薄壳结构调研剖析.docx

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薄壳结构调研剖析

薄壳结构

班级学号：

1101404-25

姓名：

刘益宁

指导老师：

彭懿

日期：

2013.11.20

调研建筑：

星海音乐厅·悉尼歌剧院·国家大剧院

1薄壳结构的定义：

壳，是一种曲面构建，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。

2薄壳结构的特点：

壳体结构一般是由上下两个几何曲面构成的空间薄壁结构。

两个曲面之问的距离即为壳体的厚度（δ），当δ比壳体其他尺寸（如曲率半径R，跨度等）小得多时，一般要求δ/R≤1/20（鸡蛋壳的δ/R≈1/50）称为薄壳结构。

现代建筑工程中所采用的壳体一般为薄壳结构。

而薄壳结构为双向受力的空间结构，在竖向均布荷载作用下，壳体主要承受曲面内的轴向力（双向法向力）和顺剪力作用，曲面轴力和顺剪力都作用在曲面内，又称为薄膜内力。

而只有在非对称荷载（风，雪等）作用下，壳体才承受较小的弯矩和扭矩。

由于壳体内主要承受以压力为主的薄膜内力，且薄膜内力沿壳体厚度方向均匀分布，所以材料强度能得到充分利用；而且壳体为凸面，处于空间受力状态，各向刚度都较大，因而用薄壳结构能实现以最少之材料构成最坚之结构的理想。

由于壳体强度高、刚度大、用料省、自重轻，覆盖大面积，无需中柱，而且其造型多变，曲线优美，表现力强，因而深受建筑师们的青睐，故多用于大跨度的建筑物，如展览厅、食堂、剧院、天文馆、厂房、飞机库等。

不过，薄壳结构也有其自身的不足之处，由于体形多为曲线，复杂多变，采用现浇结构时，模板制作难度大，会费模费工，施工难度较大；一般壳体既作承重结构又作屋面，由于壳壁太薄，隔热保温效果不好；并且某些壳体（如球壳、扁壳易产生回声现象，对音响效果要求高的大会堂、体育馆、影剧院等建筑不适宜。

双曲抛物面案例

星海音乐厅

星海音乐厅位于广州二沙岛，造型奇特的外观，富于现代感，犹如江边欲飞的一只天鹅，与蓝天碧水浑然一体，形成一道瑰丽的风景线。

这座以人民音乐家冼星海的名字命名的音乐厅，占地1.4万平方米，建筑面积1.8万平方米，设有1500个座位的交响乐演奏大厅、46个座位的室内乐演奏厅、100个座位的视听欣赏室和4800平方米的音乐文化广场。

整体建筑为双曲抛物面钢筋混凝土壳体，室内不吊天花板，做到建筑空间与声学空间融为一体。

星海音乐厅总投资达2.5亿元，是我国目前规模最大、设备最先进、功能完备、具有国际水平的音乐厅。

星海音乐厅东为广东美术馆，北为广东华侨博物馆，三者形成富有特色的文化景观。

音乐厅主

体东侧是文化广场，由冼星海青铜雕像、音乐喷泉、水上音乐舞台等组成，是举行群众性广场音乐会和市民休息漫步的好去处。

北广场的中心是一个刻有青龙、白虎等图案的梯形平台，寓意汉文化的形成。

南广场地面上砌成巨大弧形图案，像风帆，也像收紧的渔网，在灯光的闪烁间，给人一种“渔歌唱晚”的意境。

星海音乐厅临珠江而建，充满现代感的双曲抛物面几何体结构雄伟壮观，是一座令人赞赏的艺术殿宇。

自北向南斜望，音乐厅像一只展翅欲飞的天鹅，从西往东看，南面的抛面与二楼平台构成一架撑起盖面的大钢琴，与珠江的碧水合奏着永不休止的和弦；晴日里，从两条抛物面的弧形脊看旭日喷薄而出和夕阳西坠，又似五线谱上圆圆的音符。

星海音乐厅是典型的薄壳结构，这样的结构承重轻，更有利于建筑的空间设计。

悉尼歌剧院：

悉尼歌剧院位于澳大利亚悉尼，是20世纪具特色的建筑之一，也是世界著名的表演艺术中心，已成为悉尼市的标志性建筑，该歌剧院1973年正式落成，该剧院设计者为丹麦设计师约恩·乌松。

