薄壳结构仿生建筑ppt课件.ppt

薄壳结构各种各样的贝壳自然界某些动植物的种子外壳、蛋壳、贝壳，可以说是天然的薄壳结构，它们的外形符合力学原理，以最少的材料获得坚硬的外壳，以抵御外界的侵袭。以蛋壳为例，由于工程中结构自重是以均布荷载的形式存在，在蛋壳上施加均布力，一般认为在蛋壳中部为最脆弱的部位，但实际情况结构产生应力均匀，而在两端较大。通常情况，如果一枚鸡蛋的横径在4厘米左右，那么蛋壳厚度就只有0.38毫米，二者的比值接近1：105。这么薄的蛋壳，简直不堪一击。然而，蛋壳的形状可以影响它的受力，凸出向外的曲面能把力均匀散开。特别是当它均匀受力时，抗压性就更大了，远不是看上去的那么脆弱。可见薄壳结构运用到大跨度建筑中，能够达到满应力设计准则的要求。人们从这些天然壳体中受到启发，利用混凝土以及其他合金材料的可塑性，创造出各种形式的薄壳结构。建筑工程中的壳体结构多属薄壳结构。薄壳就是利用了龟壳结构原理，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。龟壳的背甲呈拱形，跨度大，包括许多力学原理。虽然它只有2mm的厚度，但使用铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点：用料少，跨度大，坚固耐用。薄壳建筑—悉尼歌剧院
薄壳结构的优点较多，因为它很薄，相比较而言，同样跨度的其他结构的重量要比它重得多，也就可以节约很多材料。薄壳是曲面壳体，比同样厚度的平面板刚度要大很多，而且能把自身所受的压力，均匀地扩散到整个曲面上，因而荷载也很大。这就如同很薄的蛋壳，可以承受相对体重很大的母禽，而在孵化过程中不被压破。同时，薄壳是整体连续的屋盖结构，比用小块材料砌成的拱券结构整体性要强的多，防震性也大得多。