组合型双曲扭壳箱形基础

　　1扭壳结构

　　1.1扭壳力学模型

　　当一直线沿另一在空间不平行且不相交的直线移动则造成一空间曲面,如图1所示。ABC及EFG为在空间不相交的两直线,hn为平行XOZ面的直线簇、当玩在ABC及EFG线上平行X(〕Z面移动时即构成一曲面。hn线簇称为准线,XOZ面称为准面。也可以看作这一曲面是由io线(准线)沿YOZ面(准面)平行移动构成。这一曲面在平行X轴或Y轴的曲率为零,但从下面证明可见,当将Y轴旋转角,作直角坐标系,则其沿这一坐标系的两个方向曲率将一个为正,另一为负,其高斯曲度为负;沿该坐标系的两个法截面将切得一问上弯的抛物线及另一向下弯的抛物线,所以这样构成的壳体为负高斯曲率壳体或双曲抛物面扁扭壳。这一壳体的曲面构成也可以这样看,即将一矩形平板OBAH平面的一个角点向上提(或向下压)至点A,使整个平面扭曲构成,所以这种壳体有时又简称为扭壳。

　　扭壳的形式多种多样,如图2所示。经研究,在如图所示的四个扭壳中,如跨度相同,矢高f0的改变对壳体内力变化很敏感,如图2(a)、(c)所示的壳,都是中央凸高,四角翘起的形式,但内力变化却有很大区别,其中图l(a)的壳内力较小,图l(c)的内力最大。内力变化规律可为建筑选型提供力学方面的理论依据。

　　就同一跨度同一矢高的不同组合扭壳来说,平均挠度最小的是图2的壳体,薄膜内力最小的是图2(d)的壳体,图2伪)、(d)的壳体在X轴与Y轴两方向的薄膜内力皆为压力,故这两种壳体最宜用钢筋混凝土制造,其余各图的壳体在一个方向全部受压而另一个方向则出现压力与拉力,此类壳体也可用钢筋混凝土制造,只要在结构上满足抗拉要求即可,当然最好用水泥钢丝制造,它既可满足力学上的要求,更便于满足建筑美学的需要。

　　扭壳的两簇正交母线均为直线,其曲面是由直线移动构成的,所以扭壳施工时,模板制作和钢筋配置都比较简便。单块扭壳可以组合成多种类型的组合型扭壳,造型美观,能较灵活地满足建筑功能的需要;另外,这类壳全有良好的力学性能:空间刚度大;内力分布非常合理,以均匀分布的剪力为主,弯矩是小量,因而抗挠曲刚度很强。内力分布均匀也导致力的传递线路明确,结构边缘支承构件也易于设计。在相同刚度和强度要求下,节省钢筋和水泥用量,经济技术指标好。

　　2.组合扭壳用于箱基底板设计的可能性探讨

　　对于箱基的底板的设计主要是通过把整体弯曲与局部弯曲进行叠加后，计算其配筋量的。而在实际的工程设计中，则一味地通过加大板的厚度和用筋量来加强箱基的安全可靠度，以致理论计算的结果比实测的结果高出好几倍，浪费了材料，提高了工程的整体造价。而针对此情况，我们的设想是通过改变底板的结构类型来改善其受力性能，减少其用筋量。尽管箱基的设计方法不统一，结论不一致，就其箱基的结构特点来说，改变其底板为曲板。与平面结构中的梁和拱一样，如果说在空间结构中的薄板结构裂似于主要承受弯曲的梁，则薄壳结构可着成是拱的近似形式。基于以上思想，把底饭的薄板结构用以矩形为底面的、各方面性能都比权矛的组合双曲扭壳结构代替。如同拱的合理拱轴一札，我们也希望通过计算打出双曲扭壳的主要取决于矢高fo的大小、的合理中面，使底板所受内力主要黄压力和剪力，弯矩很小。这样便可通过力学性能的改变，节省用筋量来降低整体造价。