双曲抛物面薄壳结构塔类建筑建设浅谈
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双曲抛物面薄壳屋盖的制作与设计刘平安;廖小东;程雯玉;王铨【摘要】为了方便双曲抛物面薄壳屋盖的制作,采用数学建模的方法对双曲抛物面薄壳屋盖进行理论计算,得到了直母线钢筋数以及直母线钢筋在空间的位置、锚固面方程以及与直母线交点、直母线之间的交点和直母线与锚固面的法线之间夹角的数学表达式。
利用Matlab软件经过实例计算验证了其有效性,为今后双曲薄壳屋盖的制作提供了理论依据。
%Aiming at the production of hyperbolic paraboloid shell roof, this paper adopts the mathematical model-ing of hyperbolic paraboloid shell roof for theoretical calculation. It obtains the straight generatrix steel number, the position of the straight generatrix steel, anchoring surface equation in space, the intersection between rectilin-ear and straight generatrix and the mathematic expression of the angle between the generatrix and anchorage. Through the Matlab software, calculation results verify the effectiveness of the proposed model, which may provide a theoretical basis for the future production of hyperbolic shell roof.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】7页(P79-85)【关键词】双曲薄壳屋盖;数学建模;预应力钢筋;锚固面【作者】刘平安;廖小东;程雯玉;王铨【作者单位】华东交通大学机电工程学院,江西南昌 330013;华东交通大学机电工程学院,江西南昌 330013;华东交通大学机电工程学院,江西南昌 330013;华东交通大学机电工程学院,江西南昌 330013【正文语种】中文【中图分类】TU33+5随着建筑结构设计理论、设计手段及施工水平的不断提高,新的建筑型式不断出现。
薄壳结构受力特点及天津博物馆案例分析班级:土木N073 学号:2007456791432 姓名:周峰近几年来,建筑师又在蛋壳的启示下,设计了小到自行车棚大到现代化的大型薄壳结构的建筑物。
这种建筑物既坚固又节省材料。
我国北京火车站大厅房顶就是采用这种薄壳结构,屋顶那么薄,跨度那么大,整个大厅显得格外宽敞明亮,舒适美观。
举世闻名的悉尼歌剧院也是一座典型而新颖的薄壳建筑。
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。
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。
实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合,形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑,但较为费工和费模板。
1.筒壳(柱面薄壳):是单向有曲率的薄壳,由壳身、侧边缘构件和横隔组成。
横隔间的距离为壳体的跨度l↓1,侧边构件间距离为壳体的波长l↓2。
当l↓1/l↓2≥1时为长壳,l↓1/l↓22<1为短壳。
2.圆顶薄壳:是正高斯曲率的旋转曲面壳,由壳面与支座环组成,壳面厚度做得很薄,一般为曲率半径的1/600,跨度可以很大。
支座环对圆顶壳起箍的作用,并通过它将整个薄壳搁置在支承构件上。
3.双曲扁壳(微弯平板):一抛物线沿另一正交的抛物线平移形成的曲面,其顶点处矢高f 与底面短边边长之比不应超过1/5。
双曲扁壳由壳身及周边四个横隔组成,横隔为带拉杆的拱或变高度的梁。
适用于覆盖跨度为20~50米的方形或矩形平面(其长短边之比不宜超过2)的建筑物。
4.双曲抛物面壳:一竖向抛物线(母线)沿另一凸向与之相反的抛物线(导线)平行移动所形成的曲面。
此种曲面与水平面截交的曲线为双曲线,故称为双曲抛物面壳。
