建筑結(jié)構(gòu)選型薄壁空間結(jié)構(gòu)

建筑結(jié)構(gòu)選型薄壁空間結(jié)構(gòu)第1頁/共69頁內(nèi)容提要概述圓頂筒殼折板雙曲扁殼雙曲拋物面扭殼空間薄壁空間的其它形式第2頁/共69頁概述薄殼結(jié)構(gòu)的概念1.殼體結(jié)構(gòu)的定義、幾何尺寸及分類定義：殼體結(jié)構(gòu)，也稱曲面結(jié)構(gòu)，一般是由上下兩個幾何曲面構(gòu)成的空間薄劈結(jié)構(gòu)。厚度：上下兩個曲面之間的距離稱為殼體的厚度t。等厚殼體與變厚殼體：當(dāng)厚度t不隨坐標(biāo)位置的不同而改變時稱為等厚度殼，反之稱為變厚度殼。薄殼、厚殼或中厚殼：當(dāng)厚度t遠(yuǎn)小于殼體的最小曲率半徑R(t<<R)時，稱為薄殼，反之稱為厚殼或中厚度殼。一般在建筑工程中所遇到的殼體，常屬于薄殼結(jié)構(gòu)的范疇。第3頁/共69頁概述薄殼結(jié)構(gòu)的概念2.描述殼體結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念A(yù).中曲面—等分殼體各點(diǎn)厚度的曲面B.切平面—通過曲面一點(diǎn)并垂直于通過該點(diǎn)法線的平面，如圖中的o1n1C.法平面—通過曲面法線的平面，通過曲面某點(diǎn)的法平面有無數(shù)個D.法截線—法平面與曲面相交的曲線E.法曲率—法截線在曲面上某點(diǎn)的曲率F.主曲率—法截線在曲面上某點(diǎn)所有曲率的極值（有兩個，分別為極大值和極小值）G.主方向—曲面上某點(diǎn)與其主曲率對應(yīng)的法截線的切線方向H.曲率線—曲面上各點(diǎn)與其主曲率對應(yīng)的法截線第4頁/共69頁概述薄殼結(jié)構(gòu)的概念2.描述殼體結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念I(lǐng).高斯曲率—曲面上某點(diǎn)兩個主曲率乘積J.殼頂—在曲面以上的中曲面的最高點(diǎn)，如下圖的o點(diǎn)K.矢高—?dú)ろ數(shù)降酌娴木嚯x，如右圖的fL.矢率—矢高與底面短邊之比，即右圖中的f/aM.扁殼與陡殼—矢率較小者為扁殼，較大者為陡殼，工程上常以f/a=1/5為界限第5頁/共69頁概述薄殼結(jié)構(gòu)的概念3.殼體結(jié)構(gòu)相對梁、拱的力學(xué)特性A.梁—主要受彎剪，截面應(yīng)力不均勻B.拱—主要受壓，截面應(yīng)力均勻?？烧业脚c某種特定荷載的合理軸線。C.殼—相當(dāng)于雙向拱，主要受薄膜軸力和薄膜剪力，對荷載的適應(yīng)性更強(qiáng)。第6頁/共69頁概述薄殼結(jié)構(gòu)的概念4.殼體結(jié)構(gòu)實(shí)例A.自然界中的殼體結(jié)構(gòu)蛋殼蚌殼螺螄殼蝸牛殼腦殼果殼種子第7頁/共69頁概述薄殼結(jié)構(gòu)的概念4.殼體結(jié)構(gòu)實(shí)例B.生活中的殼體結(jié)構(gòu)乒乓球罐燈泡安全帽輪船飛機(jī)第8頁/共69頁概述薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式1.旋轉(zhuǎn)曲面旋轉(zhuǎn)曲面：由一條平面曲線繞著該平面內(nèi)某一給定直線旋轉(zhuǎn)一周所形成的曲面。旋轉(zhuǎn)殼：以旋轉(zhuǎn)曲面為中曲面的殼體。母線：即繞旋轉(zhuǎn)曲轉(zhuǎn)動的曲線。旋轉(zhuǎn)軸：旋轉(zhuǎn)時不動的直線。球形殼橢球殼拋物球殼雙曲球殼圓柱殼錐形殼雙曲球殼第9頁/共69頁概述薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式2.