薄壳结构是建筑学上的术语。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。薄壳结构的优点是可以把受到的压力均匀地分散到物体的各个部分,减少受到的压力。许多建筑物屋顶都运用了薄壳结构的原理。
一个人握住一个鸡蛋使劲地捏,无论怎样用力也不能把鸡蛋捏碎。薄薄的鸡
蛋壳之所以能承受这么大的压力,是因为它能够把受到的压力均匀地分散到蛋壳的各个部分。建筑师根据这种“薄壳结构”特点,设计出了许多既轻便又省料的建筑物。人民大会堂、
北京火车站以及其他很多著名建筑,屋顶都采用了这种“薄壳结构”。
1.
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。