第３７卷第２５期 ２ ０ １ １年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣ ｒＵＲＥ Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．２５ Ｓｅｐ． ２０１１ ・５５・
文章编号：１００９—６８２５（２０１ １）２５—００５５—０２
浅谈薄壳结构及其施工方法
赵继华
摘要：简单介绍了壳体结构的起源和发展及其特点，着重阐述了现浇式薄壳结构和装配式薄壳结构两种不同薄壳结构
的施工工艺，并分别指出采用不同施工方法时的操作要点及注意事项，以期指导实践。
关键词：薄壳结构，现浇式，装配式，模板
中图分类号：ＴＵ３３ 文献标识码：Ｂ
壳体结构具有十分良好的承载性能，壳体主要依靠曲面内的
薄膜内力（双向轴向力和剪力）来承载，所以很小的厚度承受相当 大的荷载。壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的
合理，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而可以充分发挥材料 的潜力。因此壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省、既经济又
合理的结构形式。在建筑工程中，壳体结构得到了广泛的应用。
本文主要阐述壳体结构在建筑工程大跨屋盖中的应用和施工。 壳体屋盖的发展可以追溯到古代，主要用于宗教建筑。罗马
万神殿建于约公元１２０年～１２４年，其半球形穹顶利用天然火山
灰为主要原材料建成，直径达４３．３ ｍ，壳体厚度自下向顶逐渐减
小以减轻结构的自重，壳顶最薄，厚约１．２ ｍ，万神殿的跨度记录
直到２０世纪才被打破。位于伊斯坦布尔的圣索菲亚大教堂、建
于文艺复兴时期的罗马圣彼得大教堂、建于约３００年前的伦敦圣
保罗大教堂等。这些结构的建成充分体现了其设计者和建造者的
智慧与技巧，但应该说只有在结构力学发展以后，伴随着工业时代
的开始，人们才开始对薄壳结构有了真正合理的认识。１９２２年建
成的德国耶拿蔡司天文馆，２５ ｍ直径的半球形穹顶通常被认为是
第一个真正意义上的现代混凝土壳屋盖，其厚度仅６ Ｃ１ＹＩ。
二十世纪五六十年代是混凝土薄壳屋盖的黄金时期。意大
利著名工程师１９５０年设计了都灵展览厅７３ ｍ×９４ ｉｎ薄壳屋盖，
整个屋盖由波形预制单元装配而成，预制单元板厚度小于２ ｉｎ。
新中国成立以后，我国也陆续建成了一些各种类型的钢筋混
凝土薄壳屋盖，比较有代表性的工程有：采用双曲扁壳的北京火车 站候车大厅（３５ ｍ×３５ ｎａ，１９５８年）、北京体育馆网球馆（４２ ｍ×
４２ ＩＴＩ １９６０年）等。 薄壳结构能得到众多建筑师青睐的最主要优点在于其跨越
大空间的能力及优美丰富的造型。
混凝土薄壳结构的施工成形需要大量的模板，施工费用高，
如何降低施工成本是壳体施工工艺中的关键问题，它直接影响着
薄壳结构的应用与发展，按施工方法的不同，薄壳结构主要包括
现浇式和装配式两大类。
１ 现浇式薄壳结构的施工
现浇式薄壳结构的整体连续性最好，但施工成形中的模板问 题也最大。曲面（尤其是双曲面）模板制作复杂，曲率变化时更无
法用定型模板单元。薄壳结构跨度大，在混凝土浇筑时还需设置
临时支撑。因此，施工过程需要大量的劳动力，而且成本高、工期 长。此外，因壳体太薄，无法有效使用振捣设备，质量不易保证。
长期以来，人们在工程实践中对混凝土薄壳的施工成形，特别是模
板工艺方面进行了不少新的尝试和改进，下面分别作简要阐述。
１）移动式模板。通过模板的重复使用降低单位成本。如美 国西雅图的金郡体育馆，直径２０２ ｎ＇ｌ的球形壳顶分为４ｏ个单元，
施工时先在中央部位安装固定井字架，采用旋转移动胎模分段对称
浇筑混凝土。采用该方法时，需进行结构在施工阶段的验算分析。
２）永久性模板。在预制模板上架设附加钢筋并浇筑混凝土， 混凝土达到强度后也不拆除模板，模板成为整体结构的一部分。
如罗马小体育官，由１ ６２０块２５ ｍｍ～３０ ｍ！ｑ＇ｌ厚的钢丝网水泥菱
形无底盒作模板，板问留小肋空隙，再在模板上现浇２５ ｍｍ厚混
凝土壳及小肋，形成薄壳整体。
３）土胎模。采用泥土这样尽可能便宜的材料制作胎模以降
低成本。将土堆成所需的形状，覆以塑料薄膜，在其上架设钢筋
并浇筑混凝土，达到强度后将土挖出，壳体成形。
４）充气薄膜模板。利用充气薄膜作为模板，可以在充气薄膜
