双曲抛物面薄壳结构塔类建筑建设浅谈
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薄壳结构 (1)ppt课件
1.曲面 2.刚性
1.理解为四边支承的曲板。 2.主要依靠曲面内的双向轴力和顺剪力承重。 3.强度和刚度主要依靠几何形状的合理性，而不是结构
截面尺寸得到。 4.空间整体工作性能良好，内力均匀，结构自重小； 5.强度高、刚度大、材料省、经济合理。 6.曲面多样化，丰富建筑造型。
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11
特点
构，它的内力还是弯矩。
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7
• 把平板做成曲板， 曲板的内力就改变 为受压为主，受压 比受弯更能发挥材 料的性能，尤其是 多向受压，处于空 间状态更加有利。
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8
• 横向受荷传力的梁起“担” 的作用，不能材尽其用， 并非经济的结构形式；以 曲梁承荷传力的拱起“顶” 的作用，能进一步发挥材 力，是较先进的结构形式；
横隔板的型式
框架横隔 精选课件PPT 空腹桁架横隔
32
二 、筒壳的受力特点
是否有横隔板是筒壳和筒拱的区别 筒壳 横向 与拱类似 壳身产生环向压力
纵向 与梁类似 把上部竖向荷载传递给横隔
➢长壳 l1/l2 3
横向拱的作用小；纵向梁传力显著。近似梁作用 按梁理论计算 ➢短壳 l1/l21/2 横向拱的作用明显；纵向梁传力作用很小。近似拱作用 内力主要为薄膜内力，按薄膜理论计算
墨西哥霍奇米洛科餐厅
立面
平面
几何形体
建筑由八瓣鞍壳交叉组成，相交处加厚形成刚度极大 的拱肋，直接支承在八个基础上
建筑平面为30m*30m的正方形，壳厚40mm
壳体的外围八个立面是倾斜的，整个建筑犹如一朵覆 地莲花，造型别致室内采光、通风效果好
精选课件PPT
41
立面图 脚点处理
美国麻省理工学院礼堂
18
1.理解为四边支承的曲板。 2.主要依靠曲面内的双向轴力和顺剪力承重。 3.强度和刚度主要依靠几何形状的合理性，而不是结构
截面尺寸得到。 4.空间整体工作性能良好，内力均匀，结构自重小； 5.强度高、刚度大、材料省、经济合理。 6.曲面多样化，丰富建筑造型。
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11
特点
构，它的内力还是弯矩。
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7
• 把平板做成曲板， 曲板的内力就改变 为受压为主，受压 比受弯更能发挥材 料的性能，尤其是 多向受压，处于空 间状态更加有利。
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8
• 横向受荷传力的梁起“担” 的作用，不能材尽其用， 并非经济的结构形式；以 曲梁承荷传力的拱起“顶” 的作用，能进一步发挥材 力，是较先进的结构形式；
横隔板的型式
框架横隔 精选课件PPT 空腹桁架横隔
32
二 、筒壳的受力特点
是否有横隔板是筒壳和筒拱的区别 筒壳 横向 与拱类似 壳身产生环向压力
纵向 与梁类似 把上部竖向荷载传递给横隔
➢长壳 l1/l2 3
横向拱的作用小；纵向梁传力显著。近似梁作用 按梁理论计算 ➢短壳 l1/l21/2 横向拱的作用明显；纵向梁传力作用很小。近似拱作用 内力主要为薄膜内力，按薄膜理论计算
墨西哥霍奇米洛科餐厅
立面
平面
几何形体
建筑由八瓣鞍壳交叉组成，相交处加厚形成刚度极大 的拱肋，直接支承在八个基础上
建筑平面为30m*30m的正方形，壳厚40mm
壳体的外围八个立面是倾斜的，整个建筑犹如一朵覆 地莲花，造型别致室内采光、通风效果好
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41
立面图 脚点处理
美国麻省理工学院礼堂
18
30m跨预应力混凝土双曲抛物面壳板结构设计
30m跨预应力混凝土双曲抛物面壳板结构设计I. 绪论A. 研究背景与意义B. 国内外研究现状C. 研究目的与内容II. 超限设计理论分析A. 载荷与限制状态B. 超限设计的概念与特点C. 双曲抛物面壳板的轴对称模型III. 结构参数的确定A. 双曲抛物面壳板的参数B. 悬臂缘梁的参数C. 预应力钢绞线的参数IV. 结构分析与设计A. 结构受力特点与分析B. 预应力混凝土设计C. 双曲抛物面壳板结构设计D. 悬臂缘梁设计V. 结果与讨论A. 结构参数设计结果B. 结构分析结果C. 双曲抛物面壳板工程实践D. 结论与展望VI. 结语A. 主要研究成果与贡献B. 研究工作的局限性与不足C. 未来进一步研究方向第一章：绪论A. 研究背景与意义随着现代社会的快速发展，建筑结构的要求不断提高，对于大跨度建筑结构的需求也越来越多。
跨越较大的建筑结构需要具备抗震、抗风、安全可靠等性能。
因此，研究优化设计大跨度建筑结构的面积越来越大。