平移曲面由一條豎向曲線作母線沿著另一豎向曲線（導(dǎo)線）平行移動所形成的曲面。橢圓拋物面雙曲拋物面第10頁/共69頁概述薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式3.直紋曲面由一段直線（母線）的兩端分別沿兩固定曲線（導(dǎo)線）移動所形成的曲面。圓柱面橢圓柱面拋物柱面A.柱形面由一段直線作母線沿著兩條相同且平行的曲線（導(dǎo)線）平行移動所形成的曲面。第11頁/共69頁概述薄殼結(jié)構(gòu)的曲面形式3.直紋曲面B.劈錐曲面由一段直線一端沿拋物線（或圓?。?，另一端沿直線與指向平面平行移動所形成的曲面。劈錐曲面C.扭曲面由一段直線作母線沿兩根相互傾斜但又不相交的直導(dǎo)線平行移動所形成的曲面。它也可以看成是雙曲拋物面的一部份。扭曲面雙曲拋物面雙曲拋物面中的abcd為扭曲面第12頁/共69頁圓頂概述1.定義圓頂為正高斯曲率的旋轉(zhuǎn)曲面殼。2.類型球面殼橢球殼旋轉(zhuǎn)拋物面殼3.建筑與力學(xué)特點(diǎn)穹拱式的造型，四周傳力的特點(diǎn)，使得其在大跨度時仍可用很薄的殼，且殼身應(yīng)力很小，殼厚常按構(gòu)造及穩(wěn)定來確定即可。4.應(yīng)用及實(shí)例殼體失穩(wěn)圓頂適用于平面為圓形的建筑，如雜技院，劇院，展覽館，天文館，圓形水池頂蓋等。北京天文館，R=25m，t=60mm，結(jié)構(gòu)自重僅約2kN/m2。北京天文館第13頁/共69頁圓頂結(jié)構(gòu)組成及形式1.結(jié)構(gòu)組成由殼身、支座環(huán)和下部支承結(jié)構(gòu)三部份組成。2.殼身結(jié)構(gòu)的形式最常見為平滑圓頂因采光、穩(wěn)定需要或受集中荷載或采用裝配整體式結(jié)構(gòu)時，可用肋形圓頂。當(dāng)跨度不大時，肋形圓頂可僅設(shè)經(jīng)肋；當(dāng)建筑平面為正多邊形時，可采用多面圓頂結(jié)構(gòu)。為建筑造型需要，可將多面圓頂稍作修改。第14頁/共69頁圓頂結(jié)構(gòu)組成及形式3.支座環(huán)的截面形式圓頂?shù)闹ёh(huán)相當(dāng)于拱的拉桿，主要為受拉，可采用普通或預(yù)應(yīng)力混凝土梁。當(dāng)圓頂不是支承在墻上而是柱上時，還同時受彎、剪、扭的作用。4.支承結(jié)構(gòu)的形式A.直接支承在柱或墻等豎向承重構(gòu)件上優(yōu)點(diǎn)：受力明確，構(gòu)造簡單；缺點(diǎn)：跨度大時，推力大；表現(xiàn)力不夠豐富B.支承在斜柱或斜拱上優(yōu)點(diǎn)：平、立面布置靈活，表現(xiàn)力強(qiáng)；缺點(diǎn)：需基礎(chǔ)承受水平推力復(fù)式斜拱支承單式斜拱和交叉形斜柱支承Y形斜柱支承C.框架支承D.落地支承第15頁/共69頁圓頂結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.殼板厚度t=R/600，且現(xiàn)澆時≥40mm，裝配整體式時≥30mm。2.殼板配筋A(yù).受壓區(qū)或主拉應(yīng)力小于砼抗拉強(qiáng)度的受拉區(qū)，按構(gòu)造配筋最小配筋率：0.2%；最小直徑：4mm；最大間距：250mm。B.主拉應(yīng)力大于砼抗拉強(qiáng)度的受拉區(qū)，按計(jì)算配筋最大間距：150mm。C.配筋形式及位置t≤60mm時：可僅在殼板中截面單層配筋；t>60mm或受沖擊或振動荷載時：應(yīng)雙層配筋；3.