这种结构可以看成是平面拱结构向空间的延伸。薄壳结构可以看成是空间曲板，充分发挥了大多数自然材料受压能力比受弯能力强的特点。薄壳结构中的每一个单元是一个多向受压的部件，因而薄壁空间曲面结构更利于空间受力。经过合理的设计，壳面还可形成处于无矩的状态，结构受力更加均匀，结构刚度大、变形小、稳定性高、更加节省材料。

由于注意到蛋壳或贝壳虽薄但却非常坚牢，在此启发下人们逐渐研究成了薄壳结构。人们最早以树枝为骨架、以稻草为蒙皮来建造薄壳结构（也被称为穹顶结构），后来又以皮革或布匹代替稻草，类似常见的帐篷。穹顶的发展与建筑材料的发展是密切相关的。古代，穹顶用石料建造，后来逐渐被砖石结构取代。例如，古罗马人就利用石料或砖建造了大量圆形或圆柱形穹顶，用来作为宗教活动的场所。人们有意识的采用新的材料、新的形式来建造这种结构，这种结构也逐渐被广泛地用于建筑设计，形成了大跨空间结构的主要形式。

薄壳结构按照壳体曲面的几何特征可分为：正高斯曲率曲面（含球面、椭圆抛物面）、负高斯曲率曲面（含双曲抛物面）、零高斯曲率曲面（圆柱面圆锥面等），其他曲面（如折板结构）等。此外，根据薄壳本身所采用的结构形式，也可分为薄板壳（穹顶）、网壳等。薄壳结构根据材料，可分为砖石砌体材料、钢材料（图1）。

a.正高斯曲率曲面；b.负高斯曲率曲面；c.零高斯曲率曲面图1　薄壳结构的曲面几何特征

曲面的壳体结构可以把受到的压力均匀地分散到物体的各个部分，减少受到的压力，能够充分发挥材料强度，有时又能将承重与围护两种功能融合为一。同时，在实际工程中往往可以通过对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑，因而被广泛应用到建筑设计当中。诸多标志性建筑的屋顶设计都运用了薄壳结构的原理，如人民大会堂、北京火车站以及举世闻名的悉尼歌剧院的屋顶都采用了薄壳结构设计。经过长期的工程实践，人类认识到穹顶能以最小的表面封闭最大的空间，而且所耗用的材料也比较经济。

随着铁、钢材、铝合金等轻质高强材料出现及应用，人们开始了对穹顶结构采用各种杆件形式建造的方式进行了研究，网壳结构逐渐出现。德国工程师施威德勒对穹顶网壳的诞生与发展起了关键性的作用，他提出了把穹顶壳面划分为经向的肋和纬向的水平环线，并连接在一起，而且在每个梯形网格内再用斜杆分成两个或四个三角形，这样穹顶表面的内力分布会更加均匀，结构自身重量也会进一步降低，从而可跨越更大空间。即形成了真正的网壳结构。进入21世纪以来，网壳结构作为大跨度空间结构的典型形式，得到快速发展和广泛应用。

因为网壳结构的诸多优点，世界上许多国家在大跨空间结构中均采用此类结构，其中美国、日本等国在技术方面都处于领先地位。中国的网壳结构虽然起步较晚，但发展异常迅速，已取得丰硕成果。还应在以下方面开展研究工作：①可开闭的网壳结构的研究与应用；②网壳结构的非线性稳定全过程分析；③网壳结构的优化设计：在给定的跨度和荷载作用下，使所设计的网壳结构重量最轻、造价最低；④轻质高强、防火、防水性能好并且保温隔热的新型网壳围护材料。

随着土木工程结构的发展，大跨空间结构的发展将逐渐登上历史舞台，网壳结构将无疑将会成为一个重要元素不断创新不断发展。

图2　看起来像皇冠的折叠薄壳屋顶结构

图3　半球面薄壳结构

图4　悉尼大剧院的薄壳结构