上方架设钢筋后浇筑混凝土，也可以在充气薄膜的内部固定钢筋
后再由内部喷射混凝土。近年来美国采用这一方法建造了几个
大型的薄壳工程，位于匹兹堡用于石油焦碳储存的两个球面穹
顶，直径达５５ ｍ。但这一方法局限于建造具有圆形底面的球面穹
顶或近似球面穹顶，并且需要特殊的施工设备。其最大缺点在于 施工过程中难以对壳体的形状及厚度进行有效控制，钢筋的定位
也十分困难。
尽管以上各种方法取得了一定的成效，也在若干工程中得到
了成功应用，但应该说，混凝土薄壳成形的高成本，从而导致整个
过程的高成本，仍是薄壳结构进一步发展的最大障碍。这里特别
值得一提的是混凝土薄壳屋盖成形技术的最新发展——ｃｏｍｓｈｅｌ１ 体系，该体系是将混凝土浇筑入作为永久模板并替代钢筋的薄壁
加劲钢底壳而成形的。薄壁钢底壳由包括底板及周边板的模块
化无盖扁盒状单元通过螺栓连接而成，为两个方向均带薄壁加劲
板的钢壳。这一新体系保留了混凝土薄壳屋盖的所有优点，又不
需要使用临时模板，并大幅减少临时支撑。目前对Ｃｏｍｓｈｅｌｌ体系
受力性能与设计方法的研究正在进行中，它的开发将为解决混凝
土薄壳的施工难题提供一种非常有效的途径。
２装配式薄壳结构的施工
装配式薄壳的施工，首先在工厂制成预制壳块，然后运至施
工现场装配成整体。这一方法省略了模板的使用，可缩短施工周
期，但壳板规格不能过于复杂，且其整体连续性比现浇式薄壳差。
装配式薄壳可全部采用预制构件，也可部分预制、部分现浇。
壳板预制构件的划分，应尽量减少拼缝与构件的类型，并使拼缝
处于受压区或剪力、拉力较小的区域。预制壳板之间的接缝，可
根据接缝处的受力情况采用混凝土接缝、钢筋混凝土接缝和预应
力混凝土接缝。壳板间的拼缝应采用微膨胀性砂浆或细石混凝
土，由于灌缝砂浆或混凝土的作用是将分散的壳板连成整体，使接
收稿日期：２０１１—０５—１０
作者简介：赵继华（１９８３一），男，助理讲师，山西省应用技术学校，山西太原
０３００１３ 第３７卷第２５期 ・５６・ ２ ０ １ １年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏｌ＿３７ Ｎｏ．２５ Ｓｅｐ． ２０１１
・岩土工程・地基基Ｘ，ｔｔｌ
文章编号：１００９—６８２５（２０１ １）２５—００５６－０３
双动高效土钉机在基坑土钉墙的应用★
李洋斌代超鸿 张利平
摘要：简要介绍了现有的制作土钉墙的三种方法，分析了目前土钉机存在的缺点，着重阐述了一种施工方便、支护牢靠
的双动式高效土钉机，并对其具体实施方式及实际应用效果作了说明，以期促进双动式高效土钉机的推广应用。
关键词：双动高效土钉机，设计方案，实施方式
中图分类号：ＴＵ７５３ 文献标识码：Ａ
１ 概述
随着城镇建设中高层及超高层建筑的大量涌现，深基坑工程
越来越多，同时，密集的建筑物、大深度的基坑周围复杂的地下设
施，使得放坡开挖基坑这一传统技术不再能满足现代城镇建设的
需要，因此，深基坑开挖与支护引起了各方面的广泛重视。土钉
墙与其他支护类型相比，可降低造价２０％～５０％，是其中一种既
安全又经济的处理方式之一。
现有的土钉墙制作一般采用三种方法：
１）钻孔置人：先在基坑侧壁上用人工或机具钻孔到达预定深
度后，插入钢筋、钢杆件或钢丝束，并用压力注浆，与周围土体形
成密实粘结的土钉，在基坑外露的插筋端部与坡面结构（混凝土
垫板、承压板、螺母）联结，并连挂钢筋网及喷射细石混凝土面层
材料，构成土钉墙面。这是常用的土钉墙形式。 ２）打入型土钉。用气动土钉机将长度不超过６ ｍ的小型角
钢打入土内，摩阻力较低，用钢量大。
３）射入型土钉。用气动射钉机将土钉射人土中，土钉可以是 粗钢筋或钢管，直径２５ ｍｍ一３８ ｍｍ，长度６ ｍ以内。
以上方法的土钉机存在以下缺点：
１）打入和射入型土钉是通过挤压土钉壁周围的土达到设计
深度，因而土钉壁紧紧的被土包裹，钢管壁周的土会挤入钢管土
钉的注浆孔内，堵塞注浆通道，注浆量、注浆半径和注浆长度达不
到设计要求；同时也会导致打入或射入后注浆的压力需很高才能
劈裂土层压力，浆液包裹土钉不密实、不厚等缺陷。 ２）钻孔置人式土钉机存在成孔拔钻后容易塌孔和送丝传动
机构复杂等缺点。
３）打入和射人型机械一般采用的是空压机，锤击土钉，大型 基坑一般要求土钉长８ ｍ一１２ ｍ，打入和射入型机械远远不能满
足土钉设计深度的要求。
综上，现有的打入和射入型土钉机大大的限制了土钉的使用
范围，而钻孔型土钉机又存在着拔钻后容易塌孔等缺陷。如何既