支座環(huán)附近構(gòu)造及配筋支座環(huán)約束附近的局部彎矩支座環(huán)附近殼板應(yīng)加厚并雙層配筋加厚范圍：R/(10~12)增加厚度≥t加厚區(qū)鋼筋直徑為4~10mm；間距≤200mm4.支座環(huán)分段預(yù)應(yīng)力筋的配置方式預(yù)應(yīng)力錨頭設(shè)置在環(huán)梁外部突出處第16頁/共69頁圓頂結(jié)構(gòu)構(gòu)造5.孔周內(nèi)環(huán)梁與殼板的連接中心連接內(nèi)環(huán)梁向下的偏心連接內(nèi)環(huán)梁向上的偏心連接6.裝配整體式圓頂預(yù)制單元的形式梯形帶肋曲面板梯形平面板（方便施工）僅沿經(jīng)向切割的長扇形帶肋板（用于跨度不大時）第17頁/共69頁圓頂工程實(shí)例1.新疆某機(jī)械廠金工車間2.羅馬奧林匹克小體育圓頂為鋼筋混凝土網(wǎng)狀扁球殼結(jié)構(gòu)，扁球直徑為59.13m第18頁/共69頁圓頂工程實(shí)例4.德國法蘭克福市霍希斯特染料廠游藝大廳殼體和邊緣截面立面剖面穹頂?shù)拇怪蓖队昂退酵队暗年P(guān)系支座上部殼體沿主拉應(yīng)力布置的預(yù)應(yīng)力筋球殼半徑50m，矢高25m，厚度130mm（拱券最高處250mm，支座處600mm）第19頁/共69頁筒殼筒殼的結(jié)構(gòu)組成1.筒殼的組成與相關(guān)術(shù)語筒殼由殼身、側(cè)邊構(gòu)件及橫隔三部份組成縱向（跨度）橫向（波長）矢高（不含側(cè)邊）截面高（含側(cè)邊）2.殼身截面形狀圓弧形（最多見）橢圓形其它形狀第20頁/共69頁筒殼筒殼的結(jié)構(gòu)組成3.側(cè)邊構(gòu)件截面形式最經(jīng)濟(jì)支承于墻或圈梁時采用小筒殼采用4.橫隔形式變高梁，波長不大時采用，波長較大時可用梁內(nèi)開洞減輕自重拱架，常用于對稱豎向荷載的筒殼弧形桁架，波長較大、裝配（整體）式時較適宜采用剛架，用于波長不大及有抗推附屬建筑時等高梁，容易積雪，排水溝及屋面處理困難，用于殼身波長與橫隔跨度不一致時第21頁/共69頁筒殼筒殼的結(jié)構(gòu)組成5.筒殼的懸挑形式縱向懸挑橫向懸挑筒殼的受力特點(diǎn)筒殼橫向?yàn)楣翱v向?yàn)榱?，是雙向受力的空間結(jié)構(gòu)筒拱為單向（橫向）傳力的平面結(jié)構(gòu)1.筒殼與筒拱的區(qū)別第22頁/共69頁筒殼筒殼的受力特點(diǎn)2.不同筒殼的受力特性A.長殼（L1/L2≥3）的受力特性長殼的截面應(yīng)力長殼的主應(yīng)力線長殼與曲線截面梁的應(yīng)力狀態(tài)相似，可按梁理論計(jì)算B.短殼（L1/L2≤2）的受力特性殼內(nèi)彎曲應(yīng)力很小，主要是薄膜力，可按薄膜理論計(jì)算C.中長殼（2<L1/L2<3）的受力特性薄膜內(nèi)力及彎曲內(nèi)力都應(yīng)該考慮，用薄殼有彎矩理論來分析它的全部內(nèi)力。為簡化計(jì)算，也可忽略其中較次要的縱向彎矩及扭矩，用所謂半彎矩理論來計(jì)算筒殼內(nèi)的主要內(nèi)力。第23頁/共69頁筒殼筒殼的受力特點(diǎn)3.筒殼的傳力模式并非將荷載豎向地傳給橫隔而是通過殼面內(nèi)的順剪力將荷載傳給橫隔當(dāng)橫隔為實(shí)體梁時，梁應(yīng)按偏拉構(gòu)件計(jì)算當(dāng)橫隔為桁架時，應(yīng)將順剪力換算成節(jié)點(diǎn)上的集中荷載再計(jì)算第24頁/共69頁筒殼筒殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.短殼（L1/L2≤2）A.矢高應(yīng)≥波長的1/8；B.板厚與配筋可按構(gòu)造確定；C.