其中双曲抛物面壳板作为一种大跨度建筑结构形式，因其跨度大、刚度好、重量轻、施工便捷等优势而备受关注。
B. 国内外研究现状在国内外，双曲抛物面壳板结构的研究和应用十分广泛。
在国外，美国和德国是在双曲抛物面壳板结构的研究和应用方面领先的国家。
在国内，双曲抛物面壳板结构的研究还处于起步阶段，目前的研究主要集中于结构设计和工程实践等方面。
在结构设计方面，双曲抛物面壳板结构的静力分析和动力响应特性得到了广泛研究。
在工程实践方面，双曲抛物面壳板结构已经应用于车站、大型商场、体育馆等多个领域。
C. 研究目的与内容本文旨在探索双曲抛物面壳板结构的优化设计方法，提高结构的安全性和效率。
具体内容包括：（1）分析双曲抛物面壳板结构的特点和受力状态；（2）确定结构参数，包括双曲抛物面壳板参数、悬臂缘梁参数和预应力钢绞线参数；（3）进行结构分析和设计，采用超限设计理论进行分析，进行预应力混凝土设计、双曲抛物面壳板结构设计和悬臂缘梁设计；（4）对双曲抛物面壳板结构的工程实践进行讨论，总结其设计和施工过程中的经验和教训，探索其应用前景和发展方向。
现代空间结构_II(201208)
（四角锥体系，86x195m）
速滑馆内景
可开启网壳结构
福冈穹顶
222m
2002 世 足 赛
大 分 穹 顶
国家大剧院(肋环型双层网壳)
准椭圆平面 212mX144m 2005
国 家 大 剧 院 内 景
2010深圳大运会 主体育场
（折板型空间网格结构）
国家体育场
(333x298m)
“鸟巢” 几何构形
构造方式形成双层体系。
双层球面网壳
(交叉桁架型，菱形三向网格)
双层球面网壳
（肋环形，四角锥体系）
天津体育馆
双层鞍形网壳
1990北京亚运会 石景山体育馆
由双向直线 形桁架组成双 层鞍形网壳
双层柱面网壳（四角锥体系）
中原氮肥厂尿素仓库
黑龙江省速滑馆 （1996亚冬会）
双层柱面与球面网壳之组合
ETFE薄膜气枕
“伊甸园”
张拉式膜结构
白龙穹顶
以中央拱与曲线边梁为边缘构件的 预应力鞍型膜结构（膜材由索网加强）
利雅得体育场（1985）
看台平面呈圆形，罩棚由 24个相同的伞形单元组成
丹佛国际机场候机厅（1993）
平面近似矩形（305×67m)，由17个 连在一起的双支柱伞形单元组成
威海体育场（2001）
薄壳结构
Shell Structures
球面
柱面
椭圆抛物面(双曲扁壳)
矩形平面
菱形平面
双曲抛物面
双曲抛物面之组合
罗马小体育馆
（1960奥运会）
壳体直径60m
悉尼歌剧院
（1956年设计，1973年建成）
法国国家工业与技术中心
（1959）
三角形平面，边长208m
速滑馆内景
可开启网壳结构
福冈穹顶
222m
2002 世 足 赛
大 分 穹 顶
国家大剧院(肋环型双层网壳)
准椭圆平面 212mX144m 2005
国 家 大 剧 院 内 景
2010深圳大运会 主体育场
（折板型空间网格结构）
国家体育场
(333x298m)
“鸟巢” 几何构形
构造方式形成双层体系。
双层球面网壳
(交叉桁架型，菱形三向网格)
双层球面网壳
（肋环形，四角锥体系）
天津体育馆
双层鞍形网壳
1990北京亚运会 石景山体育馆
由双向直线 形桁架组成双 层鞍形网壳
双层柱面网壳（四角锥体系）
中原氮肥厂尿素仓库
黑龙江省速滑馆 （1996亚冬会）
双层柱面与球面网壳之组合
ETFE薄膜气枕
“伊甸园”
张拉式膜结构
白龙穹顶
以中央拱与曲线边梁为边缘构件的 预应力鞍型膜结构（膜材由索网加强）
利雅得体育场（1985）
看台平面呈圆形，罩棚由 24个相同的伞形单元组成
丹佛国际机场候机厅（1993）
平面近似矩形（305×67m)，由17个 连在一起的双支柱伞形单元组成
威海体育场（2001）
薄壳结构
Shell Structures
球面
柱面
椭圆抛物面(双曲扁壳)
矩形平面
菱形平面
双曲抛物面
双曲抛物面之组合
罗马小体育馆
（1960奥运会）
壳体直径60m
悉尼歌剧院
（1956年设计，1973年建成）
法国国家工业与技术中心
（1959）
三角形平面，边长208m
第5章_薄壳结构
Central South University of Forestry & Technology
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1概述
梁式结构 拚架结构 刚架结构 拱式结构
面外:需设支撑体系保证安 全及稳定 平面受力结构
面内:承受屋面板传来的竖 向荷载
平面受力结构体系的特点: 优点:荷载为单向传递，计算分析方便，结构施工吊装方便。 缺点:结构内力较大，材料强度得不到充分发挥，随着结构材料用量
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构
System and Selection of Building Structures 土木工程学院
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1 概述 5.1.1 薄壳结构的概念 思考:一个鸡蛋能受多大的压力？ F1=?
