薄壁空间结构讲解
- 格式:ppt
- 大小:10.29 MB
- 文档页数:3
薄壁空间结构在本小节中我们要给大家介绍各种薄壁空间结构体系的组成、优缺点及适用范围;各种薄壁空间结构体系的合理布置原则及及受力特点。
一、薄壳结构的概念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。
这两个曲面之间的距离称为壳体的厚度t。
当厚度t远小于壳体的最小曲率半径时,称为薄壳。
一般在建筑工程中所遇到的壳体,常属于薄壳结构的范畴。
在面结构中,平板结构主要受弯曲内力,包括双向弯矩和扭矩,如图1-65a。
薄壁空间结构如图1-95b所示的壳体,它的厚度t远小于壳体的其它尺寸(如跨度),属于空间受力状态,主要承受曲面内的轴力(双向法向力)和顺剪力作用,弯矩和扭矩都很小。
图1-65 面结构(a)平板结构(b)曲面结构(壳)薄壁空间结构,由于它主要承受曲面内的轴力作用,所以材料强度得到充分利用;同时由于它的空间工作,所以具有很高的强度及很大的刚度。
薄壳空间结构内力比较均匀,是一种强度高、刚度大、材料省、既经济又合理的结构型式。
薄壁空间结构常用于中、大跨度结构,如展览大厅,飞机库、工业厂房、仓库等。
在一般的民用建筑中也常采用薄壳结构。
薄壁空间结构在应用中也存在一些问题,由于它体形复杂,一般采用现浇结构,所以费模板、费工时,往往因此而影响它的推广。
同时在设计方面,薄壁空间结构的计算过于复杂。
二、薄壳空间结构的曲面形式薄壳结构中曲面的形式,按其形成的几何特点可以分成以下三类:1.旋转曲面由一平面曲线(或直线)作母线绕其平面内的一根轴线旋转而成的曲面,称为旋转曲面。
在薄壁空间结构中,常用的旋转曲面有球形曲面、旋转抛物(椭圆)面、圆锥曲面、旋转双曲面等,分别见图1-66。
图1-66 旋转曲面2.直纹曲面(图1-67)一根直母线,其两端各沿两固定曲导线(或为一固定曲导线,一固定直导线)平行移动而成的曲面,称为直纹曲面。
一般有:(1)柱曲面(一根直母线沿两根曲率方向和大小相同的竖向曲导线移动而成)或柱状曲面(一根直母线沿两根曲率方向相同但大小不同的竖向曲导线始终平行于导平面移动而成)它们又都称单曲柱面,分别见图1-67。
薄壁空间结构
薄壁空间结构,也称壳体结构。
它的厚度比其他尺寸(如跨度)小得多,所以称薄壁。
它属于空间受力结构,主要承受曲面内的轴向压力,弯矩很小。
它的受力比较合理,材料强度能得到充分利用。
薄壳常用于大跨度的屋盖结构,如展览馆、俱乐部、飞机库等。
薄壳结构多采用现浇钢筋混凝土,费模板、费工时。
薄壁空间结构的曲面形式很多。
这里讲两种,筒壳和双曲壳。
筒壳一般由壳板、边梁和横隔三部分组成。
筒壳的空间工作是由这三部分结构协同完成的。
它的跨度在30m以内是有利的。
当跨度再大时,宜采用双曲薄壳。
双曲壳特别适用于大空间大跨度的建筑。
双曲壳又分为圆顶壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳。
目前圆顶的直径已达200多米。
圆顶结构可用在大型公共建筑中,如天文馆、展览馆的屋盖。
圆顶结构由壳面、支座环组成。
通过支座环支于垂直构件上。
壳面主要承受压力,支座环承受拉力。
北京天文馆顶盖为半球形圆顶,直径25m,壳面厚6cm,结构自重约200kg/m2。
双曲扁壳是双曲抛物面的一种形式,它由壳板和竖直的边缘构件(横隔构件)组成。
因为扁壳的矢高比底面尺寸小得多,大约为l/5,所以叫扁壳。
例如北京火车站大厅,35mx35m的双曲面扁壳屋盖,壳板为8cm,宽敞明亮,是一成功的范例。
第五章薄壁空间结构第一节概述一.薄壁空间结构发展简况二.曲面理论相关知识1.基本概念:(1)薄壳: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。
当δ不随坐标位置的不同而改变时,称为等厚壳;反之,称为变厚度壳。
两个曲面之间的距离称为壳体的厚度(δ),当δ与壳体的其它尺寸(如曲率半径R,跨度L等)小的多时,一般要求δ/R≤1/20,(鸡蛋壳的δ/R≈1/50)称为薄壳结构。
现代建筑中所采用的壳体一般为薄壳结构。
(2)中曲面:等分壳体各点厚度的几何曲面称为壳体的中曲面。
薄壳结构,可以仅以中曲面的方程描述整个结构的变形及内力。
(3)高斯曲率:曲面上任意一点上的高斯曲率等于该点两主曲率的乘积:K=k1k2=1/R1R2A.正高斯曲率:K=k1k2>0B.负高斯曲率:K=k1k2<0C.零高斯曲率:K=k1k2=0,即其中一个主方向为直线。
(4)矢高、矢率:中曲面覆盖的底面的短边为A,如图示:f/a称为矢率。
矢率很小的壳体称为扁壳,矢率较大着称为陡壳。
在混凝土结构中,f/a≤1/5时,称为扁壳。
三.薄壳结构的内力1.薄壳的内力:如图:对于任意壳体结构,在荷载作用下,壳体的内力可以分为两类――作用于中曲面内的和作用于中曲面外的弯曲内力。
弯曲内力是由于中曲面的曲率和扭率改变而产生的,它包括弯矩、横剪力、扭矩;理想的薄膜没有抵抗弯曲和扭曲的能力,在荷载的作用下只产生正向应力N 和顺剪力;因此,设计中应选取合理的曲面形式,使壳体内的弯曲内力小到足可以忽略的程度。
2.可以忽略弯曲内力的条件:A。
薄壁δ/R≤1/20,并同时满足B.壳体具有均匀、连续变化的曲面;C.壳体上的荷载是均匀连续的;D.壳体的各边界能够沿着曲面的法线方向自由移动,支座只产生阻止曲面沿切线方向位移的反力。
由于壳体主要承受薄膜内力,弯曲内力很小,且薄膜内力沿壳壁是均匀分布的,所以,壳体结构可以充分发挥材料强度,做到壳体薄,自重轻而强度大。