什么是壳体施工?

[拼音]：qiaoti shigong

[外文]：shell construction

在自然界里，鸟类的蛋壳和植物种子的外壳都具有良好的空间受力性能。在外力作用下，它们主要以壳体的曲面内力（即薄膜内力）保持平衡，构成结实的保护层。把这种构造形式引用到建筑上，可形成承载能力和刚度都很好的空间屋盖结构，用来覆盖较大的空间，不需要设中间支柱。又因这种结构形式兼有承重和围护的双重功能，也适用于建造筒仓、冷却塔、贮液罐、压力容器等，形成坚固的薄壁结构。

远在新石器时代，地中海塞浦路斯岛上的人已懂得用石块和土坯修建蛋形民居（见图）。在今土耳其伊斯坦布尔尚存公元 567年重建的圣索菲亚教堂系古代砖砌穹顶建筑。18世纪新疆喀什地方修筑的阿巴伙迦陵（香妃墓），其圆形屋盖便是以石膏为胶结材料，用方砖叠砌的。自从出现了钢筋混凝土，壳体的应用有了新途径。1924年德国耶拿城建造的蔡斯玻璃厂便是用钢筋混凝土灌筑的球形壳体，屋盖直径为40米而壳面厚度仅6厘米。50年代以来，中国在一些大跨间的建筑上也采用了壳体结构，取得很好效果。例如，1956年修建了直径为25米、壳厚6厘米的半球形面壳的北京天文馆天象厅；1959年修建了跨间为35×35米的双曲面扁壳的北京火车站中央大厅；大连港仓库是由16个23×23米钢筋混凝土扭壳组成的；1983年建造的淮南洛河电厂双曲面冷却塔的底面直径为102.9米，高130米。

壳体是曲面薄壁结构，伸展的空间较大，因此采取必要措施以保持壳体的几何形状便成为施工的关键。根据不同的构造形式，一般有下列几种施工方法：

在壳体覆盖的空间，对整个曲面架设模架。模架应具有一定的刚度并能承担全部施工荷载。砌筑或灌筑混凝土时，应按照壳体类型，均匀对称地从周边向中心进行，防止模架发生偏移或变形。这种施工法不仅适用于旋转式壳体（圆柱面和双曲面壳体除外），也适用于双曲扁壳和各种扭壳。这种模架不能重复利用，成本较高。1972年波多黎各的70×84米庞斯大厅是用固定模架建造的钢筋混凝土扭壳结构。

壳体结构如能分割为若干个形状相同又能单独承受荷载的区段时，如柱面壳（筒壳），多波柱面壳，多波双曲扁壳及各种旋转壳等，可采用能挪动的模架，分段架设，按施工顺序逐段转移重复使用，以节省模架费用。架设这种模架时应安装螺旋丝杠或千斤顶等起重装置并铺设滑轨。以利升降移动。常用的活动方式有平移、旋转和提升三种。

（1）平移式。壳体的一个区段完成后，模架按直线方向作水平移动。此法一般用于建造长形仓库、厂房、站台等。广州火车站台筒壳雨篷共长600米，是用此法施工的。

（2）旋转式。主要用于旋转型壳体结构。采用这种模架方式时，模架要按壳体的中轴线相对方向成双地设置。铺设环形滑轨作对称旋转以保持壳体的几何尺寸。1976年美国西雅图金郡体育馆双曲抛物面带肋壳顶，直径201.6米，矢高33.5米，采用旋转式钢架木模施工。

（3）提升式。是利用千斤顶等起重设备将模架逐节向上提升或滑升的方法，主要用于建造筒仓、水箱、油罐、冷却塔等竖向壳体结构。施工中，各千斤顶的顶升进程要保持匀速同步，采用滑升方式时，模板的滑升速度必须与混凝土的凝固速度相适应（见滑升模板）。

一般为整体安装和壳面拼装两种。整体安装系在地面灌筑壳体或将预制壳板拼成整体，然后采用起重设施通过吊装（见结构构件吊装）、提升或顶升到设计高程进行就位。壳面拼装是将预制壳板或拱壳砖直接在壳体位置上进行拼装。拼装时通常利用壳边圈梁作支点。设扒杆缆索悬吊壳板。由外向内，逐圈安装就位，并逐圈校正壳体的弧度。核算因施工而开口的壳的应力，以策安全。

除上述外，也可采用架设壳模作为壳体的组成部分，然后在壳模上绑扎钢筋、灌筑混凝土的方法。但此法须用喷射混凝土（见混凝土现浇施工技术）。工艺较复杂。

壳体设计要同时考虑施工方案并核算施工荷载。设计与施工有着互相依赖的关系，因此，只有两者密切配合，经过多方案比较，才能求得最佳的设计与施工方案。