薄壳结构受力特点及天津博物馆案例分析
班级：土木N073 学号：2007456791432 姓名：周峰近几年来，建筑师又在蛋壳的启示下，设计了小到自行车棚大到现代化的大型薄壳结构的建筑物。

这种建筑物既坚固又节省材料。

我国北京火车站大厅房顶就是采用这种薄壳结构，屋顶那么薄，跨度那么大，整个大厅显得格外宽敞明亮，舒适美观。

举世闻名的悉尼歌剧院也是一座典型而新颖的薄壳建筑。

薄壳结构壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。

薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。

壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。

实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑，但较为费工和费模板。

1．筒壳（柱面薄壳）：是单向有曲率的薄壳，由壳身、侧边缘构件和横隔组成。

横隔间的距离为壳体的跨度l↓1，侧边构件间距离为壳体的波长l↓2。

当l↓1／l↓2≥1时为长壳，l↓1／l↓22＜1为短壳。

2．圆顶薄壳：是正高斯曲率的旋转曲面壳，由壳面与支座环组成，壳面厚度做得很薄，一般为曲率半径的1／600，跨度可以很大。

支座环对圆顶壳起箍的作用，并通过它将整个薄壳搁置在支承构件上。

3．双曲扁壳（微弯平板）：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f 与底面短边边长之比不应超过1／5。

双曲扁壳由壳身及周边四个横隔组成，横隔为带拉杆的拱或变高度的梁。

适用于覆盖跨度为20～50米的方形或矩形平面（其长短边之比不宜超过2）的建筑物。

4．双曲抛物面壳：一竖向抛物线（母线）沿另一
凸向与之相反的抛物线（导线）平行移动所形成的曲面。

此种曲面与水平面截交的曲线为双曲线，故称为双曲抛物面壳。

工程中常见的各种扭壳也为其中一种类型，因薄壳结构容易制作，稳定性好，容易适应建筑功能和造型需要，所以应用较为广泛。

蛋壳就是利用了薄壳结构原理，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2 mm 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。

壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。

壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。

因此壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省的即经济又合理的结构形式。

在天津市中心区友谊路银河公园旁，一座酷似“白天鹅”的建筑，昂首挺立，展翅欲飞。

这就是我国北方唯一的仿生薄壳式建筑——天津博物馆。

天津博物馆坐落于天津市河西区友谊路与平江道交口的银河广场，占地面积5万平方米，总建筑面积3.5万平方米，总投资32711万元，拥有1.1万平方米的现代化展厅和功能齐全的文化休闲设施。

其建筑外形为自湖面展翅飞翔的天鹅，线条流畅简洁，极富时代感与艺术性，颇具特色。

网壳的直径为２００米，高３２米，整个博物馆可容纳１２，０００人，今春即将开放。

天津博物馆是一座集文物收藏、保护、研究、教育及休闲、旅游于一体，囊括天津历史、馆藏文物及民间艺术品陈列等众多内容的综合性博物馆。

其设计建造不仅外观造型独特美观，更在于其建筑结构上的创新及先进的功能、合理的布局等。

天津博物馆是由著名的日本川口卫构造设计事务所设计的。

天津博物馆代表21世纪中华民族的腾飞，于是联想到展翅飞翔的天鹅，因此，天津博物馆的建设预示着中国，特别是天津在新世纪的腾飞和快速发展。

从建筑造价上则充
分考虑了结构的合理性和可实施性，以表现天鹅腾飞的翼部大跨度网壳体结构，实现了用最少的材料建造最大的使用空间的思想。

这种大跨度网壳体结构已经非常成熟，能够很轻松地高精度完成整个结构的设计和施工，具有极强的可实施性。

天津博物馆运用现代浪漫主义的思维观点，引用仿生原理，以极具震撼力的创作手法，
成就了一座昂首挺立、展翅腾飞的“白天鹅”造型建筑，赋予城市景观以生命活力，从而使天津博物馆的外观与周围环境优美和谐的融为一体，成为天津重要的文化标志性建筑
俯瞰下的天津博物馆
馆内的结构
外观的曲线美
该博物馆结构设计的基础，源于天鹅骨架结构，借助其结构的合理性和可实施性，通过以表现天鹅展翅高飞的翼部大跨度网壳体结构，实现了用最少的材料，建造最大的使用空间的思想。

据介绍，天津博物馆投资３亿元人民币，历经两年时间，建筑设计师以现代浪漫主义的思维观点，引用仿生原理，以极具震撼力的创作手法，赋予建筑外形和城市景观以生命活力，从而使天津博物馆的外观与周围环境优美和谐地融为一体，并成为天津重要的标志性建筑。

１２项专利技术凸显建筑创新
——可“呼吸”的大跨度空间结构
博物馆工程的屋盖结构是国内平面尺寸最大的空间网壳结构之一，首次采用了多点二力杆加周边斜撑的支承体系，支座采用了单向铰、双向铰等独特的节点构造，当温度变化产生
温度应力作用时，结构可以自由伸缩，形成了可“呼吸”的大跨度空间结构。

——清水混凝土施工工艺
博物馆采用了施工难度大、标准高、效果突出的清水混凝土施工质量标准，即在施工过程中，采用特殊的施工工艺，使浇筑的混凝土构件一次成型，而且表面的平整度垂直度更高。

竖向结构模板由钢大模替代木模，减少了因木模加工带来的巨大噪音，同时因为取消找平层，减少了砂浆使用量，既减少了因砂浆加工带来的噪音，同时，还大大降低了建筑成本，减少了装修程序。

——镀瓷铝板屋面
屋面板采用镀瓷铝板，具有无污染、耐久性好、不变色、耐老化、抗紫外线、抗冲击性能好、易于清洗、不易损坏等多种优点。

镀瓷铝板是世界上最新技术产品，在大规模的屋面工程中采用镀瓷铝板，为世界首例。

——弦支穹顶网壳结构
首次在国内采用单层网壳结构，该结构为高效的空间结构，而张拉整体体系本身是世界建筑业最新的结构形式，两者结合后组成了高效的弦支穹顶网壳结构。

博物馆穹顶共有节点３１１２个，使用杆件１２，６３９根。