薄壳结构的建筑物有哪些:知名建筑汇总

薄壳结构的建筑物有悉尼歌剧院、罗马小体育馆、代代木国立综合体育馆、顺德人民礼堂、巴黎国家工业与技术中心陈列大厅、MIT克雷斯吉礼堂,这类建筑依靠曲面薄壁将压力均匀分散,适合需要无柱大空间的公共场馆,不适合小户型、多层民用住宅,曲面模板造价高,后期改造难度较大。

薄壳结构的建筑物国外案例

悉尼歌剧院,由丹麦建筑师约恩乌松设计,壳体为钢筋混凝土薄壳,由多组弧形壳片拼接而成,壳体厚度最薄位置仅约6厘米,依靠曲面传递荷载,内部形成无遮挡大空间,是薄壳结构最广为人知的代表建筑。罗马小体育馆,由结构工程师奈尔维设计,网格形钢筋混凝土穹顶薄壳,直径60米,壳体采用预制构件拼装,兼顾力学性能与建筑美感,常用于体育赛事集会。代代木国立综合体育馆,由丹下健三设计,双曲面钢筋混凝土薄壳,整体形态类似海螺,内部没有立柱,可容纳上万观众,壳体将荷载沿着曲面传递到底部支座。巴黎国家工业与技术中心陈列大厅,三角形平面薄壳,单边长218米,矢高48米,属于装配整体式钢筋混凝土薄壳,是大跨度薄壳建筑的经典工程。MIT克雷斯吉礼堂,单曲面钢筋混凝土薄壳屋顶,整体呈大曲面,室内无立柱,适合演讲、集会使用,壳体边缘设置加强环,用来抵抗壳体边界位置产生的附加弯矩。

造价高,模板复杂。

薄壳结构的建筑物国内案例

顺德人民礼堂,1959年建成,采用55米跨度球形钢筋混凝土薄壳屋顶,壳体顶部厚度8厘米,靠近支座位置逐步加厚至24厘米,可容纳5000人集会,是我国早期大跨度薄壳建筑代表。天津博物馆,主体屋面使用钢筋混凝土薄壳,曲面流畅,将承重和围护功能合为一体,内部展厅空间开阔,减少立柱对展品布置的干扰。国内还有早期常州圆柱面薄壳屋盖建筑,1948年建成,属于国内较早的薄壳实践项目,多用于厂房、仓库这类需要大面积无柱空间的工业建筑。

建筑名称壳体类型主要用途
悉尼歌剧院分片曲面薄壳歌剧院演出
顺德人民礼堂球形薄壳大型集会礼堂
罗马小体育馆网格穹顶薄壳体育场馆
代代木体育馆双曲面薄壳综合体育赛事

薄壳结构依靠曲面受力,荷载沿壳体表面扩散,壳体本身同时承担承重和围护作用,不需要密集立柱支撑大跨度空间。常规梁板建筑依靠构件弯曲受力,材料浪费更多;薄壳主要承受压力,混凝土抗压优势可以充分发挥,同等跨度下材料用量更少。薄壳分为圆顶薄壳、筒壳、双曲抛物面壳,不同曲面形式适配不同平面需求,圆顶适合圆形场地,筒壳适合长条型厂房,双曲壳适合异形造型。

薄壳结构仅适合单层大跨度建筑,不适合多层住宅、写字楼。

薄壳施工必须制作曲面模板,模板一次性投入高,造型越复杂,施工成本上升越明显,这也是现代新建薄壳建筑数量变少的核心原因。壳体成型后,很难随意开设大面积洞口,后期加装隔墙、新增楼层的改造空间有限,若在壳体中间强行开凿大洞,会破坏应力传递路径,容易引发开裂。集中荷载也会对薄壳造成损伤,不能在壳体顶面堆放重型设备。

选择薄壳结构的前提,是项目需要跨度30米以上无柱空间,且建筑功能长期固定,不需要频繁改动内部布局。如果项目跨度小、后期功能调整频繁,优先选用框架结构,经济性和灵活性更好。薄壳建筑支座位置要设置加强环或者厚重支座,用来抵消壳体向外的推力,缺少这个构造,壳体在荷载作用下会向外扩张开裂。

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