1、 不同的结构体系会给建筑空间与建不同的结构体系会给建筑空间与建筑体型的创造带来不同的面貌特征筑体型的创造带来不同的面貌特征。而。而且即使是在同一类型的结构系统中，其且即使是在同一类型的结构系统中，其结构形式的变化及由此而衍生出来的建结构形式的变化及由此而衍生出来的建筑空间与建筑体型的差异，也可以层出筑空间与建筑体型的差异，也可以层出不穷。不穷。一、折板结构的演变：一、折板结构的演变： 折板的变化从最简单的相互平行的折板的变化从最简单的相互平行的“平行折板平行折板”，逐渐演变成相互反向的，逐渐演变成相互反向的折板，使建筑物更富有造型艺术的特点。折板，使建筑物更富有造型艺术的特点。 20世纪世纪2
2、0年代，欧洲已有折板屋年代，欧洲已有折板屋盖。中国在盖。中国在50年代有所应用，自年代有所应用，自60年代年代后期起，发展较快，折板结构建筑中绝后期起，发展较快，折板结构建筑中绝大部分采用折叠式生产的大部分采用折叠式生产的 V形折板屋盖形折板屋盖。 图 建筑结构的各种形式 （a）墙体结构；(b) 框架结构；(c) 深梁结构；(d) 筒体结构；(e) 拱结构； (f) 网架结构；(g) 空间薄壁结构；(h) 钢索结构；(i) 折板结构 折板结构是由若干狭长的薄板以一定角折板结构是由若干狭长的薄板以一定角度相交连成折线形的空间薄壁体系度相交连成折线形的空间薄壁体系。是一种既是一种既能承重，又可围护
3、，用料较省，刚度较大的薄能承重，又可围护，用料较省，刚度较大的薄壁结构。壁结构。 可用作车间、仓库、车站、商店、学校、可用作车间、仓库、车站、商店、学校、住宅、亭廊、体育场看台等工业与民用建筑的住宅、亭廊、体育场看台等工业与民用建筑的屋盖。屋盖。此外，此外，折板还可用作外墙、基础及挡土折板还可用作外墙、基础及挡土墙。墙。 图图1 全折板房屋全折板房屋 P.L.奈尔维奈尔维设计长条板，设计长条板，巴黎联合国教巴黎联合国教科文组织总部大厦会议厅科文组织总部大厦会议厅。按照应力变。按照应力变化的规律，将折板截面由两端向跨中逐化的规律，将折板截面由两端向跨中逐渐增大。使大厅屋顶具有韵律感。渐增大。使大
4、厅屋顶具有韵律感。二、折板结构组成二、折板结构组成由由折板、边梁和横隔折板、边梁和横隔三部分组成。三部分组成。型式可分为有边梁和无边梁两种。型式可分为有边梁和无边梁两种。1、无边梁折板：、无边梁折板：它由若干等厚度的平板和横隔构件组成。它由若干等厚度的平板和横隔构件组成。常用的是预制常用的是预制V形折板形折板。V形板因无边梁，板的两端支承在横隔构形板因无边梁，板的两端支承在横隔构件上，故其可按梁理论计算。件上，故其可按梁理论计算。 V形板厚一般为形板厚一般为35-50mm，跨度，跨度9-27m，具有制作简单、安装方面和节省材料等优点。具有制作简单、安装方面和节省材料等优点。常用基本尺寸常用基本
5、尺寸：波长波长-一般为一般为2-3m；跨度跨度-一般为一般为6-15m；倾角倾角-板与水平面倾角一般为板与水平面倾角一般为30-50o 折板高度折板高度-一般一般1/20L1 2、有边梁折板、有边梁折板-筒壳式折板结构筒壳式折板结构与筒壳相似。与筒壳相似。水平顶面板宽要求水平顶面板宽要求 （0.25-0.4）L2或或 （3-3.5m）。这样能保证板厚不超过）。这样能保证板厚不超过100mm。波长波长 L2 (10-12)m。折板应做成同样厚度，。折板应做成同样厚度，且倾角且倾角 30o。折板折板F 0.1L2。三、折板结构的受力三、折板结构的受力 根据受力不同，折板结构分为根据受力不同，折板结