工程中常见的各种扭壳也为其中一种类型,因薄壳结构容易制作,稳定性好,容易适应建筑功能和造型需要,所以应用较为广泛。
蛋壳就是利用了薄壳结构原理,由于这种结构的拱形曲面可以抵消外力的作用,结构更加坚固。
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。
双曲抛物面组合扭曲薄壳屋面综合施工技术
赵源畴;刘浩;杨晓东
【期刊名称】《建筑施工》
【年(卷),期】2010(032)002
【摘要】针对体育馆屋盖大跨度空间双曲抛物面组合扭壳的复杂形体,阐述了屋盖的空间定位、支撑架的搭设、钢筋的安放与绑扎、混凝土的浇筑、预应力筋的张拉及内架的拆除等施工过程.通过采用空间三维坐标控制技术、合理的支撑体系设计、对钢筋绑扎及预应力筋的精确定位、混凝土浇筑区域的合理划分及确定拆模顺序等施工技术,为实现设计意图、满足功能要求及保障施工期的安全奠定了良好的基础.【总页数】3页(P159-161)
【作者】赵源畴;刘浩;杨晓东
【作者单位】中建五司广东公司,深圳,518000;中建五司广东公司,深圳,518000;中
建五司广东公司,深圳,518000
【正文语种】中文
【中图分类】TU765
【相关文献】
1.双曲抛物面组合扭壳屋盖施工技术 [J], 来鸿鹤
2.广东星海音乐厅大型双曲抛物面钢筋混凝土薄壳层盖混凝土浇筑施工技术 [J],
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3.双曲抛物面组合扭壳屋盖施工技术 [J], 齐志刚;张希黔
4.双曲抛物面组合扭壳屋盖施工技术 [J], 张庆国
5.双曲抛物面组合扭壳屋盖施工技术 [J], 张庆国
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超高双曲抛物面冷却塔施工技术张春刚一、工程概况:山东海化集团热电扩建冷却塔工程高56米,建筑面积1250㎡,该冷却塔为双曲抛物面抗渗混凝土结构,外形底部设60根人字柱支撑,内部淋水装置设72根300×300方形柱,中上部主次梁纵横交错,顶部设主配水槽,中央竖井高9米,锅炉热水通过中央竖井向周围喷洒达到冷却效果。
二、施工方法2.1技术分析由于该冷却塔为双曲抛物面抗渗混凝土结构,这对模具的标准及混凝土的浇筑提出了新的要求。
该冷却塔高56米,最小直径为28.3米,塔壁最薄处为13㎝,最厚处为40㎝,在施工中如何控制中心点、半径尺寸及塔壁厚度。
对于超高双曲抛物面冷却塔施工技术(无脚手架施工),工人的操作平台,上下通道、模具的堆放,断面的支撑加固又如何解决。
以上几点将做为施工中的难点、重点给予解决。
结合以上几点问题我们在施工中制定了以下措施:2.2、详细的技术原理注:我们首先把垂直仪架立在底板中心原点上,对准上部的中心找正器,然后通过调整钢丝绳紧线器使找正器居中。
最后用钢卷尺来复核塔壁的半径尺寸。
以此来传递和控制中心点及半径尺寸。
注:我们首先绑扎钢筋网片,然后用对销螺栓(从套管中穿过)把导轨固定在钢筋网片上,再把模板固定在导轨里,通过调整内外模板相对间距的花篮螺栓来确定塔壁的厚度,经检查发现无误后浇筑混凝土。
待混凝土强度达到一定强度时,在导轨上固定三脚架,三脚架共有水平杆、立杆、斜杆组成。
在水平杆上铺上脚手板,并且在水平杆的端部架上安全栏杆,工人可在上面绑扎钢筋、浇筑混凝土、堆放模具、材料等。
在导轨的下段挂上吊篮,便于工人拆模、刷浆、刷涂料等。
三、质量安全保证措施为了保证混凝土的质量,对原材料严格把关,认真计量,塔壁混凝土分层对称浇筑,每节浇筑高度低于模板8厘米,水平缝在浇筑中随即压成毛面凹槽,在浇筑上节混凝土时先铺一层与混凝土同配比的水泥砂浆,同时加强后期养护。
施工中认真落实“安全第一,预防为主”的方针,建立健全施工安全检查监督网络体系,分段分部位做好安全检查与防护,使之做到经常化、制度化、标准化。
薄壳结构班级学号:1101404-25姓名:刘益宁指导老师:彭懿日期:2013.11.20调研建筑:星海音乐厅·悉尼歌剧院·国家大剧院1薄壳结构的定义:壳,是一种曲面构建,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。
2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。
双曲抛物面案例星海音乐厅星海音乐厅位于广州二沙岛,造型奇特的外观,富于现代感,犹如江边欲飞的一只天鹅,与蓝天碧水浑然一体,形成一道瑰丽的风景线。
薄壳结构的建筑特点有哪些薄壳结构的建筑特点有哪些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。
