日本大百科全書(ニッポニカ) 「シェル構造」の意味・わかりやすい解説
シェル構造
しぇるこうぞう
shell structure
貝殻、卵の殻、食器、容器のように、曲面状の薄い外壁で外力に抵抗して所要の機能を果たすものをシェルといい、シェルの力学的特性を利用した曲面状薄壁構造物をシェル構造という。建築物の屋根用のシェル構造としては、鉄筋コンクリート構造が用いられるほか、曲面板状立体トラス構造とすることも多い。航空機の機体、潜水艇、液体貯槽には金属板製のシェル構造が用いられる。
には種々の曲面と、その用途を示した。回転曲面は、経線（子午線）という平面曲線を回転軸の周りに回転させたときに描かれる曲面で、ドーム状曲面、円筒面、一葉双曲面、円錐(えんすい)面などがこれに属する。種々の平面曲線を別の平面曲線の方向に、それに沿って平行移動させることによって描かれる曲面を推動曲面という。それを用いたシェル屋根の一例を下段右に示した。同一平面上にない一直線と一曲線をガイドとして、上段右のように直線を移動させた場合にも、屋根用曲面を構成することができる。のように、ねじれた四角形を辺とする曲面のうちで、Z＝xy（cは定数）の式で記述される曲面をハイパボリック・パラボロイド曲面（HP曲面）という。これは、隣接2辺の決定する平面に投象したときに直交するような2群の直線で形成されているとみなせるので線織面(せんしきめん)ともいう。種々の曲面を組み合わせると、の例のように種々の形状のシェル屋根と、変化に富んだきわめてダイナミックな建築空間を構成することができる。
シェル構造の力学的特性は、その曲面形状、縁梁(ばり)の有無、支持方法によって大きく異なる。(2)の球形シェルでは経線方向のアーチ作用と、緯線方向輪状要素のフープ作用の複合によってシェルに加わる荷重が支持される。アーチ作用によって生じる経線方向力と、フープ作用によって輪状要素に生じるフープ力を同図に示した。縁の輪状要素や縁梁は、桶(おけ)や樽(たる)の「たが」の役割を果たす。その引張りフープ力に対しては、緯線方向鉄筋量を多くすることによって対抗する。もしその鉄筋量が不十分であったり、縁梁がない場合には、(3)のように縁に沿ってひび割れが生じ、さらに大きな荷重が作用すると、(4)の破線に沿って折れ曲がるような曲げ変形が顕著になる。適当な縁梁を設け、シェルの力学的特性を生かした設計をすると、10センチメートル余りの厚さの鉄筋コンクリートシェル構造でも、内部に柱のまったくない、数十メートルの大スパンの建築空間を構成することができる（）。その力学的特性を解析する理論をシェル理論といい、構造力学や応用力学の一分野である。
［中村恒善］
『Colin FaberCandela/Shell Builder (1963, Reinhold Publishing Corporation,New York)』▽『Anton TedeskoShells 1970‐History and Outlook；Concrete Thin Shells SP‐28 (1971, American Concrete Institute, Detroit)』
