800公斤的材料可支撑20吨的混凝土！超薄混凝土结构这么神奇？
薄壳混凝土结构
是由较薄的混凝土外壳组成的结构
通常没有内部立柱或外部支撑
壳最通常是平板和圆顶
但也可以采取椭圆或圆柱形的形式
或其中的一些组合
大多数混凝土外壳结构都是建筑物
包括仓储设施、商业建筑和住宅
混凝土外壳施工技术非常适合复杂的曲线
甚至也可用于建造船体
从历史上看
英国人曾经用这种方式
为1944年的诺曼底登陆创造了桑布港
已知最古老的混凝土外壳
罗马的万神殿
大约在公元125年左右建成
至今仍在建立
它有一个巨大的混凝土圆顶
直径43米，中央有一个眼睛，整体式结构
似乎已经通过在直径逐渐减小的情况下
在彼此的顶部施加薄层来就地雕刻
万神殿底部厚实，顶部变薄
（在混凝土混合物中含有充气火山浮石）
万神殿是一项非凡的工程技术
虽有悠久的历史
不过这种薄壳结构
自从上世纪中期以来就没有再更新发展过了
薄壳混凝土其实在建筑业具有很高的应用性
优点也很明显，像拱门一样
通常用于混凝土外壳的弯曲形状是自然结实的结构
允许在不使用内部支撑的情况下跨越广阔的区域
从而形成开放、通畅的内部空间
混凝土作为建筑材料的使用降低了材料成本和建筑成本
因为混凝土相对便宜并且容易浇铸成复合曲线
由此产生的结构可能是非常强大和安全的
例如，现代化的整体式圆顶屋抵御了飓风和火灾
被广泛认为足够强大
足以承受F5级的龙卷风
20世纪20年代开始
出现的现代薄混凝土壳体
是由薄钢筋混凝土制成的
而且在许多情况下
不需要任何肋骨或附加的加强结构
完全依靠壳体结构本身
壳体可以现场直接喷浆铸造
或者预先制作并移动到现场并组装
最强烈的外壳形式是整体外壳
作为一个整体铸造
最常见的整体形式是圆顶
但椭圆体和圆柱体也可以使用类似的构造方法
一门古老的技术在历经半个世纪的原地踏步
终于在最近迎来了他第一次技术革新
创新的数字设计和制造方法成了突破口
最近，一群来自苏黎世联邦理工学院的研究人员
在实验室内花了 6 个月时间
建造了一个世上第一个双曲面混凝土的
超薄壳结构原型（Ultra-thin ConcreteRoof）
自承式双弯壳体有多层结构：
安装在内部混凝土层上的加热和冷却盘管和绝热层
混凝土夹层结构的第二外层包围屋顶
薄膜光伏电池安装在该屋顶上
通过采用技术和适应性太阳能立面
安装这种超薄混凝土屋顶的住宅单元
预计将产生比消耗更多的能源
超薄壳体的屋顶建筑技术
是由布洛克Block教授
和高级研究员汤姆梵米莉Tom Van Mele博士
带领的布洛克研究小组与建筑研究办公室共同开发的
并在完整的原型上进行了测试
这个原型高7.5米
面积160平方米
（平面面积120平方米）
混凝土厚度的平均厚度仅为5厘米
沿着屋顶的边缘更是只有3厘米的厚度
在支撑面上也只有12厘米厚
研究人员使用钢缆网络
并连接到脚手架结构中
而不是使用不可重复使用的
定制木材或磨碎的泡沫塑料
（原始薄壳工艺）
这种电缆网支撑着聚合物织物
它们共同起到混凝土模板的作用
这不仅使研究人员节省了大量的建筑材料
而且还能够应用到其他的全新建筑设计中
灵活的模板解决方案的另一个优点是
在混凝土屋顶的过程中
下方的区域保持通畅
因此内部的建筑工作可以同时进行
在研究时
布洛克研究小组与瑞士国家能力中心（NCCR）
对这种结构进行数字化建造
通过复杂的算法使得钢缆之间的力能够正确分配
并且屋顶精确地呈现预期的形状
电缆净重仅500公斤，纺织品300公斤
因此，总共只有800公斤的材料支撑着20吨的混凝土
超薄混凝土屋顶的原型
研究了总计6个月的时间
是苏黎世联邦理工学院的里程碑技术
整个过程
从开始研究到第一个原型建成共用了四年的时间
他们计划8到10周内在NEST大楼再次搭建这种屋顶
屋顶结构的各个部件可以根据需要经常重复使用
电缆网可拆分成几部分
可以快速重新组装和重新使用
未来
布洛克教授还希望将他们正在开发的
一种全新传感器加入到超薄结构中
这种传感器在低温下使用热量来营造宜人的室内环境
诚然
这种超薄混凝土结构虽然优点很多
但还是没有办法摆脱对熟练工人的依赖
在浇筑钢丝绳网上铺薄薄的一层混凝土需要经验
正确混合混凝土，让它不至于过干或过稀也需要经验
来源：基建共享原创文章，转载请注明出处。
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