壳体.docx
- 文档编号:3446470
- 上传时间:2022-11-23
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:110.14KB
壳体.docx
《壳体.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《壳体.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
壳体
8.2壳体和折板结构体系——薄壁空间结构体系
保证结构刚度
壳体:
由单曲面或双曲面板组成,以曲面的空间刚度
折板:
由平面板组成,以折板组成的空间刚度
概述:
壳体结构的发展简况
自然界:
果壳、贝壳、鸡蛋、头颅等
曲线优美、形态善变、厚度之薄—令人惊叹
遵循:
用最少之料构成最坚之型的规律
可见:
壳体是最自然、最合理、最有效、最进步的结构型式
人类:
锅、匙、碗、杯、瓶、罐、坛、乒乓球、灯泡、钢盔、汽车壳、飞机壳等。
壳体结构的覆盖面积大,无需中柱,室内空间开阔宽敞,用于市场、礼堂、体育馆、飞机库……
用于屋盖结构:
单波多跨筒壳
1954、1955
北京展览馆
上海展览馆
1959广东,大会堂扁球壳
1960新疆,金工车间椭圆旋转球壳
双曲扁壳
1958
北京火车站
……
1964北京网球馆
缺点:
●现浇砼费模板、制作复杂——壳体本身材料与人工费比很小
影
响
发
展
但施工材料与人工费都很高,占总造价50%~70%左右
柔模喷涂成壳:
帆布、
钢丝网等
预制壳块、高空装配
地面现浇、整体吊装
●有些壳体(球壳、扁壳等)易产生回声现象
还存在计算复杂,尚需研究开孔影响、稳定、
振动、徐变等问题
一、壳体结构的力学特征
鸡蛋壳δ/R=1/50δ壳体厚度
一般壳体要求δ/R<=1/20R—曲率半径
1.双向直接传力——强度大
●
主要承受曲面内的
轴力(双向法向力)
Nx、Nφ
顺剪力S
称之为曲面应力或切向力,又称为薄膜应力。
沿厚度分布均匀,经济。
这层膜很薄,却能直接抗衡外荷,并直接传力给支座,故又称这些内力为直接应力。
Mφ,Vφ环向的M和横剪力(筒壳拱圈)
弯曲内力Mx,Vx纵向的M和横剪力
Mφ,Mφx扭矩
●承受少许横向弯矩——只有在非对称均布荷载作用时
(扭矩)
(曲线外形使壳体风载很小,一般可不计;一般壳体不允许吊挂不对称荷载)
为此,要增配钢筋,有时甚至要增加厚度,不理想。
所以,曲面的最大功能是以双向直接应力为主(横向M甚小)抗衡并传递外荷,这也是壳之所以薄的原因。
●中面或中心面——因为,壳薄,所以,可认为沿厚度方向均匀分布,一般把厚度中心的面称为中面或中心面,壳体的线形以次为准。
●实现薄膜应力的条件:
a.中面的曲率是连续变化的;
b.壳体厚度是逐渐变化的;
c.荷载是连续分布的;
d.壳体的支座只在中面的切线方向阻止位移并产生反力。
2.极大空间刚度——刚度大
主要承受两个方向
主要承受M法向力及顺剪力
66m2R.C.双向板3535m2双曲扁壳
δ=L1/46δ=L/470
δmin=130mmδ=80mm
主要承受双向Mc和MT主要承受曲面内轴力和顺剪力,M、MT很小
3、屋面承重合一——板架合一,型式很多(T型板、V型板……)
壳体厚度薄,自重轻,有利于抗震——适用于大跨度屋
面结构
二、曲面形式——按其形成的几何特点
1、旋转曲面——由一平面曲线作母线绕其平面内的轴旋转而成的曲面
球形曲面——圆弧曲线
抛物面——抛物线
椭球面——椭圆
双曲面——双曲线
2、平移曲面——由一竖向曲母线沿另一竖向曲导线平移所形成的曲面。
这种曲面与水平面的截交线为椭圆曲线——称为椭圆抛物面。
工程中:
双曲扁壳
3、直纹曲面——一段直线的两端各沿二固定曲线移动形成的曲面叫直纹曲面。
1)双曲抛物面——扭面
2)柱面与柱状面
3)锥面与锥状面
常用:
筒壳、球壳、双曲扁壳、扭壳、
折板、幕式结构
三、
筒壳(柱面壳)
●其壳板为柱形曲面,也称为柱面壳
壳板为单向曲面,几何形状简单,制作容易,施工方便
●
筒壳的组成壳板
边梁——与壳板整体受力,并可减少
壳板的水平位移
横隔——是壳板和边梁的支承构件,
承受由壳板及边梁传来的剪力
三部分协同工作,无横隔不能完成空间工作。
跨度L1
——横隔之间的距离
波长L2
——边梁之间的距离
L1/L2>1,长壳,常用1.5~2.5
L1/L2<1,短壳,一般<=0.5
1、长壳
一员工、八、九食堂,L1=16m,L2=6m
(1)结构形式与尺寸
●大部分是多波式的
●L1/L2=1.5~2.5,也可达3~4
当L1>24m,宜采用预应力R.C边梁
●壳截面总高度f>=(1/10~1/15)L1
a.
