1.结构形式与特点

圆顶结构是极古老而近代仍然大量应用的一种结构形式。圆顶属于旋转曲面壳。由于它具有很好的空间工作性能，因此很薄的圆顶可以覆盖很大的跨度。目前钢筋混凝土圆顶的直径已超过200m。圆顶结构可以用在大型公共建筑，如天文馆、展览馆的屋盖及圆水池的顶盖中。

按壳面的构造不同，圆顶结构可以分为平滑圆顶、肋形圆顶和多面圆顶三种，如图7-27所示。

图7-27 圆顶结构

a）平滑圆顶 b）肋形圆顶 c）多面圆顶

在实际工程中平滑圆顶应用较多。当建筑平面不完全是圆形以及由于采光要求需要将圆顶表面分成单独的区格时，可采用肋形圆顶。

肋形圆顶是由径向及环向肋系与壳板组成，肋与壳板整体连接。当圆顶直径不大时通常仅设径向肋。为了施工方便最好采用预制装配式结构。

多面圆顶结构是由数个拱形薄壳相交而成，如图7-27c所示。多面圆顶与圆形圆顶相比，其优点主要是支座距离可以较大。多面圆顶比肋形圆顶经济，自重较轻。

圆顶结构除壳面外，还有一个重要的组成部分——支座环。它对圆顶起箍的作用，同时圆顶通过它搁置在支承构件上。

圆顶可以通过支座环直接支承在房屋的竖向承重构件上，如砖墙、钢筋混凝土柱等；也可以支承在斜拱或斜柱上。斜拱和斜柱可以按正多边形布置，并形成相应的建筑平面。在建筑的立面处理上，通常把斜拱和斜柱显露出来，圆顶与斜拱形式协调，风格统一，这种处理是得当的，如图7-28所示。

图7-28 圆顶结构支承在斜拱上(www.daowen.com)

a）六角形平面 b）方形平面

2.圆顶薄壳的内力状态

一般情况下壳面的径向和环向弯矩较小，可以忽略，壳面内力可按无弯矩理论计算。在轴向（旋转轴）对称荷载作用下，圆顶径向受压，环向上部受压，下部可能受压也可能受拉，这是圆顶壳面中的主要内力，如图7-29所示。由此可以看出，圆顶结构可以充分利用材料的强度。

图7-29 圆顶结构的受力分析

a）圆顶受力破坏示意 b）法向应力状态 c）环向应力状态 d）壳面单元体的主要内力

支座环对圆顶壳面起箍的作用，所以支座环承受壳面边缘传来的推力，其截面内力主要为拉力，见图7-30a。由于支座环对壳面边缘变形的约束作用，壳面的边缘附近产生径向的局部弯矩，见图7-30b。为此，壳面在支座环附近可以适当增厚，并且配置双层钢筋，以承受局部弯矩。对于大跨度圆顶结构，支座环宜采用预应力钢筋混凝土。

图7-30 圆顶结构支座环的拉力及壳面边缘局部弯矩

a）支座环的拉力作用 b）壳面边缘径向弯矩及构造

我国解放后建成的第一座天文馆——北京天文馆，顶盖为半球形圆顶结构，直径25m，厚度6cm，混凝土采用喷射法施工，每平方米结构自重约200kg。