薄殼結(jié)構(gòu) (1)復(fù)習(xí)過程.ppt

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1、薄殼結(jié)構(gòu)組長:馮帥組員:韓昆昊,顧帥,國航,郭偉昊,劉松洋薄殼結(jié)構(gòu)1.概述2.薄殼的曲面形式3.圓頂結(jié)構(gòu)4.筒殼結(jié)構(gòu)5.雙曲扁殼結(jié)構(gòu)起源與發(fā)展起源:人類遠在數(shù)千年前早已找出了各式各樣的日用殼體,如鍋、碗、壇、罐……以后工業(yè)逐漸發(fā)達,造出了燈泡、鋼盔、木舟、機殼等不勝枚舉。發(fā)展殼體用于建筑結(jié)構(gòu)雖為時較早,但工程界開始研究、分析、試驗已是19世紀,到20世紀初葉殼體結(jié)構(gòu)的發(fā)展一直緩慢二戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后殼體結(jié)構(gòu)發(fā)展才迅速起來。只有空間受力的結(jié)構(gòu)體系才能夠很好地解決大跨度屋蓋的問題,而且只有空間體系的結(jié)構(gòu)才能組成富有造型特

2、點的屋蓋形式。殼結(jié)構(gòu)的演變1.兩邊支承的單向板只有一個方向受彎,另一個方向的抗彎能力根本沒有利用;2.如果把做成四邊支承的雙向板,那么,雙向受彎,兩向共同受荷,則材料的抗彎潛力得到較充分的發(fā)揮。3.在相同荷載作用下,雙向板比單向板的跨度可以大1.3~1.8倍。4.雙向板雖然是四邊支承而起雙向受力的作用,但還是平面結(jié)構(gòu),它的內(nèi)力還是彎矩。把平板做成曲板,曲板的內(nèi)力就改變?yōu)槭軌簽橹?,受壓比受彎更能發(fā)揮材料的性能,尤其是多向受壓,處于空間狀態(tài)更加有利。橫向受荷傳力的梁起“擔”的作用,不能材盡其用,并非經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式;

3、以曲梁承荷傳力的拱起“頂”的作用,能進一步發(fā)揮材力,是較先進的結(jié)構(gòu)形式;殼體與此相仿,以曲板承荷傳力,而且更進一步,它不像拱是單向受荷傳力的平面結(jié)構(gòu),而是雙向受荷傳力的空間結(jié)構(gòu),起雙向“頂”的作用。定義殼體結(jié)構(gòu)一般是指由兩個幾何曲面構(gòu)成的空間薄璧結(jié)構(gòu)。兩曲面間的距離,即殼體的厚度t。t不隨坐標變化時稱為等厚度殼體,反之稱為變厚度殼體。平分殼體厚度的曲面叫做殼體的中面。劃分設(shè)R為中面的曲率半徑,在max(t/R)<1/20的情況下,殼體可按照薄殼理論進行計算,所得結(jié)果與按厚殼理論計算所得結(jié)果比較起來,誤差一般不超

4、過通常工程上所容許的計算誤差(5%)。根據(jù)上述不等式而將殼體劃分成薄殼與厚殼兩類。實際應(yīng)用的殼體通常是很薄的,多數(shù)在下列范圍內(nèi):1/1000<t/R<l/50。薄殼的特點薄殼必須具備兩個條件:1.曲面2.剛性1.理解為四邊支承的曲板。2.主要依靠曲面內(nèi)的雙向軸力和順剪力承重。3.強度和剛度主要依靠幾何形狀的合理性,而不是結(jié)構(gòu)截面尺寸得到。4.空間整體工作性能良好,內(nèi)力均勻,結(jié)構(gòu)自重??;5.強度高、剛度大、材料省、經(jīng)濟合理。6.曲面多樣化,豐富建筑造型。特點體型復(fù)雜;現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)時費工費模板材料,施工不便;板厚太小,

5、結(jié)構(gòu)厚度和保溫隔熱都靠這幾公分厚的材料,隔熱效果不好;長期日曬雨淋容易開裂;殼板的曲面容易引起室內(nèi)聲音反射和混響,對聲音效果要求高的大會堂、體育館、影劇院等不宜采用。按照形成的特點分為:1.旋轉(zhuǎn)曲面2.平移曲面3.直紋曲面旋轉(zhuǎn)曲面一平面曲線繞其所在平面上的軸旋轉(zhuǎn)所形成的曲面,稱為旋轉(zhuǎn)曲面。該平面曲線可以有不同的形狀,于是得到多種多樣適應(yīng)于圓形平面的穹窿(圓頂)屋蓋平移曲面由一條豎向曲線做母線沿著另一條豎向曲線(導(dǎo)線)平行移動所形成的曲面平移曲面直紋曲面雙曲拋物面 一直線沿二固定曲線移動形成的曲面。扭殼面與雙曲拋

6、物面扭殼面雙曲拋物面柱面與柱狀面柱面由直母線沿沿著兩根曲率相同的豎向曲導(dǎo)線移動而形成的曲面。 柱狀面由直母線沿著兩根曲率不同的豎向曲導(dǎo)線移動,并始終平行于一導(dǎo)平面而形成。錐面與錐狀面錐面是一直母線沿一豎向曲導(dǎo)線移動,并始終通過一定點而形成的曲面。 錐狀面是由一直母線沿一根直導(dǎo)線和一根豎向曲導(dǎo)線移動,并始終平行于一導(dǎo)平面而形成的曲面。也稱劈錐殼。圓頂薄殼圓頂薄殼的特點旋轉(zhuǎn)曲面、正高斯曲率;球面殼、橢球面殼、旋轉(zhuǎn)拋物面;適用于平面形狀為圓型的建筑;雜技院、劇院、展覽館、天文館、圓形水池頂蓋是最早出現(xiàn)的一種古老型式。

7、厚度薄、結(jié)構(gòu)自重輕、節(jié)省材料;殼體的徑向和環(huán)向彎矩極小,可以忽略;殼體主要承受壓力,壓力沿整個球面呈擴散均勻分布,可以充分利用材料強度。圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)型式支座環(huán)1.是圓頂結(jié)構(gòu)保持幾何不變的保證;2.作用類似于拱式結(jié)構(gòu)中的拉桿;3.對圓頂殼面起箍的作用,阻止圓頂結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的裂縫開展與破壞;4.主要承受環(huán)向拉力和彎矩5.保證殼體基本上處于受壓狀態(tài);并實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的空間平衡。支承結(jié)構(gòu)的類型支承在豎向承重構(gòu)件上支承在框架上豎向承重構(gòu)件經(jīng)向推力的水平分力由支座環(huán)承擔,豎向支承構(gòu)件僅承受經(jīng)向推力的豎向分力。圓頂

8、的跨度較大時由于經(jīng)向推力很大,要求支座環(huán)的尺寸很大。斜柱或斜拱通過殼體四周沿著切線方向的直線形、Y形或叉形斜柱,把推力傳給基礎(chǔ);或通過沿殼緣切線方向的單式或復(fù)式斜拱,把經(jīng)向推力集中起來傳給基礎(chǔ)框架利用圓頂下四周的圍廊或圓頂周圍的低層附屬建筑的框架結(jié)構(gòu),把水平推力傳給基礎(chǔ)。框架結(jié)構(gòu)必須具有足夠的剛度,以保證殼身的穩(wěn)定性。圓頂結(jié)構(gòu)直接落地并支承在基礎(chǔ)上若球殼邊緣全部落地,則基礎(chǔ)同時作為受拉

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