壳体结构的强度和刚度主要是利用其几何形状 的合理性，而不是以增大其结构截面尺寸取得的， 这是薄壳结构与拱式结构相似之处。
现浇混凝土壳体 预制单元、高空装配成整体壳体 地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升
装配整体叠合壳 采用柔模喷涂成壳 预应力混凝土结构
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1 概述 5.1.4 薄壳结构的施工方法
蜂巢芯 薄壁箱体
Central South University of Forestry & Technology
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.2 圆顶 5.2.0 概述
1.屋顶为球面薄壳，薄壳曲面
由1/8球面构成，是由三个与 水平面夹角相等且通过球心的
大圆从球面上切割的
2.平面形状为48m*41.5m的曲 边三角形 3.壳面荷载通过薄壳的三个边 传至支座。
Central South University of Forestry & Technology
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1概述
梁式结构 拚架结构 刚架结构 拱式结构
面外:需设支撑体系保证安 全及稳定 平面受力结构
面内:承受屋面板传来的竖 向荷载
平面受力结构体系的特点: 优点:荷载为单向传递，计算分析方便，结构施工吊装方便。 缺点:结构内力较大，材料强度得不到充分发挥，随着结构材料用量
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构
System and Selection of Building Structures 土木工程学院
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1 概述 5.1.1 薄壳结构的概念 思考:一个鸡蛋能受多大的压力？ F1=?
壳体结构的强度和刚度主要是利用其几何形状 的合理性，而不是以增大其结构截面尺寸取得的， 这是薄壳结构与拱式结构相似之处。
现浇混凝土壳体 预制单元、高空装配成整体壳体 地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升
装配整体叠合壳 采用柔模喷涂成壳 预应力混凝土结构
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.1 概述 5.1.4 薄壳结构的施工方法
蜂巢芯 薄壁箱体
Central South University of Forestry & Technology
第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构 5.2 圆顶 5.2.0 概述
1.屋顶为球面薄壳，薄壳曲面
由1/8球面构成，是由三个与 水平面夹角相等且通过球心的
大圆从球面上切割的
2.平面形状为48m*41.5m的曲 边三角形 3.壳面荷载通过薄壳的三个边 传至支座。
Central South University of Forestry & Technology
大跨度建筑的结构类型及造型
桁架拱网架网壳膜材仅为表皮使用自身结构承载作用不能得到充分发挥结构跨度造型也受到支撑骨架的限制上海八万人体育上海八万人体育场与它前面的场与它前面的老上海万人体育老上海万人体育场场充气膜结构充气膜结构利用膜材料制成气囊充气后总利用膜材料制成气囊充气后总是以曲线和曲面来构成自己独特外是以曲线和曲面来构成自己独特外薄膜结构兼有承重和维护功能简薄膜结构兼有承重和维护功能简化建筑构造
薄壳结构形式
筒壳 圆顶壳 双曲扁壳 双曲抛物面壳
双曲扁壳与双曲抛物面壳
北京火车站——双曲扁壳
薄壳结构的建筑造型
建筑造型是以各种几何曲面图形 为基本，有圆筒形、圆球形、双 曲抛物面形。 不简单重复上述基本形式，而是 巧妙地运用交贯、切割、改变参 数等方法，重新组合再创造。造 型独特新颖，突出建筑个性。
巴黎国家工业与技术中心陈列馆
三束锥状双曲面薄壳交 汇于屋顶中心，立面呈 抛物线形，上下双层壳 板组成空腔壳体，平均 厚度18CM,仅为跨度的 1/144。
美 国 麻 省 理 工 学 院 礼 堂
埃罗· 沙里宁，1/8球面薄壳，平面为曲边三角 形，边梁向上卷起，传递荷载至三个支座，地 下埋设水平拉杆，平衡推力，铜板覆盖，玻璃 幕墙曲面外墙。
肯尼迪机场候机楼
四片双曲面钢砼薄壳合围成 屋顶，展翅飞翔的大鸟。采 光带分开四部分，边梁朝支 座逐渐加宽，适应增大的内 力。模型实验，艺术与结构 的完美结合，没有生硬的几 何图形痕迹。
空间网格结构
多根杆件
以一定规律 节点连接
平板网架 曲面网壳 空间结构形式
