钢筋混凝土壳体结构是一种受力形式非常合理的结构，尤其在面对极端荷载时表现优秀，且耐久性非常好；由于其容积很大，建设成本较低[1]。另外，钢筋混凝土薄壳外形美观，抗震抗风性能良好，在大跨及高层结构中也得到了很多的百富策略白菜网[2,3]；然而，由于钢筋混凝土薄壳是弧形表面，相较于传统结构形式的平面表面，在支模板时施工难度相对较高，模板成本高昂，需要消耗较多的人力、物力和财力。因此，如何优化薄壳混凝土穹顶的结构形式，改进施工方法，降低模板成本，对实际工程造成了极大困难。

1941年，Wallace Neff首先提出了使用气膜法进行钢筋混凝土结构的施工并申请了专利。首先用绳子把膜固定在地面上，然后在膜内充气成结构形状，接着在膜外布置上钢筋并分层喷射混凝土，最后泄气并将膜卸下[4]。1969年，Heifetz提出了一个和Neff类似的气膜模板方法用于房屋建造，不同之处在于他提出了更高的气膜内压以减少施工过程中膜面的变形[5,6]。1979年，South提出了在充气膜结构内部绑扎钢筋和喷射混凝土的方法[7,8]，得到了国外几家主流公司的认可，并成为市场发展趋势；钢筋混凝土壳体结构的知名公司Monolithic也采用了这种方法,其加工制作的示意图如图1所示。

与传统混凝土薄壳结构建造方法相比，气膜钢筋混凝土壳体结构体系不论在简化施工技术，降低模板成本，还是在曲面平滑度等方面都有一定的优势。其中，气膜钢筋混凝土壳体结构，是指以喷涂硬质泡沫塑料加强的气承式充气膜结构为模板，采用喷射混凝土施工形成的钢筋混凝土壳体结构；由气承式充气膜结构与喷涂硬质泡沫塑料构成的组合结构则称为气膜模板。

自20世纪80年代以来，气压支模法广泛地百富策略白菜网于加拿大和美国的二十多个州中[9]，作为贮存谷物或其它散粒材料的仓库，或用作住宅、教堂、音乐厅、商业建筑、办公室、车间、娱乐中心、冷藏库等。2010年，美国Dome Technology公司建造了目前世界上跨度最大的气膜钢筋混凝土壳体结构，跨度已达100米。

近几年来，随着环保要求的提高，国内对于大型封闭仓库的需求快速增长，逐步开始建造各种大型钢筋混凝土薄壳储仓。如图2所示为一投影面为椭圆的混凝土扁壳结构，投影椭圆长轴59.87m，短轴46.5m，高度为9.7m，该项目为目前我国已建成曲率半径最大的气膜钢筋混凝土壳体结构；图3所示为徐州大屯圆形煤场项目，仓体直径71.3m，总高度39.15m，是我国已建成跨度最大的气膜钢筋混凝土壳体结构；图4为陕西榆林在建的大海则储煤仓项目，仓体直径66m，总高度66.5m，该项目正在建设过程中，建成后是国内高度最大的气膜钢筋混凝土壳体结构。

气膜钢筋混凝土壳体结构是以性能优良的柔软织物（通常为PVC膜材）为外膜，将其固定在环形的混凝土基础上；再向膜内充气并保持膜内恒压状态，作为施工荷载支撑；随后依次在膜内喷涂聚氨酯泡沫层、分层绑扎结构钢筋、逐层喷射混凝土，最终形成一个外观美观、结构坚固、空间覆盖率大的壳体结构。简单来说，气膜钢筋混凝土结构分为两个部分：气膜模板和混凝土壳体。气膜模板的施工主要分为三个部分：施工基础环梁、充气膜固定及充气、聚氨酯喷涂；混凝土壳体施工分为钢筋混凝土结构和门洞开孔。

如图5所示，气膜钢筋混凝土壳体一般采用环形条基，在基础上设置环梁。一方面便于固定膜材，一方面也可以平衡壳体产生的水平推力。此外，环形基础既要承受上部壳体荷载，又要在充气过程中作为气膜的配重，抵抗向上的作用力。

膜材选用性能优良的柔软织物。充气膜施工分为前期准备、气膜固定以及气膜充气三个步骤。首先，对尖锐钢筋进行覆盖处理，以防展膜过程中破坏膜材；然后，将膜材固定在环型基础上；最后，采用风机鼓风，直到气膜内部气压达到一定的设计值，一般500～600Pa。一旦气膜充气成型后，后续的整个施工过程全部在室内完成，不受外部环境的影响，保证了施工的稳定和效率。如图6所示，为充气膜充气成型的过程。

为保证充气膜和聚氨酯的良好粘结，首先需在内表面涂上一层界面剂，再喷射聚氨酯。聚氨酯分多层喷射，第一层完成喷射后，插上钢筋标签，如图7所示。标签类似于“猫爪”，能提供较大的抓持力。“猫爪”的作用主要方便定位，为后续钢筋绑扎提供固定点。

