结构选型薄壳结构

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。

1.薄壳结构：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比壳体其他尺寸（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。

特点：a.优越的受力性能和丰富多变的造型。

b.为双向受力的空间结构，在竖向均匀荷载作用下，壳体主要承受曲面内的轴向力和顺剪力作用。

c.壳体强度高，刚度大，用料省，自重轻，覆盖大面积，无需中柱，造型多变，曲观优美，表现力强。

d.采用现浇结构时，模板制作难度大，费模费工，施工难度大，隔热保温效果不好，易产生回声现象。

2.筒壳与筒拱结构的区别及特点是什么？筒壳与筒拱外形相似，但力学性能不同，对支撑结构的要求和构造处理不同。

筒壳两端是有横隔支承的，而筒拱没有。

因而两者在承荷和传力上有本质的区别。

筒拱是横向以拱的形式单向承荷和传力的，纵向不传力，是平面结构。

筒壳在横向以拱的形式承荷和传力，在曲面内产生横向压力，在纵向以纵梁的形式把荷载传给横隔。

因此，筒壳是横向拱和纵向梁共同作用的空间结构。

3.论述折板结构与圆顶薄壳的组成及区别，并画示意图。

折板结构的组成折板结构是由许多薄平板，以一定角度相互整体联结而成的空间结构体系。

折板结构与筒壳相似，一般由折板、边梁和横隔三部分组成。

边梁的间距l2为折板的波长；横隔的间距l1为折板的跨度。

3.国家大剧院主体建筑外部围护结构是半椭球形钢结构壳体，自然的贝壳造型保证了它的坚固度。

181.膜结构的应用范围：大量用于滨海旅游、博览会、收费站等公共建筑上。

特点：a.形状的多样性，曲面存在的无限的可能性。

b.具有造型优美活泼，富有时代气息，自重轻，适合大跨度的建筑，充分利用自然光，减少能源消耗，价格相对低廉，施工速度快，抗震性能好。

191.叙述预应力结构的原理，并绘简图说明。

在混凝土构件承受使用荷载前的制作阶段，预先对使用阶段的受拉区施加压应力，造成人为的应力状态，当构件承受使用荷载而产生拉应力时，首先要抵消混凝土的预压应力，然后随着荷载的增加，受拉区混凝土产生拉应力。