矢高f1>=L2/8
b.圆心角60~90,边缘处坡度不宜>40,浇混凝土、沥青流淌
c.壳板厚度
一般取50~80mm>=35mm
d.边梁附近局部加厚,此处横向M较大
边梁与壳板整体受力,集中放置纵向受拉钢筋,并可减少水平位移
边梁的形式
横隔形式
(2)受力特点和内力计算简介——梁理论,L1/L2>=3时
2.短壳——薄膜理论,忽略弯曲内力
●L1/L2<1,通常<=0.5
●多跨
●矢高f1>=L2/8
1)壳板:
壳板内的应力不大,通常不必计算,可按跨度决定其厚度。
当L1=6~12m,L2=18~30m,且f1>=L2/8时,δ按表8-2查。
δ=(1/100~1/120)L2
表8-2
L1(m)
6
7
8
9
10
11
12
δ(mm)
50~60
60
70
70~80
80
90
100
2)边梁
宜采用矩形截面,其高度h一般为(1/15~1/10)L1
且>=L1/15
宽度b=(1/5~2/5)h
3)
横隔构件宜采用拉杆拱
波长大时——拱形桁架
横隔间距一般为6~12m
四、折板结构——与筒壳同时出现的
另一种型式,它是以一定角度整体联系的薄板体系,受力性能良好,构造简单,施工比筒壳方便,模板耗量少。
1、结构型式与尺寸
●
有边梁板
边梁组成与筒壳类似
横隔构件
无边梁:
由若干等厚的平板和横隔构件组成
——V型折板
●波长L2——边梁间距,一般L2<=12m
跨度L1——横隔的间距,一般L1<=27m,或再大些
●单波和多波
板的宽度<=3.5m,δ<=100mm,否则自重大,横向M大,顶板的宽度应为(0.25~0.4)L2。
多波板宜做成等厚,现浇折板的倾角宜<=30——浇砼
L1/L2>=1——长折板,矢高f1>=(1/10~1/15)L1
L1/L2<1——短折板,矢高f1>=L2/8
f为截面总高
2、折板受力特点
实际工程中,一般L1/L2>=5——长折板——类似长筒壳
对于L1/L2>=3的长折板可按梁理论计算。
(1)板的横向计算1m宽板带的计算单元,按多跨连续板,转折边缘处视为连续支座
(2)板的纵向计算取一个波长为计算单元,按两端支承在横隔构件上的梁
(3)横隔构件的计算由于折板很薄,平面外的刚度很小,所以,折板传给横隔构件的只是沿折板平面内的顺剪力
3、
V形折板
波宽L2=2m~3m,3.5m
倾角a=30~42
amin=26,amax=45
L1大者,a宜大
折板高度>=L1/20,为保证结构刚度
板厚δ=b/40~b/50,b为一块板的宽度
一般为25~45mm,钢筋保护层>=10mm
五、
圆顶结构——旋转曲面壳——空间工作性能好
1、结构型式与组成
a.按壳面的构造不同分:
(1)平滑园顶——应用最多
(2)肋形圆顶:
当建筑平面不完全是圆形,以及由
于采光要求需要,将圆顶表面分成单独的区格时,采用
经向肋系——当R不大时,可仅设经向肋
环向肋系
(3)多面圆顶
——由数个拱形薄壳相交而成,它比肋形圆顶经济,自重较轻
壳面:
δ=R/600>=50mm,通常为50~150mm
砖墙
R.C柱
斜拱
斜柱
……
●组成支座环:
对圆顶起箍的作用
并通过它搁置在支承构件上(竖向构件)
2、圆顶薄壳的内力状态
——一般按薄膜应力考虑,
可以充分利用材料的强度
在轴向(旋转轴)对称荷载作用下:
圆顶经向受压,环向上部受压,下部可能受压
也可能受拉(半圆球壳,φ=51,4938,即σ=0,变号
处)
支座环承受壳面边缘传来的推力,其截面内主要
为拉力
因为有支座环约束,壳面的边缘附近[(1/15~1/12)L范围内]产生经向的局部M,所以壳面在支座环附近可以适当增厚(120mm~150mm),并且配置双层钢筋。
3、圆顶结构实例
1)北京天文馆——半球形顶盖,直径25m,δ=60mm,喷射砼
2)机械厂金工车间——圆形R.C薄壳屋盖,椭圆形旋转曲面,矢高11.5m,直径60m,沿周长按圆心角6等间距设置4901000mm2砖柱,柱间为窗,壳顶标高17m。
3)美国,伊利诺大学会堂,1962年建,圆形平面,D=122m,集会、演出、球赛,可容纳2万人。
周围有环形走廊,屋顶为预应力R.C折板组成穹顶,由48块同样的R.C板组成,板厚δ=90mm,D=132m,重5000t。
屋顶推力由后张预应力R.C圈梁承受,最高点+40.9m。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 壳体