1、多向受力结构，整体性强，稳定， 刚度大； 2、杆件主要承受轴向拉、压力，符合 材料特性，节省； 3、结构高度小，有效利用空间； 4、杆件规格统一，易于生产。
薄壳结构形式
筒壳 圆顶壳 双曲扁壳 双曲抛物面壳
双曲扁壳与双曲抛物面壳
北京火车站——双曲扁壳
薄壳结构的建筑造型
建筑造型是以各种几何曲面图形 为基本，有圆筒形、圆球形、双 曲抛物面形。 不简单重复上述基本形式，而是 巧妙地运用交贯、切割、改变参 数等方法，重新组合再创造。造 型独特新颖，突出建筑个性。
巴黎国家工业与技术中心陈列馆
三束锥状双曲面薄壳交 汇于屋顶中心，立面呈 抛物线形，上下双层壳 板组成空腔壳体，平均 厚度18CM,仅为跨度的 1/144。
美 国 麻 省 理 工 学 院 礼 堂
埃罗· 沙里宁，1/8球面薄壳，平面为曲边三角 形，边梁向上卷起，传递荷载至三个支座，地 下埋设水平拉杆，平衡推力，铜板覆盖，玻璃 幕墙曲面外墙。
肯尼迪机场候机楼
四片双曲面钢砼薄壳合围成 屋顶，展翅飞翔的大鸟。采 光带分开四部分，边梁朝支 座逐渐加宽，适应增大的内 力。模型实验，艺术与结构 的完美结合，没有生硬的几 何图形痕迹。
空间网格结构
多根杆件
以一定规律 节点连接
平板网架 曲面网壳 空间结构形式
1、多向受力结构，整体性强，稳定， 刚度大； 2、杆件主要承受轴向拉、压力，符合 材料特性，节省； 3、结构高度小，有效利用空间； 4、杆件规格统一，易于生产。
薄壳结构 PPT
大家好
5
• 壳体用于建筑结构虽为时较早，但工程界 开始研究、分析、试验已是19世纪，到20 世纪初叶壳体结构的发展一直缓慢
• 二战期间及战后壳体结构发展才迅速起来。
• 只有空间受力的结构体系才能够很好地解 决大跨度屋盖的问题，而且只有空间体系 的结构才能组成富有造型特点的屋盖形式。
大家好
6
壳结构的演变
组长：冯帅 组员：韩昆昊，顾帅，国航，郭伟昊，刘松洋
大家好
1
大家好
2
大家好
3
薄壳结构
1.概述 2.薄壳的曲面形式 3.圆顶结构 4.筒壳结构 5.双曲扁壳结构
大家好
4
起源与发展
起源:
• 人类远在数千年前早已找出了各式各样的 日用壳体，如锅、碗、坛、罐……以后工业 逐渐发达，造出了灯泡、钢盔、木舟、机壳 等不胜枚举。
环向应力状态26
支座环的受力
大家好
27
圆顶的工程实例 罗马小体育宫
钢筋混凝土网肋形扁球壳结构
壳肋——葵花图案 具有装饰性
球壳采用预制钢丝网水泥菱形构件作模板， 采用36根Y字型斜柱支承 结构明朗 轻快 富
与壳板现浇成整体的肋形球壳
有表现力
大家好
28
大家好
29
第三节 筒 壳
一 、筒壳的结构组成
推力的竖向分力。圆顶的跨度较大时由于经向推力很大，要求支座环
的尺寸很大。
• 斜柱或斜拱
• 通过壳体四周沿着切线方向的直线形、Y形或叉形斜柱，把推力传给 基础；
• 或通过沿壳缘切线方向的单式或复式斜拱，把经向推力集中起来传给 基础
• 框架
• 利用圆顶下四周的围廊或圆顶周围的低层附属建筑的框架结构，把水 平推力传给基础。
建筑结构
a)
b)
a)
a)
b)
b)
c)
1/5 1/5
c)
c)
d)
d)
e)
e)
5
案例解析
天津奥林匹克中心体育场为 2008年北京奥运会足球赛场。 结构设计的构思为：屋顶桁架选 用V字形平行弦桁架，悬挑结构， 天津奥林匹克体育中心体育场基 础为高强混凝土预应力管桩，主 体为钢筋混凝土框架结构，屋顶 桁架选用V字形平行弦桁架，悬 挑结构。主桁架最大跨度117m， 主、环桁架均为平面管桁架结构 形式，桁架最大安装高度达 53m，整个钢屋盖由主桁架、 子桁架、二道环形桁架及水平、 垂直支撑、檩条组成，总用钢量 约13000t。主桁架上口定位采 用柱帽杆固定于看台柱顶支座上， 下口定位采用落地形式。该工程 的特点，决定了整个工程施工的 难度非常高。
2
优缺点
•
砌体结构所用材料便于就地取材，施工较简 单，施工进度快，技术要求低，施工设备简 单 砌体结构刚度较大，强度低，整体性差，抗 震性能差 综合经济指标好，实际造价低廉 平面布臵灵活性差，使用面积较小，建筑立 面效果厚实 砖墙在防寒、隔热、隔音、抗风雨侵袭和化 学稳定性等建筑物理性能方面较为优越、物 美价廉，但自重较大
1 对于有些公共建筑，其功能有视听要求，如：体育馆 为保证较好的观看视觉效果，比赛大厅内不能设柱，
必须采用大跨度结构；大型超市为满足购物的需要，
室内空间具有流动性和灵活性，所以应采用框架结构。
2
对于建筑造型复杂、平面和立面特别不规则的建
筑结构选型，要按实际需要在适当部位设置防震缝, 形成较多有规则的结构单元。
结构特点
它做法多为预应力混凝土结构， 它适应大跨度（弯矩大，剪力 不太大）的结构（大跨度厂房 的屋架，托着预制大型屋面板）。
大跨度建筑屋盖结构-薄壁空间结构
0105
06
07
08