悉尼歌剧院坐落在悉尼港便利朗角，其特有的帆造型，加上悉尼港湾大桥，与周围景物相映成趣。

悉尼歌剧院不仅是悉尼艺术文化的殿堂，更是悉尼的魂魄，清晨、黄昏或星空，不论徒步缓行或出海遨游，悉尼歌剧院随时为游客展现不同多样的迷人风采。

从远处看，悉尼歌剧院就好像一艘正要起航的帆船，带着所有人的音乐梦想，驶向蔚蓝的海洋。

从近处看，它就像一个陈放着贝壳的大展台，贝壳也争先恐后地向着太阳立正看起。

悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片，耸立在一南北长186米、东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。

第一组壳片在地段西侧,四对壳片成串排列,三对朝北,一对朝南,内部是大音乐厅。

第二组在地段东侧，与第一组大致平行,形式相同而规模略小，内部是歌剧厅。

第三组在

它们的西南方，规模最小，由两对壳片组成,里面是餐厅。

其他房间都巧妙地布置在基座内。

整个建筑群的入口在南端,有宽97米的大台阶。

车辆入口和停车场设在大台阶下面。

悉尼歌剧院主体部分采用的是钢筋混凝土结构，但屋顶部分还是采用的薄壳结构。

悉尼歌剧院在外观整体上看，有由十对壳体组成的3组白色壳状屋顶，两个剧院占用两组大的壳体，另外一组小壳体为餐厅，其中歌剧厅、音乐厅与休息厅并排而立，各由四块巨大的壳状屋顶覆盖，这些壳状屋顶依次排列，前三个一个盖着一个，面向海湾依抱，最后一个则背向海湾侍立。

悉尼歌剧院采用薄壳结构，形成了独特的建筑外形—一组泊港的白帆，成为远近驰名的建筑。

Ø国家大剧院

中国国家大剧院高46.68米。

由法国建筑师保罗·安德鲁主持设计，设计方为法国巴黎机场公司。

是亚洲最大的剧院综合体。

国家大剧院外部为钢结构壳体呈半椭球形，平面投影东西方向长轴长度为212.20米，南北方向短轴长度为143.64米，建筑物高度为46.285米，比人民大会堂略低3.32米，基础最深部分达到-32.5米，有10层楼那么高。

国家大剧院壳体由18000多块钛金属板拼接而成，面积超过30000平方米，18000多块钛金属板中，只有4块形状完全一样。

钛金属板经过特殊氧化处理，其表面金属光泽极具质感，且15年不变颜色。

中部为渐开式玻璃幕墙，由1200多块超白玻璃巧妙拼接而成。

椭球壳体外环绕人工湖，湖面面积达3.55万平方米，各种通道和入口都设在水面下。

行人需从一条80米长的水下通道进入演出大厅。

国家大剧院造型新颖、前卫，构思独特，是传统与现代、浪漫与现实的结合。

这座“城市中的剧院、剧院中的城市”以一颗献给新世纪的超越想象的“湖中明珠”悄然亮相。

　　国家大剧院中心建筑为半椭球形钢结构壳体，东西长轴212.2米，南北短轴143.64米，高46.68米，地下最深32.50米，周长达600余米。

　　整个壳体风格简约大气，其表面由18000多块钛金属板和1200余块超白透明玻璃共同组成，两种材质经巧妙拼接呈现出唯美的曲线，营造出舞台帷幕徐徐拉开的视觉效果。

每当夜幕降临，透过渐开的“帷幕”，金碧辉煌的歌剧院尽收眼底。

壳体表面上星星点点、错落有致的“蘑菇灯”，如同扑朔迷离的点点繁星，与远处的夜空遥相呼应，使大剧院充满了含蓄而别致的韵味与美感。

壳体上均匀布置了92个电动启动的排烟窗，既解决了消防排烟又能自然通风。

玻璃幕墙通过铝合金梁与主钢架牛腿连接，它的转连接是螺栓连接。

连接件本身是装饰件.建筑师利用金属网的通透性使简单厚重的建筑结构在视觉上形成多维空间。

轻盈简洁又不失空间的纵深感。

站在壳体的公共空间内，人们可以看到弧形的金属网从高处垂下，人们也可以通过金属网看到歌剧院环廊内人们的活动场景。

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