能把土钉送人深达８ ｍ一１２ ｍ处，又能方便施工，工期短，成本
省，成为了土钉支护技术的一大难题。
缝能传递内力，因此必须满足强度及密实度的要求。装配式薄壳 ３）整体提升法。在地面装配成壳后，利用提升设备整体提
结构的安装可采用高空拼装法、整体顶升法、整体提升法等。 升。支承柱一般穿过薄壳的边缘构件，柱顶安装提升设备，通过
１）高空拼装法。可利用脚手架或支架进行安装，也可采用无 吊杆将薄壳提升至设计标高。提升法的优点是提升过程中能保
支架悬挑安装。支架法安装时，支架顶面应有足够的安装面积以 证壳体垂直上升，不易发生偏移，但所需提升设备往往要求起重
搁置壳板，无支架法安装适用于球面壳及柱面壳，应考虑悬挑部 量较大。
分的壳板因自重而下垂，壳板就位时应比设计标高略高。 顶升法和提升法也可用于在地面现浇好的薄壳结构的安装
２）整体顶升法。在地面装配成壳体后，利用千斤顶整体顶 就位。采用这两种方法可以减少高空作业工作量及省略大部分的
升，包括上顶升法和下顶升法两类。上顶升法千斤顶随壳体一起 脚手架，但通常需对薄壳进行临时加固。顶（提）升过程中还应特
上升，每顶升一个循环在千斤顶下方填筑临时垫块或柱块，优点 别注意控制不同顶（提）升点的升差，避免壳体结构产生附加应力。
是结构稳定性较好，缺点是所需柱块截面较大；下顶升法千斤顶 参考文献：
始终置于地面，每顶升一个循环在千斤顶上方填筑柱块，优点是 ［１］ 张恒．单层球面网壳的静力稳定性分析［Ｊ］．山西建筑， 主要工作为地面作业，缺点是结构在顶升过程中的稳定性较差。 ２０１０，３６（７）：５７－５８．
Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｉｎ—ｓｈｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ
ＺＨＡＯ ｊｉ－ｈｕａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｉｍｐｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｉｎ—ｓｈｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｅ－
ｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｗｏ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｔｈｉｎ－ｓｈｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：ｃａｓｔ—ｉｎ—ｓｉｔｕ ｔｙｐｅ ｔｈｉｎ—ｓｈｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｔｙｐｅ ｔｈｉｎ－ｓｈｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ
ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｋｅｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｔｔｅｒｓ ｎｅｅｄｉｎｇ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｇｕｉｄｅ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｈｉｎ．ｓｈｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃａｓｔ．ｉｎ－ｓｉｔｕ ｔｙｐｅ，ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｔｙｐｅ，ｔｅｍｐｌａｔｅ
收稿日期：２０１１－０４－２９ ★：２０１０年浙江省大学生科技创新活动计划资助（项目编号：２０１０Ｒ４２８０３４）；该双动高效土钉机已经
申请了国家实用新型专利（专利授权号：ＣＮ２０１７０４６９０Ｕ）
作者简介：李洋斌（１９９０一），男，台州学院建筑工程系，浙江台州 ３１８０００
代超鸿（１９８６－），男，助理工程师，台州学院建筑工程系，浙江台州 ３１８０００
张利平（１９９０一），男，台州学院建筑工程系，浙江台州
３１８０００