清华大学：《结构选型讲义》 第六章 双曲扁壳

六、双曲扁壳一一一般采用抛物线平移曲面 一一因为f小,又称微弯平板 .型式 组成壳板 竖直的边缘构件(横隔构件)「薄膜梁 ma/L<=1/5(1/8~1/5) 拉杆拱1/8 长边L=3-40m,可达100m拱形桁架、刚架 δ=(1/500~1/300)儿L, 空腹桁架 一般δ=60~80mm 要求: ●四个交接处应有可靠的连接,使它们形成整体的 箍,以约束壳面的变形 ●横隔本身平面内应有足够的刚度,否则壳面将产生 很大内力及弯矩 特点: 矢高小,受力性能和经济效果较好,建筑造型美观 单波 多波 ●为减少壳体边缘处的剪应力和弯曲应力,双曲扁壳不 宜太扁;双向曲率不等时, 较大曲率与较小曲率 不宜超过2 底面长边与短边之比 13

13 六、双曲扁壳——一般采用抛物线平移曲面 ——因为 f/L 小，又称微弯平板 1．型式 组成 壳板 竖直的边缘构件（横隔构件） 薄膜梁 fmax/L<=1/5 (1/8~1/5) 拉杆拱 1/8 长边 L=3~40m，可达 100m 拱形桁架、刚架 =(1/500~1/300)L， 空腹桁架 一般=60~80mm 要求： ⚫ 四个交接处应有可靠的连接，使它们形成整体的 箍，以约束壳面的变形。 ⚫ 横隔本身平面内应有足够的刚度,否则壳面将产生 很大内力及弯矩。 特点： 矢高小，受力性能和经济效果较好，建筑造型美观 ⚫ 单波 多波 ⚫ 为减少壳体边缘处的剪应力和弯曲应力，双曲扁壳不 宜太扁；双向曲率不等时， 较大曲率与较小曲率 底面长边与短边之比 不宜超过 2

2.受力特点一一主要是薄膜内力传递荷载 壳体的中部区域一一轴向受压——构造钢筋 边缘区域一—横向弯矩一一放置承受M钢筋 四角区域一一顺剪力S很大,则主应力大 配458斜筋承受主拉应力, 加厚,承受主压应力 四边区域——顺剪力S很大——横隔计算同 长筒壳的横隔 受力合理,经济指标较好 20340m2扁壳,计算δ(板厚)=30mm 覆盖很大跨度,当跨度>30m时,采用双曲扁壳合理。 3.双曲扁壳工程实例 (1)清华七饭厅 (2)北京火车站:共6个双曲扁壳 中央大厅,方形,35335m2,f=7m,880mm 中间一个:21.5m321.5m2,f3.3m, 检票口通廊 6=60mm 两侧四个:16.53165m2,f、δ同上 (3)北京网球馆 屋顶RC双曲扁壳 隆起的室内空间适应网球的运动轨迹,使建筑空间 得到充分利用,平面:42342m2,δ=90mm

14 2．受力特点——主要是薄膜内力传递荷载 壳体的中部区域——轴向受压——构造钢筋 边缘区域——横向弯矩——放置承受 M 钢筋 四角区域——顺剪力 S 很大，则主应力大 ——配 45 斜筋承受主拉应力， 加厚， 承受主压应力 四边区域——顺剪力 S 很大——横隔计算同 长筒壳的横隔 受力合理，经济指标较好 2040m2 扁壳，计算（板厚）=30mm 覆盖很大跨度，当跨度>30m 时，采用双曲扁壳合理。 3．双曲扁壳工程实例 （1） 清华七饭厅 （2） 北京火车站：共 6 个双曲扁壳 中央大厅，方形，3535m2，f=7m，=80mm 中间一个：21.5m21.5m2，f=3.3m， 检票口通廊 =60mm 两侧四个：16.516.5m2，f、同上 （3） 北京网球馆 屋顶 R.C 双曲扁壳 隆起的室内空间适应网球的运动轨迹，使建筑空间 得到充分利用，平面：4242m2，=90mm

七、双曲抛物面壳 1.结构型式及特点 稳定性好:下凹方向一一如同受拉的索网 上凸方向一—如同薄拱 一个方向压曲时,另一个方向的拉应力就会增大, 所以,提高稳定性。 也是直纹曲面,所以,壳面的配筋和模板制作较简便 工程上常用的扭壳是从双曲抛物面中沿直纹方向切取 的一部分,可以单块也可以组合成多种型式扭壳,型 式新颖,深受欢迎,应用广泛 2.受力特点一一按无弯矩理论 在竖向均布荷载作用下,曲面内不产生法向力,仅存 在顺剪力r主拉应力 系列受拉索)组成曲面 主压应力——一系列受压拱 壳板中内力很小,厚度不是强度决定,由施工及稳定 确定。 ●壳板与边缘构件邻接的区段一一由于整体作用,产生局 部 ●四周设有直杆为边缘构件一一承受壳板传来的顺剪力

