二、拱壳
拱是抗压材料的理想形式，拱形的土穴、岩洞是自然界存在最多的天然结构。拱是受压的，土与石承压性能好，因此天然结构中拱形的土穴与岩洞占绝大多数。
壳体具有三大功能，即强度大、刚度大和板架合一，这是由于壳能双向直接传力、具有极大空间刚度和屋面与承重合一的面系结构。本节将拱与壳分述如下：
(一)拱
东西方古国，很早就产生了拱结构。如：中国的弧拱、古埃及、希腊的券拱；古罗马的半圆拱；拜占庭的帆拱；罗马建筑的肋形拱；哥特建筑的尖拱等。
现代的拱结构多采用圆弧拱或抛物线拱，其所采用的材料相当广泛，可用砖、石、混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土，也有采用木材和钢材的。拱结构的应用范围很广；最初用于桥梁，在建筑中，拱主要用于屋盖、或跨门窗洞口，有时也用作楼盖、承托围墙或地下沟道顶盖。
拱所承受的荷载不同，其压力曲线的线形也不相同，一般按恒载下压力曲线确 定；在活载作用下，拱内力可能产生弯矩，这时铰的设置就会影响拱内弯矩的分布状况。与刚架相仿，只有地基良好或两侧拱肢处有稳定边跨结构时才采用无铰拱，这种拱很少用于房屋建筑。双铰拱应用较多，为适应软弱地基上支座沉降差及拱拉杆变形，最好采用静定结构的三铰拱，如西安秦俑博物馆展览厅，由于地基为Ⅰ-Ⅱ级湿陷性土而采用67m跨的三铰拱。拱的形式见图10-67。

　拱身可分为两大类，即梁式拱和板式拱。
　粱式拱有两种：
(1)肋形拱；
(2)格构式拱。
2．板式拱有六种：
(1)筒拱；
(2)凹波拱；
(3)凸波拱；
(4)双波拱；
(5)折板拱；
(6)箱形拱。
拱以曲杆抗衡并传递外力给支座，故铰支座不仅承受竖向力，并有相当大的水平向外的拱脚推力，其合力就位于拱轴曲线在支座点的切线方向上。拱脚有推力是其主要力学特征之一，矢高f越小，推力越大。一次超静定的双铰拱，支座的垂直或水平位移均会引起 内力变化，对支座在推力作用下无变位的要求就更严格。由此可见，为了使拱保持正常工 作，务必确保其支座能承受住推力而不位移，故拱脚推力的结构处理，是拱结构设计的中 心问题。
3．一般，抵抗推力结构的处理方案，有下列几种：
(1)推力由拉杆直接承担；
(2)推力由水平结构承担。　4．结合拱脚部位有下列的处理方案：
(1)连续拱的中间支座，两侧恒载作用下拱脚推力相抵消，故中间各跨可不设拉杆； 非对称活荷(雪、风荷等)作用下，两侧不平衡推力，可由作为中间支座的梁来抗衡。
(2)边跨拱的边支座处理；
1)边圈梁；
2)挑檐板；
3)边跨平顶。
(3)推力由竖向结构承担。竖向结构有下列四种形式：
1)扶壁墙墩；
2)飞券；
3)斜托墩；
4)边跨结构。
(4)推力直接传给基础一落地拱。拱结构布置有下列六种：
1)并列布置；
2)径向布置；
3)环向布置；
4)井式布置；
5)多叉布置；
6)拱环布置。
　(二)壳
人类远在数千年前早巳造出了各式各样的口用壳体，如锅、碗、坛、罐……以后工业逐渐发达，造出了灯泡、钢盔、木舟、机壳等不胜枚举。壳体用于建筑结构虽为时较早，但工程界开始研究、分析、试验已是19世纪，到20世纪初叶壳体结构的发展一直缓慢，主要原因是计算极繁，在第二次世界大战期间及战后壳体结构发展才迅速起来。壳体结构的主要优点是覆盖面积大，无需中柱，室内空间开阔宽敞、能满足各种功能要求，故其应用极广，如会堂、市场、食堂、剧场、体育馆、飞机库等等，1959年建成的北京站采用的就是双曲扁壳。壳体结构虽逐渐增多，但其应用仍受到一定限制，由于其缺点是缺乏木材与模板，制作复杂。
横向受荷传力的梁起“担”的作用，不能材尽其用，并非经济的结构形式；以曲梁承荷传力的拱起“顶”的作用，能进一步发挥材力，是较先进的结构形式；壳体与此相仿，以曲板承荷传力，而且更进一步，它不像拱是单向受荷传力的平面结构，而是双向受荷传力的空间结构，起双向“顶”的作用，见图10-68，这是空间壳与平面拱的根本区别。
　壳的造型有：筒壳、球壳、双曲扁壳、鞍壳、扭壳等，现分述如下：
1．筒壳
外形简单的单曲面壳体。其纵向为自线，有其横向刚度小的缺点，但却因其能使则直模板，省工省材，这是其最大优点。也是筒壳在历史上最早出现并在近代仍大量建造的根本原因。筒壳可分为三种：l1／B≤1/2为短筒壳；l1／B≤3为长筒壳；l1／B为中间比值为中筒壳。
2．球壳
自然界中存在着大量的球状物体，反映在建筑—亡的穹窿圆顶，是古老的建筑形式之一，多用于中心型平面的正中央，这种形式近代仍经常采用，虽外形类同，其受力特性却已改变，球壳的内力都作用在曲面内，见图10-69，为薄膜内力，能用薄膜理论计算。球壳多用于天文馆、会堂、音乐厅、剧院、展览馆等中心型建筑物。

　3．双曲扁壳
筒壳和球壳的结构空间是非常大的，对无需大的使用空间建筑，都欲压缩其使用空间，以降低造价；同时从材尽其用的观点出发，尽可能使壳内应力小些(最好无拉力)，促使减小矢高，双曲有利于提高壳体各向的强度和刚度，正如桔皮虽软，却不易将其里外翻面。双曲扁壳是双向微弯的平板，凡矢高f≤l／5的壳体统称扁壳，扁壳有平面扁壳和双曲扁壳，双面扁壳除扁球壳外，尚有平移双曲扁壳，即椭圆抛物面扁壳、不规则双曲扁壳。
双曲扁壳的优点是：
(1)矢高小，结构空间小，节省造价；
(2)能达到无拉力状态，能合理用材；
(3)保持双曲，这是壳体发展的趋向；
(4)施工方便，便于混凝土浇灌振捣；
(5)平面适应性有所改善； ’
(6)造型优美，外形美观，内部明朗。
其主要缺点是模板有待进一步改进，用直料支模却要构成双曲面壳体，这是个难题。
4．鞍壳
当平移曲面的母线与导线成反面的两抛物线时，将构成马鞍形双面壳面，称为鞍壳。它与水平相交成双曲线，故又称其为双曲抛物面壳。
5．扭壳
当f≤lx/5，属扭壳，扭壳适用于各种平面的建筑，其适用跨度30~70m，厚度仅为 20~80mm。
目前壳体施工主要有下列几种方法：
(1)现浇混凝土壳体；
(2)预制壳块，高空装配成整体壳体；
(3)地面现浇或装配成壳体后整体提升；
(4)采用柔模喷涂成壳。
壳体结构因其力学性能优越正确，经济合理，利于抗震，近于自然，曲线优美，形态多变，深受建筑师们的赞赏，在工程上有广阔的发展前景.