壳体结构(卷名：土木工程)
shell structure
由曲面形板与边缘构件（梁、拱或桁架）组成的空间结构。壳体结构具有很好的空间传力性能，能以较小的构件厚度形成承载能力高、刚度大的承重结构，能覆盖或围护大跨度的空间而不需中间支柱，能兼承重结构和围护结构的双重作用，从而节约结构材料。壳体结构可做成各种形状，以适应工程造形的需要，因而广泛应用于工程结构中，如大跨度建筑物顶盖、中小跨度屋面板、工程结构与衬砌、各种工业用管道（见管道结构）、压力容器（见容器结构）与冷却塔、反应堆安全壳、无线电塔、贮液罐等。工程结构中采用的壳体多由钢筋混凝土做成，也可用钢、木、石、砖或玻璃钢做成。
中国自50年代以来，用壳体结构建成许多实用、经济、美观的房屋建筑，如乌鲁木齐市某金工车间直径60米的椭球面壳，北京火车站大厅35×35米双曲扁壳，大连港仓库屋盖16个23×23米组合型扭壳。1959年国际上跨度最大的壳体是法国巴黎国家工业与技术中心陈列大厅218米边跨的双层多波双曲薄壳。
壳体的曲面，可由直线或曲线旋转而形成，或由直线或曲线平移而形成，也可根据特殊情况而形成复杂曲面。曲面的形状根据使用要求和受力性能选定。壳体两表面之间的中间曲面称为中面，壳体的中面、厚度及边缘形状决定壳体的全部几何特性。
分类 壳体结构的种类很多，多根据曲面的几何特性(即两个方向主曲率k1、k2的乘积K，称为高斯曲率)进行分类。当k1、k2同号时，K为正值，称正高斯曲率壳；当k1、k2异号时，K为负值，称负高斯曲率壳；当k1和k2中有一个为零时，K为零，称零高斯曲率壳;此外，尚有混合型曲率壳，即一个壳体内兼有正、负高斯曲率部分。
正高斯曲率壳体 有旋转成形的圆球面壳、椭球面壳、抛物面壳;有平移成形的椭圆抛物面扁壳（图c），简称双曲扁壳。
负高斯曲率壳体 有旋转成形的双曲面壳（图b）；平移成形的双曲抛物面扭壳（包括单块扭壳和四块组合型扭壳）、双曲抛物面鞍形壳。
零高斯曲率壳体 有旋转成形的圆柱面壳、锥面壳；平移成形的开口圆柱面壳、椭圆柱面壳、抛物线柱面壳（图d）。
混合型曲率壳体 如膜型扁壳，也称无筋扁壳。这种壳在给定荷载作用下只产生均匀相等的薄膜压力，其大部分是正高斯曲率，只在角隅区是负高斯曲率。锯齿形变曲率双曲扁壳（图a）有时也属此类。
壳体按壳的厚度与最小曲率半径的比值，分为薄壳、中厚壳和厚壳。比值小于1/20的一般称薄壳，多用于房屋的屋盖；中厚壳及厚壳多用于地下结构、防护结构。
计算要点 壳体的内力和变形计算比较复杂。为了简化，薄壳通常采用下述假设：材料是弹性的、均匀的，按弹性理论计算;壳体各点的位移比壳体厚度小得多，按照小挠度理论计算；壳体中面的法线在变形后仍为直线且垂直于中面；壳体垂直于中面方向的应力极小，可以忽略不计。这样就可以把三维的弹性理论问题简化成二维问题进行计算。在考虑丧失稳定的问题时，需要采用大挠度理论并求解非线性方程。厚壳结构的计算则不能忽略垂直于中面方向的应力变化，并按三维问题进行分析（见壳的计算）。