第二节 圆顶薄壳 圆顶的结构形式与特点 圆顶薄壳是正高斯曲率的旋转曲面壳，是极古老而近代仍在大量使用的一种结构形式。具有很好的空间工作性能，圆顶的覆盖跨度可以很大而其厚度却很薄，壳身内应力通常很小，钢筋配置及壳身厚度常由构造要求及稳定验算来确定，材料用量很省。常用于平面为圆形的建筑，如杂技院、天文馆、剧院等的屋盖及圆水池的顶盖。目前最大直径已达200多米。
添加标题
根据受力特点的不同，可分为长折板 （ ） 短折板
添加标题
在折板纵向，可取一个波长作为计算单元，把折板看成以横隔为支座的梁，折板的截面可折算成T形截面或工字形截面。
第五节 双曲扁壳 双曲扁壳由壳身及周边竖直的边缘构件所组成。 壳身可以是光面的，也可以是带肋的。一般常采用抛物线平移曲面。 边缘构件一般是带拉杆的拱或拱形桁架，跨度较小时也可以用等截面或变截面的薄腹梁，当四周为多柱支承或承重墙支承时，也可用柱上的曲梁或墙上的曲线形圈梁作边缘构件。四周的边缘构件在四角交接处应有可靠连接构造措施，以有效地约束壳身的变形。同时，边缘构件在其自身平面内应有足够的刚度，否则，壳身内将产生很大的附加内力。
圆顶结构由壳身、支座环、下部支承构件组成。 壳身：平滑圆顶（最常用） 肋形圆顶 当由于采光要求需将圆顶表面划分为若干区格，或当壳体承受集中荷载，或当壳身厚度太小不能保证壳体的稳定性时，或采用装配整体式时 多面圆顶 由数个拱形薄壳相交而成
支座环：功能和拱式结构中的拉杆一样，可有效地阻止圆顶在竖向荷载作用下的裂缝开展及破坏，保证壳体基本上处于受压的工作状态，并实现结构的空间平衡。可采用普通钢筋混凝土梁或预应力混凝土梁。
添加标题
折板结构的受力特点及计算要点
添加标题
什么是薄壳结构 壳,是一种曲面构件,主要承受各种作用产生的中
什么是薄壳结构壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中各位读友大家好，此文档由网络收集而来，欢迎您下载，谢谢·什么是薄壳结构壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。
薄壳结构为曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大多采用钢筋混凝土。
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。
实际工程中...·什么是薄壳结构壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。
薄壳结构为曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大多采用钢筋混凝土。
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。
实际工程中...·关于薄壳结构的形式薄壳结构按曲面形成可分为旋转壳与移动壳；按建造材料分为钢筋混凝土薄壳、砖薄壳、钢薄壳和复合材料薄壳等。
...·关于薄壳结构的形式薄壳结构按曲面形成可分为旋转壳与移动壳；按建造材料分为钢筋混凝土薄壳、砖薄壳、钢薄壳和复合材料薄壳等。
...·请介绍一下薄壳结构的特点壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。
壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。
因此壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省的即经济又合理的结构形式...·请介绍一下薄壳结构的特点壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。
壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。
因此壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省的即经济又合理的结构形式...·请介绍一下地下结构按结构形状划分地下空间结构可按结构形状划分为矩形框架结构、圆形结构、拱与直墙拱结构、薄壳结构、敞开式结构等，如图所示。
薄壳结构1
顺剪力使拱方向的支座受推力 拉杆 锚于地下的斜 拉杆
➢扭壳的边缘构件 •落地拱单块扭壳屋盖
顺剪力
落地拱扭壳屋盖边框推力的平衡
合力R作用于A、B的基础上
当地基抗侧移能力不足时， 在基础之间设置拉杆
薄壁空间结构
第一节 概 述
一 、薄壳结构的概念 ➢概念 • 壳体结构
➢比较
• 等厚度壳
• 薄壳
双轴力 顺剪力
平板
双弯矩 扭矩
➢优点
壳体
空间受力 薄膜内力
薄膜内力
很大的强度、刚度 材料强度充分利用
一 、薄壳结构的概念
➢中曲面
➢高斯曲率
K
k1
k2
1 R1
1 R2
(1)
法 截
线
一 、薄壳结构的概念
是否有横隔板是筒壳和筒拱的区别 筒壳 横向 与拱类似 壳身产生环向压力
纵向 与梁类似 把上部竖向荷载传递给横隔
➢长壳 l1 / l2 3 横向拱的作用小；纵向梁传力显著。近似梁作用 按梁理论计算
