大跨薄壳结构

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。

大跨度结构其结构体系有很多种，如网架结构、索结构、薄壳结构、充气结构、应力膜皮结构、混凝土拱形桁架等，常用于展览馆、体育馆、飞机机库等。

一.网架结构网架结构为大跨度结构最常见的结构形式，因其为空间结构，故一般称为空间网架。

其杆件多采用钢管或型钢，现场安装。

常见的为平面桁架、四角锥体和三角形锥体组成，其节点形式可分为焊接钢板节点和焊接空心球节点两种。

二.索结构索结构是将桥梁中的悬索“移植”到房屋建筑中，可以说是土木工程中结构形式互通互用的典型范例。

三.薄壳结构薄壳结构常用的形状为圆顶、筒壳、折板、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。

圆形圆顶结构是轴对称结构，在轴对称荷载作用下，将只产生两种力：径向力和环向力。

径向力为沿经线方向的力，因其要平衡垂直向下荷载，所以必定为压力。

环向力为沿纬线方向的力。

圆形屋顶在垂直荷载作用下，上部的圆顶部分将受压收缩，其直径将变小，而下部近支承部分直径将增大，即上部将产生环向压力，而下部将产生环向拉力，中间将有一截面，为环向压力向环向拉力转变的交界线，该处的环向力为0，该截面称为“过渡缝”。

悉尼歌剧院格拉加尼亚修道院教堂上页下页四.混凝土拱形桁架混凝土拱形桁架在以前的工程中应用较多，但因其自重较大，施工复杂，现已很少采用。

目前最大跨度的拱形桁架为贝尔格莱德的机库，为预应力混凝土桁架结构，跨度为135.8m。

日本姬路市中心体育馆五.充气结构充气结构又称充气薄膜结构，是在玻璃丝增强塑料薄膜或尼龙布罩内部充气形成一定的形状，作为建筑空间的覆盖物。

对角跨长200m,由室内地面至顶高6.07m的东京穹顶，是不用柱子，只依靠室内外气压差来制成的膜屋盖结构，也是在日本最初用于多功能全天候的体育场，约30,000平方米超大椭圆形屋顶，采用悬索加强的充气膜结构。