當(dāng)跨度=6~12m，波長≤30m時，板厚可參考下表采用；配筋可為Ф4~6@100~160mm，最小配筋率≥0.2%。2.長殼（L1/L2≥3）A.矢高應(yīng)≥波長/8（同短殼）；B.截面高度取跨度的1/10~1/15；C.配筋應(yīng)按計(jì)算確定；D.板厚可取波長的1/300~1/500；E.按梁理論算得的縱筋配在側(cè)邊構(gòu)件內(nèi)；F.殼板應(yīng)三層配筋，如右圖。第25頁/共69頁筒殼筒殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造3.天窗孔的布置A.天窗及其它孔洞建議沿縱向布置于殼體的上部；B.孔洞橫向尺寸建議≤(1/4~1/3)波長；C.洞口縱向尺寸可不受限制，但應(yīng)設(shè)邊梁和橫撐，當(dāng)有較大不對稱荷載時，還應(yīng)設(shè)斜撐；D.為避免陽光直射，可采用北設(shè)天窗的鋸齒形屋蓋；第26頁/共69頁筒殼筒殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造3.天窗孔的布置E.鋸齒形筒殼下部側(cè)邊構(gòu)件的截面形式；兼做天溝，截面高度>跨度的1/20F.跨度較大時，鋸齒形屋蓋天窗處應(yīng)做成桁架（如右上圖）；G.柱距>12m時，可將波寬縮小，橫隔做成桁架形式（如右下圖）；第27頁/共69頁筒殼筒殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造4.裝配整體式圓柱面筒殼的常用形式A.方案I（橫向整塊或兩半塊）小跨時的橫向整塊方案較大跨時的橫向兩半塊方案每段長度可根據(jù)制作、運(yùn)輸及安裝條件取1.5~3mB.方案II（將整個殼體劃分為兩根邊梁、兩個橫隔和若干拱板）方案II:適用于較大跨度C.方案III（整個殼體由邊梁段、橫隔、拱肋和殼板拼成）方案III:適用于較大跨度D.方案IV（整個殼體劃分為板和拱架兩種構(gòu)件）方案IV:適用于短殼第28頁/共69頁筒殼筒殼結(jié)構(gòu)工程實(shí)例鋸齒形錐殼屋頂柱網(wǎng)尺寸36m×12m殼體為帶肋的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)山西省平迢縣棉織廠屋頂透視圖第29頁/共69頁筒殼筒殼結(jié)構(gòu)工程實(shí)例殼板中部厚40mm，沿周邊1．2m寬的條帶范圍內(nèi)逐漸加厚至160mm肋斷面為70×210mm山西省平迢縣棉織廠正、平、側(cè)視圖拱架示意圖拱殼橫剖面第30頁/共69頁折板折板與筒殼的比較幾何上：折板可看作是筒殼的內(nèi)接多邊形；受力上：折板與筒殼相似；施工上：折板比筒殼簡便。折板的結(jié)構(gòu)組成一般由折板、邊梁和橫隔三部份組成：（波長）（跨度）第31頁/共69頁折板折板分類1.按有無邊梁分可分為有邊梁和無邊梁兩類無邊梁折板屋面有邊梁折板屋面2.按波數(shù)分可分為單波（如左下圖）和多波（如下圖）3.按跨數(shù)分有單跨、多跨或懸挑單跨4.按施工方法分有現(xiàn)澆整體式、預(yù)制裝配式和裝配整體式等。近年來用得較多的是折疊式預(yù)制V形折析（如上圖）5.按力學(xué)特性分有長(L1/L2≥1)和短(L1/L2≤1)折板兩類第32頁/共69頁折板有邊梁折板的截面形式型式I：橫隔梁未超出折板截面范圍；邊梁在折板底下型式II：橫隔梁突出折板頂面；邊梁為折板反梁（在折板上面）型式III：橫隔梁突出折板頂面；邊梁為折板反梁（在折板上面）；折板起腳離柱邊有一定距離型式IV：橫隔梁為等高截面，截面高同折板；折板上下均為尖頂?shù)腣型，即沒有“削頂”第33頁/共69頁折板折板、邊梁與橫隔的經(jīng)驗(yàn)做法1.折板傾角宜<30°2.