钢筋混凝土从外到内依次分为两层：构造层和结构层。构造层包含一层构造钢筋和约3cm厚的混凝土。首先进行构造层钢筋的绑扎和构造层混凝土浇筑，待构造层混凝土硬化后形成一定的刚度，再进行结构层钢筋绑扎和结构层混凝土浇筑。混凝土的浇筑均采用自下而上逐层浇筑的方法：先进行结构底部一层混凝土喷射，待底部一层混凝土形成足够的强度和刚度之后，进行底部二层混凝土喷射以及其上方的一层混凝土喷射，以此不断进行下去，最终形成一个外观美观、结构坚固、空间覆盖率大的壳体结构。

为保障气膜模板及混凝土壳体结构精确施工成型，气膜钢筋混凝土壳体结构最为关键的技术有两个：一是充气膜结构精确成型技术，二是混凝土喷射过程的分析和控制技术。这两项关键技术也是目前气膜钢筋混凝土结构研究的重点。

美国气膜钢筋混凝土结构技术规范[10]对于充气膜模板成型精确度要求控制在设计半径的±3%，如此大的偏差显然会影响钢筋混凝土壳体的受力性能。因此充气膜的精确成型至关重要。

充气膜结构精确成型设计主要包括形态分析、裁剪分析，每一环节都与几何形状、应力分布状态密切相关。另外，膜结构由于膜材幅宽的限制必然存在焊缝，焊缝通常由相邻膜条热合焊接而成。由于焊缝刚度大于单层膜，并且大部分膜材焊缝热合后会有收缩，因此焊缝对膜结构的形状和应力分布必然产生影响。即使设计形状为最简单的标准球面或柱面，考虑焊缝后由无矩理论也得不到膜面真实的应力分布，得到的形状与标准球面或柱面也存在一定的偏差。因此，充气膜结构的应力分布状态不仅与内压和形状有关，还与焊缝分布紧密相关，通过形态分析得到的应力分布又影响着膜材模量，影响最终的裁剪分析，裁剪分析中的误差又影响着充气膜结构组装后的真实形态，膜材及焊缝的弹性常数、形态分析结果以及裁剪膜片三者之间存在相互耦合关系，相互作用机理复杂。

近年来，许多研究者对各类膜材焊缝力学性能进行了试验测试[11,12,13,14,15]，其中上海交通大学陈务军、付功义等[12]研究了熔接缝合宽度、不同膜材、温度历程、湿度(水浸)过程对膜缝合强度的影响，为实际工程设计百富策略白菜网和技术规程提供指导和依据。合肥工业大学王超[14]通过改变初始形态下内压、摩擦系数、膜厚，对气承式膜结构的初始形态进行索膜接触分析，同时将接触模型与共节点模型进行了对比分析。最近，上海交通大学杨燕等人对于充气膜结构中焊缝力学性能与模拟方法进行了深入研究，提出了在设计过程中考虑焊缝作用、寻找考虑焊缝真实应力分布的精确裁剪分析与形态分析一体化方法[16]。

气膜钢筋混凝土结构，是在聚氨酯增强的充气膜结构基础上喷射混凝土形成的。这种新型模板体系一般称为气膜模板。由于气膜模板刚度非常小，在混凝土喷射施工过程中极易引起局部凹陷甚至整体坍塌。因此，混凝土喷射施工过程中结构分析和变形控制是气膜钢筋混凝土结构另一项研究重点。

近年来，上海交通大学与中煤建筑安装工程集团合作开展了气膜钢筋混凝土结构的设计分析、施工监测和理论研究工作，表明充气膜在聚氨酯保温层喷涂后结构刚度发生了明显提升[17]。聚氨酯增强的充气膜结构力学性能明显不同于常规充气膜柔性结构，因此采用常规膜结构分析方法很大程度上并不适用于混凝土喷射过程中气膜模板的力学分析，当非线性、正交各向异性膜材与非线性、各向异性聚氨酯通过界面剂粘接形成组合结构时，采用何种材料模型和结构模型对其进行模拟，是一个非常重要的科学问题。目前国内外几乎没有相关的研究报道，在不同方向和不同形式荷载作用下气膜模板的力学性能、受力机制和破坏模式亦尚不明确。因此，应当开展材料、构件、结构等多种维度的试验与理论研究，以揭示和确定气膜模板的力学性能及有限元模拟方法。

另外，混凝土喷射过程是一个由荷载到结构不断转变的复杂动态过程。随着混凝土的逐层喷射和龄期的增长，与聚氨酯加强的充气膜形成组合结构，截面形式不断发生变化，由最初的柔性膜结构转变成膜-聚氨酯-各层不同龄期混凝土的组合结构。而且实际工程施工周期很长，以天为单位逐个建立施工过程有限元模型将面临难以想象的巨大工作量。因此，在确定每日有限元分析模型的基础上，如何建立阶段施工模型，考虑上述材料非线性、荷载与结构的转换过程，考虑施工过程中结构变形和截面应力分布的持续累加效应，最终准确地模拟气膜钢筋混凝土壳体结构施工过程，得到混凝土喷射过程中结构变形以及承载能力指标，为实际工程提供理论支持，是目前所需攻克的难题。

气膜钢筋混凝土壳体结构作为一种新型施工技术，通过气承式充气膜结构支模，大大简化了施工工艺，解决了传统混凝土薄壳结构施工问题，其发展和百富策略白菜网迎来了广阔前景。目前，充气膜结构精确成型技术和混凝土喷射过程的分析和控制技术是气膜钢筋混凝土壳体结构重要研究课题。