下面是店铺给大家整理薄壳结构的建筑特点有哪些的简介,希望能帮到大家!薄壳结构的建筑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。
除以上几种空间结构外,尚有组合网架结构、预应力网格结构、管桁结构、张弦梁结构、点连接玻璃幕墙支承结构、索穹顶结构等几种常用空间结构,都有自身的特点和实用范围。
比如点连接式玻璃幕墙支承结构能利用玻璃的透明特性追求建筑物内外空间的沟通和融合,人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃面板的整个结构系统,使这种结构系统不仅起到支承作用,而且具有很强的结构表现功能;索穹顶结构则完全体现了fuller关于“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中”的思想,是由连续的拉索和不连续的压杆组成的一各受力合理、结构效率极高的结构体系。
薄壳结构的简介建筑学上的术语。
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。
实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合,形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑,但较为费工和费模板。
薄壳结构的优点是可以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。
许多建筑物屋顶都运用了薄壳结构的'原理。
薄壳结构的分类1.柱面薄壳:是单向有曲率的薄壳,由壳身、侧边缘构件和横隔组成。
横隔间的距离为壳体的跨度l 1,侧边构件间距离为壳体的波长l 2。
当l 1/l 2≥1时为长壳,l 1/l 22<1为短壳。
双曲抛物面组合扭壳屋盖施工技术发表时间:2019-01-15T09:42:43.823Z 来源:《防护工程》2018年第31期作者:陈曦[导读] 屋盖位于建筑的顶部,属于建筑必备的围护结构,既要符合功能设置需要,还要具有一定的艺术感。
黑龙江省三建建筑工程有限责任公司摘要:施工单位在接收现代建筑工程建设任务时,应当优先考虑到建筑的跨度设计需要,在优化跨度空间偏大的建筑结构过程中,应当重视屋盖部位的施工任务,屋盖不仅关系着建筑外部保护效果,同时还决定着建筑整体协调性。
大跨度建筑存在的不稳定问题会影响到屋盖结构选择工作,基于建筑的特殊跨度特点,施工单位可运用双曲抛物面形式的扭壳屋盖,以更为经济化的方式来建设并安装屋面。
关键词:双曲抛物面;组合扭壳;屋盖;施工技术屋盖位于建筑的顶部,属于建筑必备的围护结构,既要符合功能设置需要,还要具有一定的艺术感,在建筑顶部,屋盖还要发挥出承重的作用,其在建筑外部的应用效果会受到构成材料与组成形式的影响。
而当前的很多建筑的实际跨度设置情况,屋盖结构也必须被合理调整,在保持稳定与防水等功能的基础上,可以给建筑设计双曲抛物面类型的组合扭壳式屋盖。
现分析建设该种屋盖时可用的施工技术。
1 工程建设情况分析某体育馆建筑面积12783m2,为钢筋混凝土框架结构,地上及地下各一层看台,中间为比赛用篮球场;建筑高度32.05m,可容纳5000个观众席。
其平面水平投影呈平行四边形,每边中部稍向外倾斜,长边为97.5m,短边为67.7m。
其屋盖采用预应力混凝土大斜柱和无粘结预应力混凝土双曲抛物面组合扭壳相结合的新型结构体系,每块扭壳水平投影均为平行四边形。
四根大斜柱顶在屋顶中央处与大横梁连接,每根大斜柱组成人字架,柱脚采用预应力混凝土拉杆,以承受水平推力。
两组大斜柱将屋盖划分为4片扭壳,四块扭壳通过顶部的拔风构件连接,8根大斜柱底部由纵横两向钢筋混凝土预应力拉杆连接,大斜柱截面600mm×1200mm~600mm×1800mm,边梁最大梁宽600mm,最大梁高2300mm,双曲抛物面扭壳屋面、大斜柱、预应力拉杆三者组成整个结构体系。
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双曲抛物面薄壳结构塔类建筑建设浅谈
作者:彭钟
来源:《建筑与装饰》2018年第16期
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
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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碱含量为
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。