薄壳结构的受力分析与计算薄壳结构是一种常见的结构形式，广泛应用于建筑、航空航天、汽车等领域。

薄壳结构的设计和施工需要进行受力分析与计算，以确保结构的稳定性和安全性。

本文将介绍薄壳结构的受力分析及相关计算方法。

1. 薄壳结构的定义及分类薄壳结构是指厚度相对较小、形状符合一定几何规律的结构。

根据结构的形状和受力特点，薄壳结构可以分为平面薄壳、旋转薄壳和非旋转薄壳等多种类型。

2. 薄壳结构的受力特点薄壳结构主要受到包括弯曲、剪切和膜力在内的多种力的作用。

在设计和计算过程中，需要分析结构的内力分布、变形情况以及应力状态，以确保结构的强度和刚度满足使用要求。

3. 薄壳结构的受力分析方法薄壳结构的受力分析可以采用经典理论和现代有限元分析方法。

经典理论方法包括薄壳的弯曲理论、剪切变形理论和膜力理论。

这些理论通常基于结构的几何形状和受力特点，通过假设和推导得到结构的内力分布和应力状态。

其中比较典型的理论方法有Kirchhoff理论、Love理论和Reissner-Mindlin理论等。

现代有限元分析方法是一种计算机辅助的数值计算方法，能够更精确地模拟薄壳结构的受力分析。

该方法将结构离散成有限个小单元，在每个单元上建立数学模型，通过计算机计算得到结构的内力分布和应力状态。

有限元分析方法可以对复杂的薄壳结构进行全面的受力分析，但需要考虑材料性质、边界条件和加载方式等因素。

4. 薄壳结构的受力计算薄壳结构的受力计算是在受力分析的基础上，根据结构的几何形状、材料性质和加载情况，确定结构的强度和稳定性。

在进行受力计算时，需要先确定结构的边界条件，包括支撑条件和约束条件。

然后根据受力分析的结果，计算结构的内力和应力。

根据材料的强度和稳定性要求，可以进行强度验证和稳定性分析，以确定结构的合理性和安全性。

5. 受力分析与计算的案例以一个球面薄壳为例，对其进行受力分析与计算。

首先，根据球面薄壳的几何形状和受力特点，采用适当的受力分析方法，比如Reissner-Mindlin理论。

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。

薄壳结构的受力性能分析及优化设计薄壳结构是指在相对较大的尺寸下，厚度相比其它两个维度很小的结构，通常包括圆形、方形、矩形、菱形等。

薄壳结构通常被用于桥梁、建筑、船舶、飞机等领域。

薄壳结构的设计和分析一直是结构领域的热门话题，其稳定性、受力性能和优化设计都是需要考虑的问题。

薄壳结构的受力分析需要考虑其内部和外部载荷，并分析其力学特性。

对于圆形、方形、矩形、菱形和梯形等形状的薄壳结构，通常采用两个维度的坐标系和三维空间中的向量分析来处理。

薄壳结构由许多小块构成，每个小块的法向量和剪切力都是不同的，这需要将薄壳结构分为许多小块，进行微元法分析。

在微元法分析中，对每个微元进行应力和应变分析，找出薄壳结构中的最大应力和应变，这有助于确定结构的受力性能。

稳定性分析是薄壳结构设计的重要组成部分。

如果各个部分受力不均衡，整个结构就会失去稳定性。

因此，在薄壳结构的设计中，保持结构稳定是非常关键的。

稳定性分析中通常采用欧拉公式、能量法等方法，来分析结构失稳的条件。

最常用的稳定性分析方法是线性稳定性分析和非线性稳定性分析。

线性稳定性分析通常根据结构的初值来计算临界载荷，而非线性稳定性分析则考虑了结构的实际受力情况，更加准确地反映了结构的稳定性。

优化设计是薄壳结构设计的另一个重要组成部分。

在优化设计中，相对复杂的薄壳结构设计可以被简化为一组参数，这些参数可以被优化算法处理。

经过优化算法的处理，可以得出使结构性能最优化的参数值，从而实现优化设计。

优化算法有多种，如遗传算法、粒子群算法、模拟退火等。

这些算法被广泛应用于优化设计领域，对于复杂的薄壳结构优化设计非常有效。

在薄壳结构的设计过程中，受力性能分析和优化设计是两个不可分割的组成部分。

受力性能分析有助于提前发现结构中可能存在的问题，而优化设计则可以进一步提高结构的可靠性和效率。

所有这些分析方法都需要使用现代计算机进行计算和模拟。

现如今的计算机技术日新月异，为薄壳结构的分析和优化设计提供了更加高效和准确的手段。

1 混合结构体系1.1混合结构体系概述混合结构是指承重的主要构件是用钢筋混凝土和砖木建造的。

如一幢房屋的梁是用钢筋混凝土制成，以砖墙为承重墙，或者梁是用木材建造，柱是用钢筋混凝土建造。

由两种或两种以上不同材料的承重结构所共同组成的结构体系均为混合结构。

混合结构,又可以说是砖混结构.虽然也用钢筋浇柱\梁,但墙体具是承重功能,不能乱拆.特点：质量较框架略差,质量较好,寿命较长.造价略低，适合6层以下，横向刚度大，整体性好，但平面灵活性差。

分类：型钢柱+混凝土梁+混凝土筒归入混凝土结构型钢柱/钢管混凝土+钢梁+混凝土筒归入型钢框架混凝土核心筒结构1.2 实例工程项目概况金茂大厦（JinMaoTower），又称金茂大楼，位于上海浦东新区黄浦江畔的陆家嘴金融贸易区，楼高420.5米，是上海目前第2高的摩天大楼（截至2008年）、中国大陆第3高楼、世界第8高楼。