邊梁寬度宜取折板厚的2~4倍，以便布筋3.橫隔形式因折板波長較?。ㄒ话?lt;12m），故橫隔的跨度較小，常用折板下梁或三角形框架梁的形式折板結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)與計(jì)算要點(diǎn)短折板雙向受力，計(jì)算復(fù)雜，與筒殼相似。工程常見為長折板。對L1/L2≥3的橫折板，其縱、橫向均可按梁理論計(jì)算。1.縱向計(jì)算取一個波長，以橫隔為支座，按梁計(jì)算。與筒殼相似，折板傳給橫隔的為純剪力。折板截面可簡化為T形或工形第34頁/共69頁折板折板結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)與計(jì)算要點(diǎn)2.橫向計(jì)算取1m板帶按多跨連續(xù)板計(jì)算，以折板轉(zhuǎn)折處或邊梁為支座。計(jì)算簡圖彎矩圖第35頁/共69頁折板折板結(jié)構(gòu)的構(gòu)造1.幾何尺寸板厚寬比：t/b=1/40~1/50；板厚：30mm≤t≤100mm；板寬：b=3~3.5m，平頂寬取(0.25~0.4）L2；板傾角：25°≤α≤30°；波長：L2=10~12m；跨度：L1可達(dá)27m或更大；高跨比：f/L1=1/10~1/15；f/L2=1/8~1/10；2.現(xiàn)澆折板配筋板厚t≤60mm且傾角α≤20°時，可單層配筋，但在轉(zhuǎn)折處應(yīng)增設(shè)≥Ф6@250鋼筋板厚t>60mm或傾角α>20°時，應(yīng)雙層配筋，在轉(zhuǎn)折處增設(shè)≥Ф6~8@250鋼筋第36頁/共69頁折板折板結(jié)構(gòu)的構(gòu)造3.裝配整體式V形折板幾何參數(shù)第37頁/共69頁折板折板結(jié)構(gòu)的構(gòu)造4.裝配整體式V形折板折縫構(gòu)造上折縫外露筋彎折180°鉤住附加縱筋Ф8后澆砼非卷材屋面上折縫灌縫砼覆蓋（搭接）長度≥80mm下折縫底部做成尖角，與預(yù)制板平接，上部灌縫砼覆蓋（搭接）長度≥100mm非卷材屋面宜在下折縫灌縫上面增設(shè)鋼筋網(wǎng)片第38頁/共69頁折板折板結(jié)構(gòu)工程實(shí)例1.巴黎聯(lián)合國教科文組織總部會議大廳大廳采用兩跨連續(xù)的折板剛架結(jié)構(gòu)。兩邊支座為折板墻，中間支座為支承于6根柱子上的大梁。第39頁/共69頁折板折板結(jié)構(gòu)工程實(shí)例2.美國伊利諾大學(xué)會堂平面呈圓形，直徑132m，屋頂為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土折板組成的圓頂，由48塊同樣形狀的膨脹頁巖輕混凝土折板拼裝而成，形成24對折板拱。拱腳水平推力由預(yù)應(yīng)力圖梁承受。第40頁/共69頁幕結(jié)構(gòu)概述1.定義與幾何特點(diǎn)幕結(jié)構(gòu)是由若干塊三角形或梯形薄板連接成整體的空間薄壁結(jié)構(gòu)。它具有錐臺的外形，覆蓋著正方形或矩形的底面。2.與雙曲薄壁結(jié)構(gòu)比較受力性能相似，但制作更方便。第41頁/共69頁幕結(jié)構(gòu)幕結(jié)構(gòu)的組成由折板、側(cè)邊構(gòu)件和下部支承構(gòu)件組成。當(dāng)在7~9m以上且板受到限制時，可設(shè)計(jì)成帶肋的幕結(jié)構(gòu)的支承1.柱帽支承柱帽寬可取（02.~0.3）L。對現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，宜設(shè)與柱帽同寬的板帶第42頁/共69頁幕結(jié)構(gòu)幕結(jié)構(gòu)的支承2.