➢短壳 l1 / l2 1/ 2 横向拱的作用明显；纵向梁传力作用很小。近似拱作用 内力主要为薄膜内力，按薄膜理论计算
双弯矩 扭矩 横向剪力
➢薄膜内力为主要内力的情况：
四、薄壳结构的施工方法
➢现浇混凝土壳体 ➢预制单元、高空装配成整体壳体 ➢地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升 ➢装配整体叠合壳
北京天文馆
第二节 圆 顶
一 、圆顶的结构组成及结构型式
壳身 支座环
1.壳身结构
下部支承
平滑圆顶
肋形圆顶
多面圆顶
第二节 圆 顶
➢中长壳 1/ 2 l1 / l2 3 拱和梁的作用都明显。 存在薄膜内力和弯曲内力，按弯矩理论或半弯矩理论计算
➢扭壳的边缘构件 •落地拱单块扭壳屋盖
顺剪力
落地拱扭壳屋盖边框推力的平衡
合力R作用于A、B的基础上
当地基抗侧移能力不足时， 在基础之间设置拉杆
薄壁空间结构
第一节 概 述
一 、薄壳结构的概念 ➢概念 • 壳体结构
➢比较
• 等厚度壳
• 薄壳
双轴力 顺剪力
平板
双弯矩 扭矩
➢优点
壳体
空间受力 薄膜内力
薄膜内力
很大的强度、刚度 材料强度充分利用
一 、薄壳结构的概念
➢中曲面
➢高斯曲率
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k2
1 R1
1 R2
(1)
法 截
线
一 、薄壳结构的概念
是否有横隔板是筒壳和筒拱的区别 筒壳 横向 与拱类似 壳身产生环向压力
纵向 与梁类似 把上部竖向荷载传递给横隔
➢长壳 l1 / l2 3 横向拱的作用小；纵向梁传力显著。近似梁作用 按梁理论计算
➢短壳 l1 / l2 1/ 2 横向拱的作用明显；纵向梁传力作用很小。近似拱作用 内力主要为薄膜内力，按薄膜理论计算
双弯矩 扭矩 横向剪力
➢薄膜内力为主要内力的情况：
四、薄壳结构的施工方法
➢现浇混凝土壳体 ➢预制单元、高空装配成整体壳体 ➢地面现浇壳体或预制单元装配后整体提升 ➢装配整体叠合壳
北京天文馆
第二节 圆 顶
一 、圆顶的结构组成及结构型式
壳身 支座环
1.壳身结构
下部支承
平滑圆顶
肋形圆顶
多面圆顶
第二节 圆 顶
➢中长壳 1/ 2 l1 / l2 3 拱和梁的作用都明显。 存在薄膜内力和弯曲内力，按弯矩理论或半弯矩理论计算
钢结构的基本类型
钢结构的基本类型钢结构是一种重要的建筑结构形式，具有高强度、高刚度和轻质化的特点，被广泛应用于各类建筑和工程中。
钢结构的基本类型包括框架结构、网架结构和薄壳结构。
下面将分别介绍这三种常见的钢结构类型。
一、框架结构框架结构是最常见的钢结构形式之一，其基本组成部分是由钢柱和钢梁构成的框架。
框架结构具有良好的刚性和稳定性，能够承受较大的重荷，适用于多层建筑和大跨度的空间结构。
在框架结构中，钢柱和钢梁通过焊接或螺栓连接，形成稳定的整体体系。
框架结构的特点是结构简单、施工方便、使用寿命长。
二、网架结构网架结构是由钢杆和钢管构成的三维空间结构，具有较高的刚度和稳定性。
网架结构可分为平面网架和空间网架两种形式。
平面网架主要由水平和垂直的钢杆构成，常用于体育馆、展览馆等大跨度的建筑。
空间网架由三维空间的钢管构成，常用于机场、车站等大空间建筑。
网架结构的优点是结构轻巧、施工周期短、适应性强，能够满足复杂形状和大跨度的设计需求。
三、薄壳结构薄壳结构是由薄板材料制成的空间结构，具有较高的刚度和承载能力。
常见的薄壳结构有球壳、抛物面壳和双曲面壳等形式。
薄壳结构广泛应用于体育场馆、会展中心等大跨度建筑中，能够创造出独特的建筑形象和良好的空间效果。
薄壳结构的特点是造型美观、结构轻量化、施工难度较大。
总结起来，钢结构的基本类型包括框架结构、网架结构和薄壳结构。
框架结构适用于多层建筑和大跨度的空间结构；网架结构适用于大跨度和复杂形状的建筑；薄壳结构适用于创造独特建筑形象和空间效果的建筑。
钢结构的选择应根据具体的建筑需求和设计要求进行，以确保结构的安全性和经济性。
建筑结构选型
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按结构形式:
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2.1.1 肋梁结构
▪ 肋梁结构是目前工程中较为常用的一种结构。 ▪ 肋梁楼盖结构一般由板、次梁和主梁三种构件组成。肋梁楼盖的板
一般四边都有支承、组成一个板格区。每一个板格区一般四边均有 梁或墙支承, 形成四边支承板。 ▪ 依据楼板的支承条件及传力途径的不同, 可以将肋梁楼盖分为单向板 肋梁楼盖和双向板肋梁楼盖。
广东海上丝绸之路博物馆
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2.2 拱式结构——实例2
广东海上丝绸之路博物馆
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2.3 薄壳结构
