侧的四个为侧的四个为1616.5m165m16.5m5m，矢高为矢高为3.3m，壳身厚度为，壳身厚度为60mm 。边缘构件为两铰拱边缘构件为两铰拱双曲扁壳扁壳的工程实例2.北京网球馆北京网球馆用双曲扁壳作顶盖，平面为用双曲扁壳作顶盖，平面为42m42m，壳身厚度为，壳身厚度为90mm。双曲抛物面扭壳双曲抛物面的特点1.构成特点构成特点它是由凸向相反的两条抛物线，一条它是由凸向相反的两条抛物线，一条沿着另一条平移而成，属负高斯曲面沿着另一条平移而成，属负高斯曲面它是从双曲抛物面中沿直纹它是从双曲抛物面中沿直纹方向截取出来的一

29、块壳面方向截取出来的一块壳面2.结构特点结构特点壳面下凹的方向犹如壳面下凹的方向犹如“拉索拉索”，而上凸的方，而上凸的方向又如同向又如同“薄拱薄拱”，当上凸方向的，当上凸方向的“薄拱薄拱”曲屈时，下凹方向的曲屈时，下凹方向的“拉索拉索”就会进一步发就会进一步发挥作用，这样可避免整个屋盖结挥作用，这样可避免整个屋盖结 构发生失构发生失稳破坏，提高了结构的稳定性。稳破坏，提高了结构的稳定性。3.经济特点经济特点因壳体同时具有因壳体同时具有“拉索拉索”和和“薄壳薄壳”的特点，故的特点，故壳板可以做得很壳板可以做得很薄。同时，双曲抛物面是薄。同时，双曲抛物面是直纹曲面，壳板的配筋和模板制作都很简直纹曲

30、面，壳板的配筋和模板制作都很简单，因此，这类屋面可节省三单，因此，这类屋面可节省三 材，经济技材，经济技术指标较好。术指标较好。双曲抛物面扭壳双曲抛物面扭壳的形式双倾单块扭壳，双倾单块扭壳，两边落水，四边采光两边落水，四边采光单倾单块扭壳，单倾单块扭壳，两边落水，两边采光两边落水，两边采光组合型扭壳，组合型扭壳，由四块相同的单倾单由四块相同的单倾单块扭壳对称组合而成的四坡顶屋盖，块扭壳对称组合而成的四坡顶屋盖，有两条相互垂直的屋脊线，屋顶四有两条相互垂直的屋脊线，屋顶四边采光，排水方便。边采光，排水方便。双曲抛物面扭壳扭壳结构的边缘构件单块扭壳屋盖的边缘构件可单块扭壳屋盖的边缘构件可采用较为简

31、单的三角形桁架采用较为简单的三角形桁架组合型扭壳屋盖的边缘构件可采组合型扭壳屋盖的边缘构件可采用拉杆用拉杆 人字架或等腰三角形桁架人字架或等腰三角形桁架双曲抛物面扭壳扭壳屋盖的型式双倾单块扭壳屋盖双倾单块扭壳屋盖单倾单块扭壳屋盖单倾单块扭壳屋盖组合型扭壳屋盖组合型扭壳屋盖预制预应力双曲抛物面马鞍形薄壳结构预制预应力双曲抛物面马鞍形薄壳结构这是一种板架合一的屋面构件，预应力筋呈直线这是一种板架合一的屋面构件，预应力筋呈直线形布置，受力性能好、自重轻、材料省，可广泛形布置，受力性能好、自重轻、材料省，可广泛应用于食堂、礼堂、仓库、车站等工业与民用建应用于食堂、礼堂、仓库、车站等工业与民用建筑中，也

32、可用于有吊车的工业厂房屋盖，最大跨筑中，也可用于有吊车的工业厂房屋盖，最大跨度已达度已达28m，我国已编制了标准图集可供选用。，我国已编制了标准图集可供选用。预应力筋布置预应力筋布置曲面方程：曲面方程：双曲抛物面扭壳扭壳的受力特点1.壳身的受力特点壳身的受力特点A.在竖向均布荷载作用下，曲面内不产生法向内力，仅存在顺剪力在竖向均布荷载作用下，曲面内不产生法向内力，仅存在顺剪力;B.顺剪力平行于直纹方向，且在壳体内为常数，故壳体内各点的配筋顺剪力平行于直纹方向，且在壳体内为常数，故壳体内各点的配筋 均匀一致均匀一致;C.顺剪力所产生的主拉应力或主压应力，作用在与剪力成顺剪力所产生的主拉应力或主压

33、应力，作用在与剪力成45的方向上，且下凹的的方向上，且下凹的 方向受方向受拉，相当于索的作用，上凸的方向受压，相当于拱的作用。因此，整个扭壳也可看拉，相当于索的作用，上凸的方向受压，相当于拱的作用。因此，整个扭壳也可看 成是成是由一系列受拉索与一系列受压拱所组成的曲面组合结构。由一系列受拉索与一系列受压拱所组成的曲面组合结构。双曲抛物面扭壳扭壳的受力特点2.边缘构件边缘构件的受力特点的受力特点四坡屋顶四坡屋顶边缘构件为等腰三角形边缘构件为等腰三角形 桁架，桁架，由于壳边传给桁架上弦的顺剪由于壳边传给桁架上弦的顺剪力为一常数，故桁架上弦杆内力为一常数，故桁架上弦杆内轴向压力呈三角形分布，它在轴向