三角斜棱支承若荷載及跨度較小，可取消柱帽，并把幕結(jié)構(gòu)的斜棱加寬成三角形邊梁支承于柱上幕結(jié)構(gòu)的側(cè)邊構(gòu)件其截面一般為矩形或L形支承于墻上時，應(yīng)設(shè)水平板狀邊梁支承于柱上時，應(yīng)設(shè)倒L形邊梁第43頁/共69頁幕結(jié)構(gòu)幕結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)、計(jì)算要點(diǎn)及構(gòu)造1.幕結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)當(dāng)幕結(jié)構(gòu)四角支承于可動鉸支座時，其破壞形態(tài)為沿跨中斷裂當(dāng)幕結(jié)構(gòu)沿四邊支承時，其破壞形態(tài)為角部向上開裂，分為五塊剛性板2.幕結(jié)構(gòu)的計(jì)算要點(diǎn)A.幕結(jié)構(gòu)整體計(jì)算要點(diǎn)多跨幕結(jié)構(gòu)可不考慮其連續(xù)性，仍按單個空間結(jié)構(gòu)考慮，即可假設(shè)相鄰幕結(jié)構(gòu)為鉸接。B.幕結(jié)構(gòu)折板計(jì)算要點(diǎn)可按多跨連續(xù)板計(jì)算，把折角處的棱線視為其鉸支座；斜板當(dāng)作單向板，平頂板視為雙向板。3.幕結(jié)構(gòu)的構(gòu)造L1/L2≤2；f/L1=1/(8~12)；頂?shù)讓挶?0.4~0.6；側(cè)板傾角≤35°；跨度≤(6~7)m時折板可不帶肋，否則需帶肋。第44頁/共69頁雁形板雁形板的特點(diǎn)1.雁形板的形成以T形板和V形板為基礎(chǔ)而形成的一種梁板合一的結(jié)構(gòu)，因其形似飛行的雁而得名2.雁形板的截面形式普通型：優(yōu)點(diǎn)：板面平，易施工，不易積灰積水

；缺點(diǎn)：板寬較大（3m）時費(fèi)料拉桿型：特點(diǎn)：施工時加設(shè)工具式拉桿，施工完成后折撤；優(yōu)點(diǎn)：板面平，不易積灰積水，省料加肋型：優(yōu)點(diǎn)：板厚可控，省料；缺點(diǎn)：易積灰積水或觀感較差第45頁/共69頁雁形板雁形板的特點(diǎn)3.雁形板的結(jié)構(gòu)型式拉桿雁形截面拱雁形板彎曲成拱，加預(yù)應(yīng)力拉桿。特別適用于糧庫及各類無橋式吊車的庫房及廠房直線形落地三餃拱用頂鉸和地下拉桿構(gòu)成。適合于散料堆場，如糧食、煤炭、礦石及化工原料倉庫等曲線形落地三餃拱用頂鉸和地下拉桿構(gòu)成大跨度拱及斜張結(jié)構(gòu)造型美觀，跨度大第46頁/共69頁雁形板雁形板的特點(diǎn)4.雁形板的受力特點(diǎn)A.縱向相當(dāng)于V形截面梁B.橫向在板相互拼接前（制作、運(yùn)輸、吊裝和施工階段），為懸臂板，根部彎矩很大在板相互拼接后（完工和使用階段），為超靜定板，根部彎矩大為減小（約為拼接前的1/4~1/5故雁形板橫向內(nèi)力由施工階段控制，為使施工階段內(nèi)受力狀態(tài)與使用階段相似，減少用料，可在施工階段增設(shè)臨時支承第47頁/共69頁雁形板雁形板的構(gòu)造1.雁形板的厚寬跨經(jīng)驗(yàn)關(guān)系跨度L(m)板寬b(m)板厚t(mm)≤1225012~212~350~8021~2738027~36480~1002.雁形板的高跨比可按h/L=1/25~1/20設(shè)計(jì)3.