薄壳结构是一种曲面的空间薄壁结构。
• 优点 1）优越的受力性能 2）丰富多变的造型 3）适用范围广
• 缺点 1）施工比较困难 2）隔热保温效果不好
• 分类 筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳、双曲抛物面壳
建筑结构选型
0 目录
1 结构选型概述 2 水平结构体系 3 竖直结构体系 4 意义与原则
1 结构选型概述
1.1 什么是建筑结构
• 结构是建筑物种构成建筑空间、承受建筑荷载的部分, 是建筑的基本受力骨架, 是使建筑屹立起来的根本
1.2 什么是结构选型
• 选择何种结构形式, 即结构选型
1.3 结构选型的任务
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2.3 薄壳结构——实例4
中国国家大剧院
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2.4 网架与网壳结构
网架结构是按一定规律布置的杆件通过节点连接而形成的一种网状的三维空 间杆系结构体系。
• 概念: 网架结构是由很多杆件通过节点，按照一定 规律组成的网状空间杆系结构。网架结构根据外形 可分为平板网架（网架）和曲面网架（网壳）。
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薄壳结构
(二)按其形成的特点分：
2、平移曲面
一竖向曲线作母线沿另一竖向曲线平移所 成的曲面。 常见的椭圆抛物面、双曲抛物面。
3、直纹曲面 一段直线的两端沿二固定曲线移动而成的 曲面。 1）双曲抛物面 以一根直母线在两根相互倾斜但又不相交 的直导线上平行移动而形成的曲面。也 称扭面。
• 2）柱面与柱状面
• 薄壳结构为双向受力的空间结构，在竖 向荷载作用下，壳体主要承受曲面内的 轴向力和顺剪力的作用。这两种力都作 用在曲面内，又称为薄膜内力。而只有 在非对称荷载作用下，壳体才承受较小 的弯距和扭距。
壳体主要承受薄膜内力，且该内力沿 壳体厚度方向均匀分布，所以材料强 薄壳结构能实现以最少的材料构成最坚 固结构的理想。
人们从这些天然壳体中受到启发利用混凝土的可塑性创造出各种形式的薄壳结薄壳结构是一种新型薄壁空间结构可充分利用钢筋混凝土的可塑性形成各种形状如筒壳折板波形壳双曲壳半球形壳等
自然界某些动植物的种子外壳、蛋壳、贝壳 ，可以说是天然的薄壳结构，它们的外形符合力 学原理，以最少的材料获得坚硬的外壳，以抵御 外界的侵袭。人们从这些天然壳体中受到启发， 利用混凝土的可塑性，创造出各种形式的薄壳结 构。
北京天文馆－－直径25m的圆顶薄壳，壳 厚仅为60mm。
花之圣母教堂 欧洲
布鲁涅内斯基
一、圆顶薄壳的组成及结构型式
一般由壳身、支座环、下部支承结构组成。 1、壳身结构
按构造的不同，可分为平滑圆顶、肋形圆 顶和多面圆顶。
• 当建筑上由于采光要求需将圆顶表面划 分成若干区格；或当壳体承受集中荷载 时；或当壳身厚度太小、不能保证壳体 的稳定；或采用整体式结构时用肋形圆 顶。
薄壳结构是一种新型薄壁空间结构，可充分利 用钢筋混凝土的可塑性形成各种形状，如筒壳、折 板、波形壳、双曲壳、半球形壳等。薄壳结构特点 是壁薄、自重轻、应力分布均匀，能充分发挥材料 的最大力学效能，并可获得较大的刚度。
第三章薄壳结构
第三节 薄壳设计要求
一．承载能力验算
● 壳板最大主拉应力不应大于砼抗拉强度设计
值的4倍；
● 圆柱面壳边梁底的最大拉应力不应大于砼抗
拉强度设计值的8倍。
◆ 非抗震 ◆ 抗震
● 7度区，周边支承，跨度≤24m，可不作验算，
跨度>24m，宜作水平抗震验算；
● 8、9度区，须作水平和竖向抗震验算。
二．变形及裂缝控制
美国圣路易斯航空港候机大厅
墨西哥城霍奇米尔科水上公园餐馆 建于1958年，
费利克斯·坎德拉设计，八片莲花形双曲抛物面壳。
双曲抛物面扭壳 组合屋面
四．采用材料
◆ 砼薄壳 ◆ 预应力砼薄壳 ◆ 钢薄壳 ◆ 复合材料薄壳 ◆ 砖薄壳
日本筑波出口商品 中心
全周由44等分的预制 PC板在圆周方向压紧构成。 长度20m、最大幅宽2.4m的 预制PC板在预制厂采用同 一模板制成。
重200kg/m2。 t R 60 12500 1 208
◆ 移动曲面
筒壳
锯齿形锥壳
山西平遥县棉织厂厂房扩建工程，建于1983年。
折板
◆ 组合曲面
圆柱面切割组合
组合扭面
美国TWA环球航空公司候机楼 美国著名建筑师
沙里宁1961年设计，用4片钢筋砼扁壳组成，形似一只 正要起飞的大鸟。
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双曲抛物面薄壳结构塔类建筑建设浅谈
摘要薄壳结构一般是指由两个几何曲面构成的空间薄壁结构，该结构可以充分利用材料强度，形成造型奇特新颖且能适应各种使用需求的建筑。