34、压力呈三角形分布，它在屋脊处为零，在支座处为最大。屋脊处为零，在支座处为最大。桁架下弦杆则受拉。桁架下弦杆则受拉。单块扭壳屋盖单块扭壳屋盖其边缘构件，在壳边传来的顺剪力其边缘构件，在壳边传来的顺剪力S作用作用 下，将下，将在拱方向的支座处产生对角线方向的推力在拱方向的支座处产生对角线方向的推力H(图图 a)，此推力，此推力H可由于设置在对角线方向的水平拉可由于设置在对角线方向的水平拉 杆杆来承担，也可由设置在该支座附近的两对锚于地来承担，也可由设置在该支座附近的两对锚于地下的斜拉杆下的斜拉杆(图图b)来承担。来承担。双曲抛物面扭壳扭壳的受力特点2.边缘构件边缘构件的受力特点的受力特点落地单块式

35、扭壳屋盖落地单块式扭壳屋盖顺剪力过边缘构件以合力顺剪力过边缘构件以合力R的形式作用于的形式作用于A、C基础上。这时，基础上。这时，R的水平分力的水平分力H对基础有推对基础有推移作用。当地基抗侧移能力不足时，应在两基础之间设置拉杆，以保证壳体体形不变。移作用。当地基抗侧移能力不足时，应在两基础之间设置拉杆，以保证壳体体形不变。双曲抛物面扭壳扭壳的结构构造1.几何尺寸几何尺寸A.矢跨比：矢跨比：单倾单块：单倾单块：宜宜f/b=1/41/2；双倾单块：双倾单块：宜宜2f/b=1/81/2；组合扭壳：组合扭壳：宜宜f/2b=1/41/8；满足上述条件可按扁壳理论计算满足上述条件可按扁壳理论计算B.底边

36、长比（矩形单块）：底边长比（矩形单块）：a/b=12；2.扭壳配筋扭壳配筋D.对角向对角向配筋：配筋：当壳内主拉应力较大时，可沿对角线方向配筋当壳内主拉应力较大时，可沿对角线方向配筋 3.加强加厚区域加强加厚区域A.边缘区域：边缘区域：不小于不小于b/10；B.屋脊十字形交接缝附近区域：屋脊十字形交接缝附近区域：视内力而定，但不小于视内力而定，但不小于2b/10，厚度为，厚度为(34)t；A.配筋形式：配筋形式：可根据内力值采取单层或双层配筋；可根据内力值采取单层或双层配筋；B.配筋形状：配筋形状：钢筋为平行于边缘直线方向的方格网，钢筋为平行于边缘直线方向的方格网，所所有钢筋均为直线形；有钢筋

37、均为直线形；C.角隅处角隅处配筋：配筋：在壳体角隅的加厚范围内，需设置与边缘成在壳体角隅的加厚范围内，需设置与边缘成45角角的斜向钢筋，的斜向钢筋，斜钢筋的直径为斜钢筋的直径为610，间距不大于，间距不大于200mm；4.屋脊交接缝方向配筋屋脊交接缝方向配筋受力筋受力筋6200，附加筋，附加筋410双曲抛物面扭壳扭壳结构工程实例1.北京市丰台电话分局主机楼北京市丰台电话分局主机楼钢筋混凝钢筋混凝 土土组合型双曲抛物面扭壳组合型双曲抛物面扭壳屋盖结构屋盖结构扭壳平面尺寸扭壳平面尺寸27.0m33.6m，壳体矢高与，壳体矢高与 短边之比为短边之比为1:5.4。壳体最薄。壳体最薄处处70mm，十字脊

38、线处加厚为，十字脊线处加厚为240mm，四周边缘处加厚为，四周边缘处加厚为 180mm。壳。壳体上下面各配双向钢筋网。扭壳的边缘构件采用多拉杆体上下面各配双向钢筋网。扭壳的边缘构件采用多拉杆 三角形人字架三角形人字架双曲抛物面扭壳扭壳结构工程实例2.大连海港转运仓库大连海港转运仓库 钢筋混凝钢筋混凝 土土组合型双曲抛物面扭壳组合型双曲抛物面扭壳屋盖结构屋盖结构每个扭壳平面尺寸为每个扭壳平面尺寸为23m23m，壳厚为，壳厚为60mm，十字脊线处加厚至，十字脊线处加厚至200mm，四周边缘处，四周边缘处加厚至加厚至 150mm。壳板内配置。壳板内配置8150双向双层钢筋网，边缘构件为人字形拉杆拱双向双层钢筋网，边缘构件为人字形拉杆拱本章结束！