雁形翼板的傾角可取1:2~1:1.5第48頁/共69頁雁形板雁形板的工程實(shí)例浴室平面呈圓形，直徑35m，屋蓋采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土變截面雁形板傘狀結(jié)構(gòu)，由40塊預(yù)制雁形板組成，內(nèi)徑為12m，外徑為38.2m，跨度為11.4m，懸挑1.6m，支座高差為2.8m，小梁截面為200mm×200mm，腹板厚60mm。整個屋蓋結(jié)構(gòu)的混凝土折算厚度為98mm。徐州礦務(wù)局夾河煤礦新副井第49頁/共69頁雙曲扁殼扁殼的定義和特點(diǎn)1.扁殼的定義所謂扁殼，是指薄殼的矢高f與被其所覆蓋的底面最短邊a之間的比值f/a≤1/5的殼體。因?yàn)楸鈿さ氖父弑鹊酌娉叽缫〉枚?，所以扁殼又稱微彎平板。2.扁殼的構(gòu)圖特點(diǎn)從構(gòu)圖上看，殼曲面實(shí)際上僅僅是龐大的普通曲面上的一小塊，球面殼、柱面殼、橢圓拋物面殼、雙曲拋物面殼等都可作成扁殼。3.扁殼的建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)雙曲扁殼因?yàn)槭父咝?，結(jié)構(gòu)所占的空間較小，建筑造型美觀，結(jié)構(gòu)分析上可以采用些簡化假定，所以得到了較廣泛的應(yīng)用。第50頁/共69頁雙曲扁殼扁殼的組成1.雙曲扁殼的組成雙曲扁殼由殼身及周邊豎直的邊緣構(gòu)件所組成2.雙曲扁殼的殼身雙曲扁殼的殼身可以是光面或帶肋的，兩個方向的曲率可以相等或不等。一般采用拋物線平移曲面，對左下圖，其方程如下：其x、y兩個方向的曲率分別為：對圓形平面可用球面殼；對矩形平面，在建造時可用圓弧移動殼來代替球面殼，而在計(jì)算時可用橢圓拋物面平移曲面來代替。3.雙曲扁殼的邊緣構(gòu)件邊緣構(gòu)件一般是帶拉桿的拱或拱形桁架，跨度較小時也可以用等截面或變截面的薄腹粱，當(dāng)四周為多柱支承或承重墻支承時也可以柱上的曲梁或墻上的曲線形圈梁作邊緣構(gòu)件。第51頁/共69頁雙曲扁殼扁殼的受力特點(diǎn)由于殼體扁平，可直接應(yīng)用平板理論的某些公式，以簡化計(jì)算1.計(jì)算理論2.內(nèi)力特點(diǎn)在滿跨均布豎向荷載作用下的內(nèi)力亦以薄膜內(nèi)力為主，但在殼體邊緣附近要考慮曲面外彎矩的作用3.中間板帶曲面內(nèi)法向力分布4.中間板帶曲面外彎矩分布5.殼身沿四周邊緣的順剪力分布第52頁/共69頁雙曲扁殼扁殼的受力特點(diǎn)6.殼體的區(qū)域受力與配筋I(lǐng)區(qū)（中央?yún)^(qū)）：以受壓為主，構(gòu)造配筋，可開洞II區(qū)（邊緣區(qū)）：正彎矩較大，需配抗彎筋I(lǐng)II區(qū)（角隅區(qū)）：順剪扭及主拉壓應(yīng)力較大，不得開洞7.殼體區(qū)域的劃分規(guī)定區(qū)域劃分參數(shù)按圖查算曲線1：用于滿布均布荷載曲線2：用于滿布均布荷載第53頁/共69頁雙曲扁殼扁殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.殼身幾何構(gòu)造A.矢跨比：矢高與底面短邊之比f/a≤1/5；B.邊長比：底面長短邊之比b/a≤2；C.曲率比：兩個方向的曲率之比K1/K2≤2；D.傾角：殼底平面傾角α≤10°。2.邊緣構(gòu)件節(jié)點(diǎn)構(gòu)造邊拱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造整體式非預(yù)應(yīng)力邊拱整體式預(yù)應(yīng)力邊拱第54頁/共69頁雙曲扁殼扁殼的結(jié)構(gòu)構(gòu)造3.殼身的配筋形式第55頁/共69頁雙曲扁殼扁殼的工程實(shí)例1.北京火車站中央大廳頂蓋薄殼平面為35m×35m，矢高為7m，殼身厚度僅80mm。檢票口通廊上用了五個雙曲扁殼，中間的平面為21.5m×21.5m，兩側(cè)的四個為16.5m×16.5m，矢高為3.3m，殼身厚度為60mm

