殼體施工

鳥類的蛋殼和植物種子的外殼都具有良好的空間受力性能。在外力作用下,它們主要以殼體的曲面內力(即薄膜內力)保持平衡,構成結實的保護層。把這種構造形式引用到建築上,可形成承載能力和剛度都很好的空間屋蓋結構,用來覆蓋較大的空間,不需要設中間支柱。

定義,沿革,類別,

定義

在自然界裡,鳥類的蛋殼和植物種子的外殼都具有良好的空間受力性能。在外力作用下,它們主要以殼體的曲面內力(即薄膜內力)保持平衡,構成結實的保護層。把這種構造形式引用到建築上,可形成承載能力和剛度都很好的空間屋蓋結構,用來覆蓋較大的空間,不需要設中間支柱。又因這種結構形式兼有承重和圍護的雙重功能,也適用於建造筒倉、冷卻塔、貯液罐、壓力容器等,形成堅固的薄壁結構。

沿革

遠在新石器時代,地中海賽普勒斯島上的人已懂得用石塊和土坯修建蛋形民居(見圖)。在今土耳其伊斯坦堡尚存公元 567年重建的聖索菲亞教堂系古代磚砌穹頂建築。18世紀新疆喀什地方修築的阿巴伙迦陵(香妃墓),其圓形屋蓋便是以石膏為膠結材料,用方磚疊砌的。自從出現了鋼筋混凝土,殼體的套用有了新途徑。1924年德國耶拿城建造的蔡斯玻璃廠便是用鋼筋混凝土灌築的球形殼體,屋蓋直徑為40米而殼面厚度僅6厘米。50年代以來,中國在一些大跨間的建築上也採用了殼體結構,取得很好效果。例如,1956年修建了直徑為25米、殼厚6厘米的半球形面殼的北京天文館天象廳;1959年修建了跨間為35×35米的雙曲面扁殼的北京火車站中央大廳;大連港倉庫是由16個23×23米鋼筋混凝土扭殼組成的;1983年建造的淮南洛河電廠雙曲面冷卻塔的底面直徑為102.9米,高130米。  施工  殼體是曲面薄壁結構,伸展的空間較大,因此採取必要措施以保持殼體的幾何形狀便成為施工的關鍵。根據不同的構造形式,一般有下列幾種施工方法:

類別

固定模架施工  在殼體覆蓋的空間,對整個曲面架設模架。模架應具有一定的剛度並能承擔全部施工荷載。砌築或灌築混凝土時,應按照殼體類型,均勻對稱地從周邊向中心進行,防止模架發生偏移或變形。這種施工法不僅適用於旋轉式殼體(圓柱面和雙曲面殼體除外),也適用於雙曲扁殼和各種扭殼。這種模架不能重複利用,成本較高。1972年波多黎各的70×84米龐斯大廳是用固定模架建造的鋼筋混凝土扭殼結構。
活動模架施工  殼體結構如能分割為若干個形狀相同又能單獨承受荷載的區段時,如柱面殼(筒殼),多波柱面殼,多波雙曲扁殼及各種旋轉殼等,可採用能挪動的模架,分段架設,按施工順序逐段轉移重複使用,以節省模架費用。架設這種模架時應安裝螺旋絲槓或千斤頂等起重裝置並鋪設滑軌。以利升降移動。常用的活動方式有平移、旋轉和提升三種。①平移式。殼體的一個區段完成後,模架按直線方向作水平移動。此法一般用於建造長形倉庫、廠房、站台等。廣州火車站台筒殼雨篷共長600米,是用此法施工的。②旋轉式。主要用於旋轉型殼體結構。採用這種模架方式時,模架要按殼體的中軸線相對方向成雙地設定。鋪設環形滑軌作對稱旋轉以保持殼體的幾何尺寸。1976年美國西雅圖金郡體育館雙曲拋物面帶肋殼頂,直徑201.6米,矢高33.5米,採用旋轉式鋼架木模施工。③提升式。是利用千斤頂等起重設備將模架逐節向上提升或滑升的方法,主要用於建造筒倉、水箱、油罐、冷卻塔等豎向殼體結構。施工中,各千斤頂的頂升進程要保持勻速同步,採用滑升方式時,模板的滑升速度必須與混凝土的凝固速度相適應(見滑升模板)。
無模架施工  一般為整體安裝和殼面拼裝兩種。整體安裝系在地面灌築殼體或將預製殼板拼成整體,然後採用起重設施通過吊裝(見結構構件吊裝)、提升或頂升到設計高程進行就位。殼面拼裝是將預製殼板或拱殼磚直接在殼體位置上進行拼裝。拼裝時通常利用殼邊圈樑作支點。設扒桿纜索懸吊殼板。由外向內,逐圈安裝就位,並逐圈校正殼體的弧度。核算因施工而開口的殼的應力,以策安全。
除上述外,也可採用架設殼模作為殼體的組成部分,然後在殼模上綁紮鋼筋、灌築混凝土的方法。但此法須用噴射混凝土(見混凝土現澆施工技術)。工藝較複雜。
殼體設計要同時考慮施工方案並核算施工荷載。設計與施工有著互相依賴的關係,因此,只有兩者密切配合,經過多方案比較,才能求得最佳的設計與施工方案。

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