建筑結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)講義：單層廠房的結(jié)構(gòu)體系12

(二)殼

    人類遠(yuǎn)在數(shù)千年前早巳造出了各式各樣的口用殼體，如鍋、碗、壇、罐……以后工業(yè)逐漸發(fā)達(dá)，造出了燈泡、鋼盔、木舟、機(jī)殼等不勝枚舉。殼體用于建筑結(jié)構(gòu)雖為時(shí)較早，但工程界開始研究、分析、試驗(yàn)已是19世紀(jì)，到20世紀(jì)初葉殼體結(jié)構(gòu)的發(fā)展一直緩慢，主要原因是計(jì)算極繁，在第二次世界大戰(zhàn)期間及戰(zhàn)后殼體結(jié)構(gòu)發(fā)展才迅速起來。殼體結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是覆蓋面積大，無需中柱，室內(nèi)空間開闊寬敞、能滿足各種功能要求，故其應(yīng)用極廣，如會(huì)堂、市場、食堂、劇場、體育館、飛機(jī)庫等等，1959年建成的北京站采用的就是雙曲扁殼。殼體結(jié)構(gòu)雖逐漸增多，但其應(yīng)用仍受到一定限制，由于其缺點(diǎn)是缺乏木材與模板，制作復(fù)雜。

    橫向受荷傳力的梁起“擔(dān)”的作用，不能材盡其用，并非經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式；以曲梁承荷傳力的拱起“頂”的作用，能進(jìn)一步發(fā)揮材力，是較先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式；殼體與此相仿，以曲板承荷傳力，而且更進(jìn)一步，它不像拱是單向受荷傳力的平面結(jié)構(gòu)，而是雙向受荷傳力的空間結(jié)構(gòu)，起雙向“頂”的作用，這是空間殼與平面拱的根本區(qū)別。

殼的造型有：筒殼、球殼、雙曲扁殼、鞍殼、扭殼等，現(xiàn)分述如下：

    1．筒殼

    外形簡單的單曲面殼體。其縱向?yàn)樽跃€，有其橫向剛度小的缺點(diǎn)，但卻因其能使則直模板，省工省材，這是其最大優(yōu)點(diǎn)。也是筒殼在歷史上最早出現(xiàn)并在近代仍大量建造的根本原因。筒殼可分為三種：l₁／B≤1/2為短筒殼；l₁／B≤3為長筒殼；l₁／B為中間比值為中筒殼。

    2．球殼

    自然界中存在著大量的球狀物體，反映在建筑―亡的穹窿圓頂，是古老的建筑形式之一，多用于中心型平面的正中央，這種形式近代仍經(jīng)常采用，雖外形類同，其受力特性卻已改變，球殼的內(nèi)力都作用在曲面內(nèi)，為薄膜內(nèi)力，能用薄膜理論計(jì)算。球殼多用于天文館、會(huì)堂、音樂廳、劇院、展覽館等中心型建筑物。

 3．雙曲扁殼

    筒殼和球殼的結(jié)構(gòu)空間是非常大的，對無需大的使用空間建筑，都欲壓縮其使用空間，以降低造價(jià)；同時(shí)從材盡其用的觀點(diǎn)出發(fā)，盡可能使殼內(nèi)應(yīng)力小些(最好無拉力)，促使減小矢高，雙曲有利于提高殼體各向的強(qiáng)度和剛度，正如桔皮雖軟，卻不易將其里外翻面。雙曲扁殼是雙向微彎的平板，凡矢高f≤l／5的殼體統(tǒng)稱扁殼，扁殼有平面扁殼和雙曲扁殼，雙面扁殼除扁球殼外，尚有平移雙曲扁殼，即橢圓拋物面扁殼、不規(guī)則雙曲扁殼。

    雙曲扁殼的優(yōu)點(diǎn)是：

    (1)矢高小，結(jié)構(gòu)空間小，節(jié)省造價(jià)；

    (2)能達(dá)到無拉力狀態(tài)，能合理用材；

    (3)保持雙曲，這是殼體發(fā)展的趨向；

    (4)施工方便，便于混凝土澆灌振搗；

    (5)平面適應(yīng)性有所改善；    ’

    (6)造型優(yōu)美，外形美觀，內(nèi)部明朗。

    其主要缺點(diǎn)是模板有待進(jìn)一步改進(jìn)，用直料支模卻要構(gòu)成雙曲面殼體，這是個(gè)難題。

    4．鞍殼

    當(dāng)平移曲面的母線與導(dǎo)線成反面的兩拋物線時(shí)，將構(gòu)成馬鞍形雙面殼面，稱為鞍殼。它與水平相交成雙曲線，故又稱其為雙曲拋物面殼。

    5．扭殼

    當(dāng)f≤l_x/5，屬扭殼，扭殼適用于各種平面的建筑，其適用跨度30~70m，厚度僅為    20~80mm。

    目前殼體施工主要有下列幾種方法：

    (1)現(xiàn)澆混凝土殼體；

    (2)預(yù)制殼塊，高空裝配成整體殼體；

    (3)地面現(xiàn)澆或裝配成殼體后整體提升；

    (4)采用柔模噴涂成殼。

    殼體結(jié)構(gòu)因其力學(xué)性能優(yōu)越正確，經(jīng)濟(jì)合理，利于抗震，近于自然，曲線優(yōu)美，形態(tài)多變，深受建筑師們的贊賞，在工程上有廣闊的發(fā)展前景。

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