本文以某座灯塔建设为例，对双曲抛物面薄壳结构建筑的建设进行介绍。
关键词双曲抛物面；薄壳结构；塔类；设计；施工
薄壳结构一般是指由两个几何曲面构成的空间薄壁结构，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，材料大都采用砼。
薄壳结构的优点是能充分利用材料强度，依靠曲面内的双向轴力和顺剪力，把受到的压力均匀地分散到物体的各个部分，减少受到的压力，做到同时将承重与围护两种功能融合为一。
本文以某座灯塔建设为例，对双曲抛物面薄壳结构建筑的建设进行介绍。
1 项目概况
海南某航标处近期完成了一座沿海灯塔建设。
该灯塔位于海南省文昌市铜鼓岭东侧的铜鼓咀上，高度53.6米，灯塔共13层，建筑面积约990平方米。
该灯塔基础为桩基础，主体结构为钢筋混凝土核心筒剪力墙结构，塔顶为定制铜灯笼。
该建筑方案由深圳天合建筑设计事务所有限公司完成，由黑龙江集盛建筑设计有限公司海南分公司配合完成施工图的设计。
建筑外立面为三片双曲抛物面薄壳结构和三条带状玻璃幕墙围护而成。
该灯塔造型独特、结构新颖，以雕塑手法设计流畅平滑的曲面造型，上扬、外张的外形使其极具动感及上进之意，建筑效果图及竣工图如图1、图2所示。
2 基础形式简介
因本项目位置在铜鼓咀山顶，又在海南岛陆地最东侧位置，台风登陆频繁，2015年曾遭遇“威马逊”17级超强台风，故基本风压取值按照17级台风风压考虑，即取2.25KN/平方米。
灯塔基础根据地勘资料采用冲孔灌注桩，承台为整体性优良的联合桩筏，以满足抗倾覆要求。
基础总计采用24根直径800mm的灌注桩，桩有效长度约22米，桩位布置如图3所示。
3 塔身建筑结构形式及施工要点
根据建筑方案塔身修长高耸的特点，塔身结构主体设计采用钢筋混凝土剪力墙筒体结构，底层扩大平面的裙房采用框架—剪力墙结构。
该灯塔在平面设计上采用中间圆形空间向外与3个圆弧空间组合，3个圆弧空间组合分别通过圆心有3条对称轴，灯塔平面整体形同一朵盛开的3瓣花，灯塔垂直交通系统由楼梯与一部电梯组成。
塔体高宽比为9.0，长宽比为 1.0。
塔身平面尺寸由一层的边长20.785米，向上逐渐收窄，到第七层平面边长最小，为8.178米，再向上逐渐放大，到屋面层顶部的三片花瓣状造型边长为11.8米。
耐久性设计方面，此灯塔的设计合理使用年限为100年。
为达到百年灯塔的设计目标，灯塔塔身必须具有可靠的抗震和耐自然侵蚀性能。
本项目建筑抗震设防类别为乙类（重点设防），地基基础设计等级为甲级，主体结构的耐久性设计采取了以下措施：
（1）结构构件按三a类（海风环境）环境类别设计，使其耐久性应符合有关标准规定。
（2）对建筑物的耐久性采取加强措施：①采用商品预拌混凝土，强度等级为C40、抗渗等级为S8。
②控制混凝土中的最大氯离子含量为0.06%。
③控制混凝土中的最大堿含量为3.0kg/m3。
④增加混凝土保护层厚度（板、墙30mm，梁、柱40mm）。
⑤在混凝土中，添加筑金液（DPS）等外加剂。
⑥所有钢筋均采用高强钢筋HRB400。
⑦结构构件中的受力钢筋采用环氧树脂涂层带肋钢筋。
⑧在使用过程中，应定期维修。
施工方面，灯塔内部两个环形核心筒采用了滑模施工，减少了现场场地占用并保证了施工速度和结构整体性。
核心筒之间的楼梯采取了植筋后浇混凝土的方式进行施工。
平面最大半径为12m，最小4.7m，施工作业面狭窄，施工单位采用了综合（钢筋、模板、混凝土）班组以避免窝工，保证了工程进度。
灯塔外立面的曲面构造虽然丰富了建筑造型，但是在进行外围薄壳结构施工时，无论是钢筋绑扎、模板支设还是浇筑混凝土，都非常费工、费时、费材料，对施工造成了一定的困难。
过大的曲度造成了钢筋加工和绑扎的难度几何级增加。
针对这种情况，施工单位购置了钢筋数控曲度加工机械，根据双曲面外壳的弧度数字化钢筋制作，并且逐渐积累曲面钢筋绑扎经验，加快速度；另一方面，普通木模板不论是混凝土成型的表面圆滑程度，还是模板本身的刚度都无法满足双曲面外壳的造型要求，施工方经与钢模板生产厂家沟通，根据施工图纸，将整个灯塔外围双曲面薄壳进行电脑建模，订制生产了一次性整体钢模。
整体钢模每块高度1.8米，每两块3.6米高为一层。
一次性整体钢模的使用保证了实际建筑造型与效果图的一致性，也确保了工程工期按计划进行。
由于灯塔为双曲面结构，层高3.6米，薄壁造型剪力墙仅仅厚160mm，特别是灯塔第一层层高7.2m，是双曲面曲度最大的位置。
大曲度也给混凝土浇筑振捣造成困难，常规50mm振动棒无法完全振捣到位，导致浇筑完成的混凝土存在蜂窝、麻面等通病。
本工程通过购置30mm 振动棒，针对性个别局部位置充分振捣，虽仍个别部位仍存在混凝土通病现象，但拆模后的观感效果得到较大幅度提高。
4 结束语
该双曲抛物面薄壳结构灯塔2016年9月开工建设，2017年12月完成。
建设、设计、施工单位在工程设计和施工过程中遇到了一系列问题和困难，通过不断协调、解决问题，顺利完成了项目建设，积累丰富了双曲抛物面薄壳结构塔类建筑的建设经验。