6、构分为长折板和长折板和短折板短折板。L1/L2 1,长折板。长折板。 短折板受力性能与短筒壳相似，双向受短折板受力性能与短筒壳相似，双向受力作用明显。计算复杂。力作用明显。计算复杂。 一般工程中的折板结构多为长折板。象一般工程中的折板结构多为长折板。象预制预应力预制预应力V形折板，形折板， L1/L2 5,受力与长筒受力与长筒壳类似。壳类似。 边梁下无中间支撑，且边梁下无中间支撑，且L1/L2 3的长折的长折板纵横方向可按梁理论计算。板纵横方向可按梁理论计算。1)折板的纵向计算折板的纵向计算：可取一个波长作为计算单元，把折板看成可取一个波长作为计算单元，把折板看成以横隔为支座大的梁，折板截面可
7、看作以横隔为支座大的梁，折板截面可看作T工字形。工字形。2）横向计算）横向计算取取1m宽板带按连续多跨梁计算。折板的转宽板带按连续多跨梁计算。折板的转折处及边梁处可视为连续梁支座。折处及边梁处可视为连续梁支座。3）横隔框架的计算）横隔框架的计算由于折板很薄，平面外刚度很小，所以折由于折板很薄，平面外刚度很小，所以折板传给横隔的只是沿折板平面内的板传给横隔的只是沿折板平面内的S.四、工程实例四、工程实例1、巴黎联合国教科文组织总部会议大厅、巴黎联合国教科文组织总部会议大厅2、美国伊利诺大教堂、美国伊利诺大教堂第五节第五节 双曲扁壳双曲扁壳 筒壳与球壳的结构空间非常大，对无需筒壳与球壳的结构空间非
8、常大，对无需如此大的使用空间者，会造成较大的浪费，因如此大的使用空间者，会造成较大的浪费，因此都欲减低其结构空间。此都欲减低其结构空间。 双曲扁壳（微弯平板）双曲扁壳（微弯平板）：一抛物线沿另一正交：一抛物线沿另一正交的抛物线平移形成的曲面，其顶点处矢高的抛物线平移形成的曲面，其顶点处矢高f与与底面短边边长之比不应超过底面短边边长之比不应超过15。 双曲扁壳双曲扁壳双曲扁壳双曲扁壳 实际上，很多壳体都可作成扁壳，实际上，很多壳体都可作成扁壳，如属双曲扁壳的如属双曲扁壳的扁球壳扁球壳就是球面壳的一就是球面壳的一部分。属单曲扁壳的部分。属单曲扁壳的扁筒壳扁筒壳为柱面壳的为柱面壳的一部分。一部分。
9、本节所讨论的本节所讨论的双曲扁壳双曲扁壳为为采用抛物采用抛物线平移而成的椭圆抛物面扁壳线平移而成的椭圆抛物面扁壳。 由于双曲扁壳矢高由于双曲扁壳矢高f小，结构空间小，小，结构空间小，屋面面积相应减小，比较经济，同时双屋面面积相应减小，比较经济，同时双曲扁壳平面多变，适用于圆形、正多边曲扁壳平面多变，适用于圆形、正多边形等建筑平面。形等建筑平面。 一、双曲扁壳的结构组成与型式一、双曲扁壳的结构组成与型式双曲扁壳由双曲扁壳由壳板壳板和周边竖直的和周边竖直的边缘构件边缘构件组成。组成。1、壳板、壳板 它是由一根上凸的抛物线作竖直母线，它是由一根上凸的抛物线作竖直母线，其两端沿两根也上凸的相同抛物线作
10、导线平其两端沿两根也上凸的相同抛物线作导线平移而成。移而成。 双曲扁壳的跨度可达双曲扁壳的跨度可达3-40m，最大可，最大可达达100m，壳厚比筒壳薄，一般为，壳厚比筒壳薄，一般为60-80mm。 由于扁壳较扁，其由于扁壳较扁，其曲面外刚度小曲面外刚度小，设设置边缘构件置边缘构件可增加壳体刚度，保证壳体不可增加壳体刚度，保证壳体不变形，因此边缘构件应有较大竖向刚度。变形，因此边缘构件应有较大竖向刚度。且且边缘构件在四角应有可靠连接，使之成边缘构件在四角应有可靠连接，使之成为扁壳的箍，以约束壳板变形。为扁壳的箍，以约束壳板变形。 边缘构件边缘构件的形式多样，可以采用变的形式多样，可以采用变截面或