其双向各配置14根共28根钢索，在其上张拉着涂有特富龙的玻璃纤维布。

请看充气膜的充气过程：六.应力膜皮结构应力膜皮结构一般是用钢质薄板做成很多块各种板片单元焊接而成的空间结构。

简述大跨度薄壳结构的优缺点及受力特点
大跨度薄壳结构是一种采用薄壳材料进行建造的结构,具有很多优点,同时也存在一些缺点。

优点:
1. 大跨度:大跨度薄壳结构可以轻松实现超过100米的跨度,非常适合大型建筑和桥梁。

2. 轻量:由于薄壳结构使用的材料是轻质的混凝土或陶瓷纤维等材料,因此其重量非常轻,可以使建筑更加节能和环保。

3. 灵活性:大跨度薄壳结构可以根据需要调整其应力状态,以适应不同的使用要求,例如在不同的地震和风载荷下。

4. 防火性:由于薄壳结构的建筑材料是可燃的,因此其具有良好的防火性能。

缺点:
1. 施工难度:大跨度薄壳结构需要进行复杂的施工过程,包括切割、钻孔、涂层等,因此需要较高的技术和管理能力。

2. 耐久性:由于薄壳结构的建筑材料较为脆弱,因此需要采用一系列措施来提高其耐久性,如加强涂层和表面保护等。

3. 材料成本:由于大跨度薄壳结构需要使用高档材料,因此其材料成本相对较高。

大跨度薄壳结构的优缺点及受力特点主要体现在以下几个方面:
1. 受力特点:大跨度薄壳结构的主要受力特点是地震力、风载荷和重力等三种不同的力。

由于材料轻、大跨度等特点,这种结构可以承受较高的地震力和风载荷。

2. 施工特点:大跨度薄壳结构需要进行复杂的施工过程,包括切割、钻孔、涂层等,因此需要较高的技术和管理能力。

3. 材料特点:大跨度薄壳结构需要使用高档材料,因此其具有较好的耐久性和防火性能。

大跨度屋盖结构的几种形式
大跨度屋盖结构是一种用于搭建大型建筑物屋顶的结构形式，具有跨度大、空间利用率高等优点。

常见的大跨度屋盖结构包括以下几种形式：
1. 桁架结构：桁架结构是利用多根钢管或钢杆组成的网格状结构，常用于建筑物屋面、车站、体育馆等大型建筑物的屋盖结构。

2. 穹顶结构：穹顶结构是由多个弧形钢管或钢杆组成的圆形、半圆形或椭圆形的屋盖结构，适用于建筑物、体育场馆等大型场所。

3. 悬索结构：悬索结构是由多个悬挂在主梁上的钢缆组成的屋盖结构，具有跨度大、空间利用率高的优点，适用于桥梁、体育场馆、展览馆等大型建筑物。

4. 薄壳结构：薄壳结构是利用高强度钢板或混凝土构成的薄壳结构，常用于建筑物屋面、地铁站、机场航站楼等大型建筑物的屋盖结构。

以上是大跨度屋盖结构的几种形式，不同的场所和需求可以选择不同的结构形式，以满足建筑物的要求。

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常见大跨度的结构形式我国规范：跨度60m以上为大跨度。

类型：多为公建，人流集中，规模大，占地面积大。

例如影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港；工业建筑：飞机装配车间、飞机库等。

1、拱结构；拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力；拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩；拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大。

是一种古老的方法适合脆性材料、石材、砖材、混凝土等关键是侧推力平衡问题2、钢架结构；1、材料强度高，自身重量轻;2、钢材韧性，塑性好，材质均匀，结构可靠性高;3、钢结构制造安装机械化程度高;4、钢结构密封性能好;5、钢结构耐热不耐火;6、钢结构耐腐蚀性差;7、低碳、节能、绿色环保，可重复利用。

3、桁架结构；受力特点是结构内力只有轴力，而没有弯矩和剪力。

这一受力特性反映了实际结构的主要因素，轴力称桁架的主内力。

4、网架结构；网架结构是高次超静定结构体系。

板型网架分析时，一般假定节点为铰接，将外荷载按静力等效原则作用在节点上，可按空间桁架位移法，即铰接杆系有限元法进行计算。

由多块条形平板组合而成的空间结构，是一种既能承重，又可围护，用料较省，刚度较大的薄壁结构，可用作车间、仓库、车站、商店、学校、住宅、亭廊、体育场看台等工业与民用建筑的屋盖。

此外，折板还可用作外墙、基础及挡土墙。

6、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。

由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构。

索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢，以及其他受拉性能良好的线材。

8、张拉膜结构；张拉整体结构是由一组连续的拉杆和连续的或不连续的压杆组合而成的自应力、自支撑的网状杆系结构，其中「不连续的压杆」的含义是压杆的端部互不接触，即一个节点上只连接一个压杆。

9、充气膜结构；充气膜结构是一种新型建筑结构，是轻型空间结构的一个重要分支，具有丰富多彩的造型，建筑特性、结构特性优越，主要分为张拉膜结构、骨架膜结构、充气膜结构、索桁架膜结构等。

薄壳结构的原理和功能
亲爱的,关于薄壳结构的原理和功能,我会尽量以精简的语言对其关键点进行概述:
薄壳结构指壳体厚度相对其其他尺寸来说较小的结构形式。

它具有以下特点:
1. 轻量化:薄壳大大减少了结构自重,有利于移动与运输。

如薄壳航天飞机、赛车体、手机壳体等。

2. 高强度:薄壳的曲面形态提高了整体刚度与稳定性。

采用波纹或肋条可进一步增强强度。

3. 大跨度:拱形、圆弧形的薄壳可架设大跨度的楼板与屋顶,如体育馆、展馆、飞机机身等。

4. 高材效:薄壳减少材料用量,避免浪费。

复合材料薄壳具有更高的轻量化效果。

5. 美观:薄壳的流线形莫衬托产品的整体美感,广泛应用于工业设计。

6. 刚性包覆:薄壳可以牢固包围内部元件,如电子产品外壳。

薄壳的设计计算需要计算壳体的强度、刚度和稳定性,关键在于选择合适的材料
与几何形状,根据使用需求进行优化设计。

薄壳结构在许多领域得到广泛应用,例如:
1. 航空航天:飞机机身、导弹装甲、火箭外壳等。

2. 建筑工程:网架结构、空间网格、轻质屋盖等。

3. 车辆工业:赛车车体、高速列车头部等。

4. 能源工业:风力发电机叶片、核反应堆保护层等。

5. 电子产品:手机、笔记本、显示器等外壳。

6. 容器包装:饮料罐、食品罐头等。

7. 生物医学:人造骨、人造血管等
综上所述,精心设计的薄壳结构充分发挥轻量化和高强度优势,在工程和设计领域有很广阔的应用前景。