15 七、双曲抛物面壳 1．结构型式及特点 ⚫ 稳定性好： 下凹方向——如同受拉的索网 上凸方向——如同薄拱 一个方向压曲时，另一个方向的拉应力就会增大， 所以，提高稳定性。 ⚫ 也是直纹曲面，所以，壳面的配筋和模板制作较简便 ⚫ 工程上常用的扭壳是从双曲抛物面中沿直纹方向切取 的一部分，可以单块也可以组合成多种型式扭壳，型 式新颖，深受欢迎，应用广泛。 2．受力特点——按无弯矩理论 ⚫ 在竖向均布荷载作用下，曲面内不产生法向力，仅存 在顺剪力 主拉应力——一系列受拉索 组成曲面 主压应力——一系列受压拱 壳板中内力很小，厚度不是强度决定，由施工及稳定 确定。 ⚫ 壳板与边缘构件邻接的区段——由于整体作用，产生局 部 M ⚫ 四周设有直杆为边缘构件——承受壳板传来的顺剪力 S

3.实例 (1)组合型双曲抛物面扭壳屋盖 大连海运仓库,1971年建成。四块组合成1 个双曲抛物面扭壳,一共16个,δ=60m 每个扭壳:23323m 现浇RC 边缘构件:人字形拉杆拱 柱:7003700mm2,预制装配,柱顶标高7m

16 3．实例 （1） 组合型双曲抛物面扭壳屋盖 ——大连海运仓库 ，1971 年建成。四块组合成 1 个双曲抛物面扭壳，一共 16 个，=60mm 每个扭壳：2323m2 边缘构件：人字形拉杆拱 柱：700700mm2，预制装配，柱顶标高 7m。 现浇 R.C

八、幕结构一一由双曲壳、折板演变而来 双向曲折连续,受力性能好施工方便 实例:清华,地下食堂,学生娱乐中心 平板 折板 肋梁 ●组成:由整体联系的三角形或梯形薄板组成 ●用作屋盖、楼盖 代替肋梁结构 地下室顶盖 节约钢材及水泥 缺点:费模板,易漏水 1.结构型式与尺寸 (1)幕顶支承在有柱帽的柱上 (0.4-0.5L 水平板 柱帽 柱 柱帽之间有水平板相互连接 柱帽宽度:(0.1~0.2)L L大时或荷载大时,在幕角的下边与柱之间做支托(柱帽)

17 八、幕结构——由双曲壳、折板演变而来 ——双向曲折连续，受力性能好施工方便 实例：清华，地下食堂，学生娱乐中心 ⚫ 组成：由整体联系的三角形或梯形薄板组成 ⚫ 用作屋盖、楼盖 代替肋梁结构 地下室顶盖 ——节约钢材及水泥 ⚫ 缺点：费模板，易漏水 1．结构型式与尺寸 （1） 幕顶支承在有柱帽的柱上 柱帽之间有水平板相互连接 柱帽宽度：（0.1~0.2）L L 大时或荷载大时，在幕角的下边与柱之间做支托（柱帽） 柱 平板 折板 肋梁 f (0.4~0.5)L L 水平板 柱帽 柱

(2)幕顶直接支承在无柱帽的柱上,柱之间有肋形边梁 适用于L小,荷载小时 (0.4~0.6L肋梁 幕角 方形柱网,L=(8~10)m时,采用幕结构合理 矢高f=(1/8~1/12)L 幕结构板的最大:宽、厚、倾角与折板结构相同 宜<=3.5m,<=100mm,宜<=3080 2.受力特点 (1)折板可按多跨连续板计算、一平板(双向受力) 其他板(单向受力) (2)中间水平板或肋梁,不考虑连续性,两个方向分 别当作梁计算 (3)幕角,考虑与柱帽连接处的承压强度 及抗剪强度

18 （2）幕顶直接支承在无柱帽的柱上，柱之间有肋形边梁 ——适用于 L 小，荷载小时 方形柱网，L=(8~10)m 时，采用幕结构合理 矢高 f=(1/8~1/12)L 幕结构板的最大：宽、厚、倾角 与折板结构相同 宜<=3.5m，<=100mm,宜<=30 0 2．受力特点 （1） 折板可按多跨连续板计算——平板（双向受力） 其他板（单向受力） （2） 中间水平板或肋梁，不考虑连续性，两个方向分 别当作梁计算 （3） 幕角，考虑与柱帽连接处的承压强度 及抗剪强度 L (0.4~0.6)L 肋梁 a 幕角