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Chap 5 薄壁空间结构n本章主要内容：n1、概述n2、圆顶n3、筒壳n4、折板n5、双曲扁壳n6、双曲抛物面扭壳n7、薄壁空间结构的其他形式n自然界中存在着丰富多彩的壳体结构，如植物的果壳、种子、茎杆等等，以及动物界的蛋壳、蚌壳、蜗牛、脑壳等等。
它们的形态变化万千，曲线优美，且厚度之薄，用料之少，而结构之坚，着实让人惊叹！万灵之首的人类仿生于自然界，又造出了各种各样的壳体结构为自所用，如锅、碗、杯、瓶、坛、罐，以及灯泡、安全帽、轮船、飞机等。
n以上所列种种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。
两个曲面之间的距离即为壳体的厚度（δ），当δ比壳体其它尺寸（如曲率半径R，跨度l 等）小得多时，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。
n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，壳体采承受较小的弯矩和扭矩。
n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；而且壳体为曲面，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。
例如6m×6m 的钢筋混凝土双向板，最小厚度需130mm，而35m×35m的双向扁壳屋盖，壳板厚度仅需80mm。
n薄壳的薄膜内力n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。
n不过，薄壳结构也又其自身的不足之处，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。
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。
