建筑结构辅导讲义：单层厂房的结构体系12

(二)壳

    人类远在数千年前早巳造出了各式各样的口用壳体，如锅、碗、坛、罐……以后工业逐渐发达，造出了灯泡、钢盔、木舟、机壳等不胜枚举。壳体用于建筑结构虽为时较早，但工程界开始研究、分析、试验已是19世纪，到20世纪初叶壳体结构的发展一直缓慢，主要原因是计算极繁，在第二次世界大战期间及战后壳体结构发展才迅速起来。壳体结构的主要优点是覆盖面积大，无需中柱，室内空间开阔宽敞、能满足各种功能要求，故其应用极广，如会堂、市场、食堂、剧场、体育馆、飞机库等等，1959年建成的北京站采用的就是双曲扁壳。壳体结构虽逐渐增多，但其应用仍受到一定限制，由于其缺点是缺乏木材与模板，制作复杂。

    横向受荷传力的梁起“担”的作用，不能材尽其用，并非经济的结构形式；以曲梁承荷传力的拱起“顶”的作用，能进一步发挥材力，是较先进的结构形式；壳体与此相仿，以曲板承荷传力，而且更进一步，它不像拱是单向受荷传力的平面结构，而是双向受荷传力的空间结构，起双向“顶”的作用，这是空间壳与平面拱的根本区别。

壳的造型有：筒壳、球壳、双曲扁壳、鞍壳、扭壳等，现分述如下：

    1．筒壳

    外形简单的单曲面壳体。其纵向为自线，有其横向刚度小的缺点，但却因其能使则直模板，省工省材，这是其最大优点。也是筒壳在历史上最早出现并在近代仍大量建造的根本原因。筒壳可分为三种：l₁／B≤1/2为短筒壳；l₁／B≤3为长筒壳；l₁／B为中间比值为中筒壳。

    2．球壳

    自然界中存在着大量的球状物体，反映在建筑―亡的穹窿圆顶，是古老的建筑形式之一，多用于中心型平面的正中央，这种形式近代仍经常采用，虽外形类同，其受力特性却已改变，球壳的内力都作用在曲面内，为薄膜内力，能用薄膜理论计算。球壳多用于天文馆、会堂、音乐厅、剧院、展览馆等中心型建筑物。

 3．双曲扁壳

    筒壳和球壳的结构空间是非常大的，对无需大的使用空间建筑，都欲压缩其使用空间，以降低造价；同时从材尽其用的观点出发，尽可能使壳内应力小些(最好无拉力)，促使减小矢高，双曲有利于提高壳体各向的强度和刚度，正如桔皮虽软，却不易将其里外翻面。双曲扁壳是双向微弯的平板，凡矢高f≤l／5的壳体统称扁壳，扁壳有平面扁壳和双曲扁壳，双面扁壳除扁球壳外，尚有平移双曲扁壳，即椭圆抛物面扁壳、不规则双曲扁壳。

    双曲扁壳的优点是：

    (1)矢高小，结构空间小，节省造价；

    (2)能达到无拉力状态，能合理用材；

    (3)保持双曲，这是壳体发展的趋向；

    (4)施工方便，便于混凝土浇灌振捣；

    (5)平面适应性有所改善；    ’

    (6)造型优美，外形美观，内部明朗。

    其主要缺点是模板有待进一步改进，用直料支模却要构成双曲面壳体，这是个难题。

    4．鞍壳

    当平移曲面的母线与导线成反面的两抛物线时，将构成马鞍形双面壳面，称为鞍壳。它与水平相交成双曲线，故又称其为双曲抛物面壳。

    5．扭壳

    当f≤l_x/5，属扭壳，扭壳适用于各种平面的建筑，其适用跨度30~70m，厚度仅为    20~80mm。

    目前壳体施工主要有下列几种方法：

    (1)现浇混凝土壳体；

    (2)预制壳块，高空装配成整体壳体；

    (3)地面现浇或装配成壳体后整体提升；

    (4)采用柔模喷涂成壳。

    壳体结构因其力学性能优越正确，经济合理，利于抗震，近于自然，曲线优美，形态多变，深受建筑师们的赞赏，在工程上有广阔的发展前景。

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