建筑結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)講義:單層廠房的結(jié)構(gòu)體系12

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(二)殼
     人類遠(yuǎn)在數(shù)千年前早巳造出了各式各樣的口用殼體,如鍋、碗、壇、罐……以后工業(yè)逐漸發(fā)達(dá),造出了燈泡、鋼盔、木舟、機(jī)殼等不勝枚舉。殼體用于建筑結(jié)構(gòu)雖為時較早,但工程界開始研究、分析、試驗已是19世紀(jì),到20世紀(jì)初葉殼體結(jié)構(gòu)的發(fā)展一直緩慢,主要原因是計算極繁,在第二次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后殼體結(jié)構(gòu)發(fā)展才迅速起來。殼體結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是覆蓋面積大,無需中柱,室內(nèi)空間開闊寬敞、能滿足各種功能要求,故其應(yīng)用極廣,如會堂、市場、食堂、劇場、體育館、飛機(jī)庫等等,1959年建成的北京站采用的就是雙曲扁殼。殼體結(jié)構(gòu)雖逐漸增多,但其應(yīng)用仍受到一定限制,由于其缺點是缺乏木材與模板,制作復(fù)雜。
     橫向受荷傳力的梁起“擔(dān)”的作用,不能材盡其用,并非經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式;以曲梁承荷傳力的拱起“頂”的作用,能進(jìn)一步發(fā)揮材力,是較先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式;殼體與此相仿,以曲板承荷傳力,而且更進(jìn)一步,它不像拱是單向受荷傳力的平面結(jié)構(gòu),而是雙向受荷傳力的空間結(jié)構(gòu),起雙向“頂”的作用,這是空間殼與平面拱的根本區(qū)別。
    殼的造型有:筒殼、球殼、雙曲扁殼、鞍殼、扭殼等,現(xiàn)分述如下:
     1.筒殼
     外形簡單的單曲面殼體。其縱向為自線,有其橫向剛度小的缺點,但卻因其能使則直模板,省工省材,這是其優(yōu)點。也是筒殼在歷最早出現(xiàn)并在近代仍大量建造的根本原因。筒殼可分為三種:l1/B≤1/2為短筒殼;l1/B≤3為長筒殼;l1/B為中間比值為中筒殼。
     2.球殼
     自然界中存在著大量的球狀物體,反映在建筑—亡的穹窿圓頂,是古老的建筑形式之一,多用于中心型平面的正中央,這種形式近代仍經(jīng)常采用,雖外形類同,其受力特性卻已改變,球殼的內(nèi)力都作用在曲面內(nèi),為薄膜內(nèi)力,能用薄膜理論計算。球殼多用于天文館、會堂、音樂廳、劇院、展覽館等中心型建筑物。
     3.雙曲扁殼
     筒殼和球殼的結(jié)構(gòu)空間是非常大的,對無需大的使用空間建筑,都欲壓縮其使用空間,以降低造價;同時從材盡其用的觀點出發(fā),盡可能使殼內(nèi)應(yīng)力小些(無拉力),促使減小矢高,雙曲有利于提高殼體各向的強(qiáng)度和剛度,正如桔皮雖軟,卻不易將其里外翻面。雙曲扁殼是雙向微彎的平板,凡矢高f≤l/5的殼體統(tǒng)稱扁殼,扁殼有平面扁殼和雙曲扁殼,雙面扁殼除扁球殼外,尚有平移雙曲扁殼,即橢圓拋物面扁殼、不規(guī)則雙曲扁殼。
     雙曲扁殼的優(yōu)點是:
     (1)矢高小,結(jié)構(gòu)空間小,節(jié)省造價;
     (2)能達(dá)到無拉力狀態(tài),能合理用材;
     (3)保持雙曲,這是殼體發(fā)展的趨向;
     (4)施工方便,便于混凝土澆灌振搗;
     (5)平面適應(yīng)性有所改善; ’
     (6)造型優(yōu)美,外形美觀,內(nèi)部明朗。
     其主要缺點是模板有待進(jìn)一步改進(jìn),用直料支模卻要構(gòu)成雙曲面殼體,這是個難題。
     4.鞍殼
     當(dāng)平移曲面的母線與導(dǎo)線成反面的兩拋物線時,將構(gòu)成馬鞍形雙面殼面,稱為鞍殼。它與水平相交成雙曲線,故又稱其為雙曲拋物面殼。
     5.扭殼
     當(dāng)f≤lx/5,屬扭殼,扭殼適用于各種平面的建筑,其適用跨度30~70m,厚度僅為 20~80mm。
     目前殼體施工主要有下列幾種方法:
     (1)現(xiàn)澆混凝土殼體;
     (2)預(yù)制殼塊,高空裝配成整體殼體;
     (3)地面現(xiàn)澆或裝配成殼體后整體提升;
     (4)采用柔模噴涂成殼。
     殼體結(jié)構(gòu)因其力學(xué)性能優(yōu)越正確,經(jīng)濟(jì)合理,利于抗震,近于自然,曲線優(yōu)美,形態(tài)多變,深受建筑師們的贊賞,在工程上有廣闊的發(fā)展前景。