薄殼結構是建筑學上的術語,指的是使用輕型結構殼單元的建筑,通常應用于大型建筑物的屋頂。這種結構能夠充分利用材料強度,同時將承重與圍護兩種功能融合為一體。薄殼結構的材料主要采用鋼筋和混凝土,能夠將受到的壓力均勻地分散到結構的各個部分。
結構介紹
薄殼結構(bó ké jié ɡòu),建筑學上的術語,是指與厚度相比,其它長寬尺寸相對很大的結構。在無應力狀態下,薄殼結構具有曲率,而板結構則是平的。薄殼結構的動作主要是由平面內的力引起的,但也可能是由彎曲變形產生的次級力。理想的薄殼結構應能夠發揮拉伸和壓縮的作用。殼體能夠有效利用材料強度,薄殼結構的優點是可以把受到的壓力均勻地分散到物體的各個部分,減少受到的壓力,并將承重與圍護兩種功能結合起來。在實際工程中,通過對空間曲面的切削與組合,可以形成造型奇特新穎且能適應各種平面的建筑,但這通常較為費工和費模板。
設計起因
薄殼結構的設計靈感來源于雞蛋殼的結構特點,即薄薄的雞蛋殼通過曲面結構能夠均勻地分散壓力,承受較大的外力而不易破碎。一個人握住一個雞蛋使勁地捏,無論怎樣用力也不能把雞蛋捏碎。建筑師借鑒這一原理,設計出了既輕便又省料的建筑物,例如該結構被應用于人民大會堂、北京火車站等建筑的屋頂工程,成為輕量化建筑解決方案的典型實踐案例。
分類
薄殼結構的類型包括:
1. 柱面薄殼:單向有曲率的薄殼,由殼身、側邊緣構件和橫隔組成。
2. 圓頂薄殼:正高斯曲率的旋轉曲面殼,由殼面與支座環組成。殼面厚度做得很薄,一般為曲率半徑的1/600,跨度可以很大。支座環對圓頂殼起箍[gū]的作用,并通過它將整個薄殼擱置在支承構件上。
3. 雙曲扁殼(微彎平板):一拋物線沿另一正交的拋物線平移形成的曲面。其頂點處矢高與底面短邊邊長之比不應超過1/5。雙曲扁殼由殼身及周邊四個橫隔組成,橫隔為帶拉桿的拱或變高度的梁。適用于覆蓋跨度為20~50米的方形或矩形平面(其長短邊之比不宜超過2)的建筑物。
4. 雙曲拋物面殼:一豎向拋物線母線沿另一凸向與之相反的拋物線導線平行移動所形成的曲面。此種曲面與水平面截交的曲線為雙曲線,故稱為雙曲拋物面殼。工程中常見的各種扭殼也為其中一種類型,因薄殼結構容易制作,穩定性好,容易適應建筑功能和造型需要,所以應用較為廣泛。
此外,薄殼結構還可以根據材料和形式進一步分類為:
- 混凝土結構:通常鑄造成單片圓頂或強調帶狀橋或鞍屋頂。
- 網殼結構(gridshell):形式多樣,可以是穹頂或雙曲面結構。
- 膜結構:包括織物結構以及其他張力結構,如索穹頂和充氣結構。
參考資料 >
薄殼結構.中國大百科全書.2025-08-24