大厦于1994年开工，1999年建成，有地上88层，若再加上尖塔的楼层共有93层，地下3层，楼面面积27万8,707平方米，有多达130部电梯与555间客房，现已成为上海的一座地标，是集现代化办公楼、五星级酒店、会展中心、娱乐、商场等设施于一体，融汇中国塔型风格与西方建筑技术的多功能型摩天大楼，由著名的美国芝加哥SOM设计事务所的设计师Adrian Smith设计。

因为中国人喜欢塔所以中国才把金茂大厦设计成这样。

1.3 实例工程项目结构选型与结构布置分析其结构体系为巨型型钢混凝土翼柱+ 内筒混合结构体系。

这种混合结构体系的巨型型钢混凝土柱和钢筋混凝土内筒通过刚性大梁构成一个整体的抗侧力体系, 而且其抗侧力体系的力矩很大, 效率很高。

这种体系还可提供较大的使用空间, 其外围洞口可以做得很大。

2框架结构体系2.1框架结构体系概述框架结构是利用梁柱组成的纵、横向框架，同时承受竖向荷载及水平荷载的纯框架结构。

其主要优点是建筑平面布置灵活，能够较大程度地满足建筑使用的要求。

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。

结构选型大作业————09城规一、砖混结构⑴工程名称：麻省理工学院学生宿舍贝克大楼⑵工程概况：所在地：美国波士顿设计师：阿尔瓦·阿尔托时间：1947～1948地点：麻省理工学院楼层高度：七层（1946年，阿尔托接受委托在临近查尔斯河繁华的海岸线的地方设计一栋学生宿舍楼。

他希望使宿舍尽可能多的房间面向太阳和河流，而不是面向聚集的车流，所以解决这一问题的方案就是把宿舍楼设计成蜿蜒曲折的形式，形成一种倾斜着流动的风景。

西面主要是一些次要的空间，例如公用房间、走廊以及位于大厅一层入口处以扇形方式向外发散的楼梯。

为了避免走廊的光线昏暗，他将小卖部和自助餐厅的高度降低了一些。

宿舍的表面用的是粗糙的红色石砖，而低矮的餐厅部分使用的是灰色大理石。

西面是一个常青藤缠绕的藤架和一座大型露天花园。

这座有着红色石砖墙、外形蜿蜒曲折的宿舍楼，跟其他建筑相比是那么与众不同，从而成为一座标志性建筑。

这种北欧浪漫主义的建筑手法使得当时的国际先锋派大为震惊。

同时这种理性主义原则下的反理性形式，体现了阿尔托对现代主义独裁专断的否定。

希契柯克称它有“表现主义”倾向。

因当时建筑材料仍受管制，只好用砖砌承重墙，高七层，平面作弯来弯去的蛇形，这样就可使宿舍每人都能看窗外的查里斯河风景，同时，曲线布置也可以冲散一般宿舍特有的单调冷漠气氛。

）⑶结构形式分析①结构形式：砖砌承重墙②受力特点：砖墙既是承重结构，又是围护结构。

墙体、基础等竖向承重构件采用砖砌体结构，楼盖、屋盖等水平承重构件采用装配式或现浇钢筋混凝土结构⑷施工方案：（平面图）⑸建筑结构特点：建筑平面灵活，使用方便，结构构件巧妙转化为精致的装饰。

二、框架结构⑴工程名称：萨伏伊别墅(the Villa Savoye)⑵工程概况：萨伏伊别墅是现代主义建筑的经典作品之一，位于巴黎近郊的普瓦西（Poissy），由现经典别墅设计案例代建筑大师勒柯布西耶于1928年设计，1930年建成，使用钢筋混凝土框架结构。