。邊緣構(gòu)件為兩鉸拱第56頁/共69頁雙曲扁殼扁殼的工程實(shí)例2.北京網(wǎng)球館用雙曲扁殼作頂蓋，平面為42m×42m，殼身厚度為90mm。

第57頁/共69頁雙曲拋物面扭殼雙曲拋物面的特點(diǎn)1.構(gòu)成特點(diǎn)它是由凸向相反的兩條拋物線，一條沿著另一條平移而成，屬負(fù)高斯曲面它是從雙曲拋物面中沿直紋方向截取出來的一塊殼面2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)殼面下凹的方向猶如“拉索”，而上凸的方向又如同“薄拱”，當(dāng)上凸方向的“薄拱”曲屈時，下凹方向的“拉索”就會進(jìn)一步發(fā)揮作用，這樣可避免整個屋蓋結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)破壞，提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。3.經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)因殼體同時具有“拉索”和“薄殼”的特點(diǎn)，故殼板可以做得很薄。同時，雙曲拋物面是直紋曲面，殼板的配筋和模板制作都很簡單，因此，這類屋面可節(jié)省三材，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較好。第58頁/共69頁雙曲拋物面扭殼雙曲拋物面扭殼的形式雙傾單塊扭殼，兩邊落水，四邊采光單傾單塊扭殼，兩邊落水，兩邊采光組合型扭殼，由四塊相同的單傾單塊扭殼對稱組合而成的四坡頂屋蓋，有兩條相互垂直的屋脊線，屋頂四邊采光，排水方便。第59頁/共69頁雙曲拋物面扭殼扭殼結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件單塊扭殼屋蓋的邊緣構(gòu)件可采用較為簡單的三角形桁架組合型扭殼屋蓋的邊緣構(gòu)件可采用拉桿人字架或等腰三角形桁架第60頁/共69頁雙曲拋物面扭殼扭殼屋蓋的型式雙傾單塊扭殼屋蓋單傾單塊扭殼屋蓋組合型扭殼屋蓋預(yù)制預(yù)應(yīng)力雙曲拋物面馬鞍形薄殼結(jié)構(gòu)這是一種板架合一的屋面構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力筋呈直線形布置，受力性能好、自重輕、材料省，可廣泛應(yīng)用于食堂、禮堂、倉庫、車站等工業(yè)與民用建筑中，也可用于有吊車的工業(yè)廠房屋蓋，最大跨度已達(dá)28m，我國已編制了標(biāo)準(zhǔn)圖集可供選用。預(yù)應(yīng)力筋布置曲面方程：第61頁/共69頁雙曲拋物面扭殼扭殼的受力特點(diǎn)1.殼身的受力特點(diǎn)A.在豎向均布荷載作用下，曲面內(nèi)不產(chǎn)生法向內(nèi)力，僅存在順剪力;B.順剪力平行于直紋方向，且在殼體內(nèi)為常數(shù)，故殼體內(nèi)各點(diǎn)的配筋均勻一致;C.順剪力所產(chǎn)生的主拉應(yīng)力或主壓應(yīng)力，作用在與剪力成45°的方向上，且下凹的方向受拉，相當(dāng)于索的作用，上凸的方向受壓，相當(dāng)于拱的作用。因此，整個扭殼也可看成是由一系列受拉索與一系列受壓拱所組成的曲面組合結(jié)構(gòu)。第62頁/共69頁雙曲拋物面扭殼扭殼的受力特點(diǎn)2.邊緣構(gòu)件的受力特點(diǎn)四坡屋頂邊緣構(gòu)件為等腰三角形桁架，由于殼邊傳給桁架上弦的順剪力為一常數(shù)，故桁架上弦桿內(nèi)軸向壓力呈三角形分布，