11、等截面的截面或等截面的薄腹梁薄腹梁，拉杆拱拉杆拱或体型或体型拱架等，也可采用拱架等，也可采用空腹桁架空腹桁架或或拱形刚架拱形刚架。 双曲扁壳可以采用单波或多波。当双曲扁壳可以采用单波或多波。当双向曲率不等时，较大曲率与较小曲率双向曲率不等时，较大曲率与较小曲率之比及底面边长与短边之比要小于之比及底面边长与短边之比要小于2.二、受力特点二、受力特点 双曲扁壳在双曲扁壳在满跨均布竖向荷载满跨均布竖向荷载作用作用下，壳板的受力以下，壳板的受力以薄膜内力为主薄膜内力为主，在壳，在壳体边缘受一定的横向弯矩。体边缘受一定的横向弯矩。 根据壳板中的内力分布，一般把壳根据壳板中的内力分布，一般把壳板分为三个受
12、力区。板分为三个受力区。1）中部区域中部区域：该区占整个壳板大部分。：该区占整个壳板大部分。壳板主要承受双曲轴压力，该区强度潜壳板主要承受双曲轴压力，该区强度潜力大。仅按构造配筋即可。力大。仅按构造配筋即可。一般洞口可一般洞口可开在这。开在这。2）边缘区域边缘区域：该区主承受：该区主承受正弯矩正弯矩，使壳，使壳体下表面受拉。体下表面受拉。3）四角区四角区：承受：承受顺剪力顺剪力，且较大。因此，且较大。因此产生很大主应力。产生很大主应力。3）四角区：承受顺剪力，且较大。因此）四角区：承受顺剪力，且较大。因此产生很大主应力。产生很大主应力。 为承受主压应力，可将局部加厚；为承受主压应力，可将局部加
13、厚；为承受主拉应力，应配置为承受主拉应力，应配置45o斜筋。斜筋。在边缘区域和四角区域不允许开洞。在边缘区域和四角区域不允许开洞。 对于边缘构件，它主要承受壳板边缘对于边缘构件，它主要承受壳板边缘传来的顺剪力，做法同筒壳横隔。传来的顺剪力，做法同筒壳横隔。三、工程实例：三、工程实例：1、北京火车站、北京火车站2、北京网球馆、北京网球馆 第六节第六节 双曲抛物面扭壳双曲抛物面扭壳 属于负高斯曲率壳。由凸向相反的属于负高斯曲率壳。由凸向相反的两条抛物线一条沿着另一条平移而成。两条抛物线一条沿着另一条平移而成。也叫也叫扭壳扭壳。 鞍壳鞍壳是由一抛物线沿另一凸向相反的是由一抛物线沿另一凸向相反的抛物线
14、平移而成。抛物线平移而成。 扭壳扭壳是是从鞍壳从鞍壳面中沿直纹方向取出面中沿直纹方向取出来的一块面壳。来的一块面壳。 双曲抛物面壳由壳面和边缘构件组成，双曲抛物面壳由壳面和边缘构件组成，外形特征外形特征犹如一组抛物线倒悬在两根拱犹如一组抛物线倒悬在两根拱起的抛物线之间，形如马鞍起的抛物线之间，形如马鞍，故又称鞍，故又称鞍形壳。倒悬方向的曲面如同受拉的索网，形壳。倒悬方向的曲面如同受拉的索网，向上拱起的曲面如同拱结构，拉压相互向上拱起的曲面如同拱结构，拉压相互作用，提高了壳体的稳定性和刚度，使作用，提高了壳体的稳定性和刚度，使壳面可以做得很薄。壳面可以做得很薄。扭曲面壳扭曲面壳单块扭壳单块扭壳双
15、曲抛物面壳双曲抛物面壳双曲抛物面壳双曲抛物面壳 因壳面下凹的方向犹如因壳面下凹的方向犹如拉索拉索，而上，而上凸的方向又如凸的方向又如薄拱薄拱，当薄拱屈曲，拉索，当薄拱屈曲，拉索就会进一步发挥作用。避免整个屋盖结就会进一步发挥作用。避免整个屋盖结构发生失稳破坏，提高稳定性。构发生失稳破坏，提高稳定性。因此，因此，扭壳可以做的很薄。扭壳可以做的很薄。同时，双曲抛物面同时，双曲抛物面是直纹曲面，板的配筋和模板制作简单，是直纹曲面，板的配筋和模板制作简单，可节省三材，经济指标好。可节省三材，经济指标好。一、扭壳结构组成和型式一、扭壳结构组成和型式 1）组成：）组成：由壳板和边缘构件组成由壳板和边缘构件
16、组成。 常用扭壳型式：见课本图。常用扭壳型式：见课本图。 为改变扭壳边缘的表现力，也可把为改变扭壳边缘的表现力，也可把扭壳边缘做成曲线，其扭壳边缘做成曲线，其边缘构件不仅承边缘构件不仅承受轴向力，还要承担一定弯矩。受轴向力，还要承担一定弯矩。2）几何尺寸几何尺寸 跨度：单块柱网可达跨度：单块柱网可达30 x30米米 矢高：矢高：f(1/51/8)短边长度短边长度 壳板厚：跨度壳板厚：跨度3060米时，板厚米时，板厚50100 mm 3）边缘构件边缘构件：桁架、密柱边梁、刚性墙：桁架、密柱边梁、刚性墙二、受力特点二、受力特点： 一般按一般按无弯矩理论无弯矩理论计算。在竖向均计算。在竖向均布荷载作
17、用下，曲面内不产生法向力，布荷载作用下，曲面内不产生法向力，仅存在平行于直纹方向的仅存在平行于直纹方向的S，且为常数。，且为常数。因而壳体各处配筋一致。因而壳体各处配筋一致。 S产生产生主拉应力主拉应力和和主压应力主压应力，作用，作用在与剪力成在与剪力成45的截面上。的截面上。 主拉应力沿壳面下凹的方向作用，主拉应力沿壳面下凹的方向作用，为为下凹抛物线索下凹抛物线索，主压应力沿壳面上凸，主压应力沿壳面上凸的方向作用，为的方向作用，为上凸抛物线上凸抛物线，因此，因此，扭扭壳可看成由一系列拉索和一系列受压拱壳可看成由一系列拉索和一系列受压拱组成的曲面。组成的曲面。 受拉索把壳向上绷紧，从而减轻拱受
18、拉索把壳向上绷紧，从而减轻拱向负担。同时，受压拱把壳面向上顶住。向负担。同时，受压拱把壳面向上顶住。减轻索向负担，这种双向承受并传递荷减轻索向负担，这种双向承受并传递荷载，是受力的最好方式。载，是受力的最好方式。 扭壳的边缘构件扭壳的边缘构件一般为直杆，它承一般为直杆，它承受壳板传来的受壳板传来的S,一般为轴拉或轴压构件。一般为轴拉或轴压构件。 对于：对于：1)屋盖为单块扭壳屋盖为单块扭壳，并直接并直接支承在支承在A、B两基础上两基础上，S将通过边缘构将通过边缘构件以合力件以合力R的方式传给基础。这是的方式传给基础。这是R的水的水平分力对基础有推移作用，当地基抗侧平分力对基础有推移作用，当地基
19、抗侧力不足时，应在两基础之间设拉杆，以力不足时，应在两基础之间设拉杆，以保证壳体不变形。保证壳体不变形。 2)单块扭壳的屋盖单块扭壳的屋盖支承在边缘构支承在边缘构件上时件上时，边缘构件承受壳边传来的，边缘构件承受壳边传来的S作作用，将在拱的方向的支座处产生对角线用，将在拱的方向的支座处产生对角线方向的推力，此力可设置在对角线方向方向的推力，此力可设置在对角线方向的水平拉杆承担，也可由设置在该支座的水平拉杆承担，也可由设置在该支座的锚于地下的斜拉杆承担。的锚于地下的斜拉杆承担。 3)当屋盖为四块扭壳组合的四坡顶当屋盖为四块扭壳组合的四坡顶时时，扭壳的边缘构件一般采用三角形桁，扭壳的边缘构件一般采用三角形桁架。架。三、工程实例：三、工程实例：1、大连海运港转运仓库、大连海运港转运仓库2、墨西哥的霍奇米尔餐厅、墨西哥的霍奇米尔餐厅 不同功能和体量的建筑不同功能和体量的建筑采用不同的结构形式来表现采用不同的结构形式来表现建筑的形式美。建筑的形式美。
