网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

建筑结构 丨折板结构——大跨结构中低调的实力派!

0
分享至

来源:iStructure,作者:PP,获授权转载。

首先请大家来做个小实验,如下图所示。我们将一张纸支在两本书之间模拟一个大跨结构,随后在上面放一块小蛋糕,纸随即塌了下去;而当我们将同一张纸经多次折叠,形成折板后,再将小蛋糕放在上面,纸成功得托起了小蛋糕。

纸还是那张纸,蛋糕还是那个蛋糕,为什么将纸折叠后刚度会有如此大的提升呢?

折叠前纸可以看做一块平板,由于纸非常薄,因此抗弯刚度很小;而当我们折叠纸形成折板时,就形成了空间结构,通过空间形抗作用,大幅提高了结构的整体刚度。在大自然中,利用折板原理的例子也有很多。

折板结构与壳体结构同属薄壳空间结构,因此二者有相似之处,都是利用了形的作用提高整体刚度。

折板结构由平面板组成,其内力分析虽然比曲面的壳体结构简单,但折板结构并非完美的拱线,因此其中不可避免地涉及弯曲应力,这是与以薄膜应力为主的壳体结构有主要的区别。

典型的折板结构主要由三部分组成,折板、边梁、横隔。折板主要起承重及维护作用;边梁连接相邻折板,加强折板的纵向刚度,同时增加折板的平面外刚度;横隔一般布置在端部,使折板结构形成几何不变体系,并作为折板边梁的纵向支座。

折板结构按照结构体系可分为折面结构(folded plate surface)、折板框架(Folded plate frame)、空间折板结构(Spatial folded plate)。按折面形式又可以分为V形折板、多折折板、锥形折板、角锥折板、组合折板等。

V形折板是最典型的折板形式,为了简单理解其受力特点,可从横向和纵向分别考察。横向可将折板看做一个带褶的连续板,支承在脊线和谷线一高一低的支点上,估算时可取1m宽板带作为计算单元,按照多跨连续板进行内力分析。纵向可以看做一个V形截面梁,估算时可取一个V形单元,按深梁进行分析。

锥形折板也是折板众多形式中常见的一种,受力特点和V形折板类似。但由于折板抗弯刚度的控制截面是在跨中,而此处折板的高度并不是最高,因此锥形折板结构的效率没有V形折板高。

角锥折板又称折板桁架,这个名称就暗示了其受力特点近似于桁架。我们可将脊线看做桁架上弦承受受压,四周的环梁为桁架下弦承受拉力,折板斜向交线为桁架腹杆传递剪力。可见角锥折板与前两种折板形式受力不同,为三维受力体系。

折板框架的屋面与立面均由折板组成,相互刚性连接。每个单元受力介于框架和拱之间,构件内主要以轴力为主,但在交接转折的地方弯矩较大,因此需要在顶部与中部转折的部分设置刚性梁,对此部分进行加强。

由于折板结构造型富有表现力、受力合理、施工便利的特点,受很多建筑师与结构工程师的喜爱,被用在很多经典项目中。接下来挑选了其中几个,与大家一起欣赏。

本项目是由瑞士建筑师Livio Vacchini(1933-2007)设计的最后一件作品。建筑师希望能够使结构外露,在能够表达结构美感的同时还要做到坚固耐用,并且由于视野高处有火车通过可看到建筑屋面,因此建筑师还希望立面和屋面的结构形式可以形成一个整体。根据建筑师的要求,最终采用了混凝土折板框架。

建筑长80米,宽55米,内部为无柱空间。结构墙面和屋面均采用V形折板,由27个单元组成,每个单元又是由两组V形墙面与一组V形屋面组成。折板采用预制预应力混凝土,屋面板厚度仅16cm,内设预应力钢绞线。通过采用自密实混凝土并施加预应力,提高混凝土的防水性和耐久性。

由于结构外翻,幕墙在结构构件内侧,内外就形成了相对独立的空间。建筑内部被分隔为多个体育场馆和多功能厅,同时顶部吊顶,因此人在内部感觉不到复杂的结构形式,不会因此而分神。而外侧又极赋结构张力,吸引行人的眼球。

这里折板不仅仅是结构承重构件,它作为建筑表达的重要组成部分,使得外立面作为整个建筑的皮肤,成为一个雕塑。

从中不仅能看到结构工程师高超结构设计水平,同时也体现了建筑师和结构工程师之间的密切配合。

折板结构不仅可以用混凝土薄壳实现,同时还可以用钢结构网格实现,美国空军学院礼拜堂(Air force academy chapel)就是其中的经典之作。

美国空军学院礼拜堂是由SOM设计,设计之初饱受争议,但随着时间的推移,已经成为现代主义建筑的经典。

这座建筑有一大难点同时也是一大特点,就是不仅要在一个屋檐下同时容纳三种不同的宗教礼拜堂,一个有900个座位的新教教堂,一个有500个座位的天主教教堂和一个有100个座位的犹太教堂,同时还要作为美国空军学院的纪念碑。

因此,建筑师注定不能用传统信仰的外部特征来满足各种需求,因为各种信仰的典型外观风马牛不相及,甚至可能还是相悖的。于是通过与结构工程师的讨论与配合,最终决定以折板结构的形式,形成了一套全新的建筑语言将各种需求包容在了一起。

建筑高46米,长85米,宽26米。最初设计由19个方尖塔组成,后期因为预算原因减少到17个。为了降低施工难度同时控制造价,结构由100个相同完全相同的四面体组成,每个四面体长23米,重5吨。

四面体单元采用钢管桁架,铝板覆面。四面体单元间彼此空开0.3cm,在构架中形成窄缝,填充25mm厚的彩色马赛克玻璃,以增加其宗教元素。

介绍了两个国外项目,再来介绍一个国内的项目——青岛国际邮轮母港客运中心。

青岛国际邮轮母港客运中心由CCDI设计,建筑整体造型设计取意“风帆”,与美国空军学院礼拜堂一样采用了单元化拼接的方式。

建筑高度 23米,长338米,宽96米。钢屋盖结构采用变截面桁架折板结构,由18榀基本单元排列组成,每榀间距18 米。其中室内跨跨度为55米,室外跨跨度36米。

结构计算结果与折板框架的概念分析特点一致。首先由于折面的空间作用,结构侧向与竖向刚度均较大,Y向位移仅为允许位移的25%。其次,结构受力以轴力为主,但在结构折面转折处弯矩较大,此处为结构的主受力杆件,需要进行相应加强。

由于篇幅有限,这里就不一一介绍了,下面列举一些图片来撩一撩你。

今天介绍的折板撩到你了吗?有没有同学跃跃欲试想要做一个折板结构。

不管你有没有,反正我是有了。

参考文献:

1. Mobin Shah Masum. Folded Plate Structure

2. 罗午福. 建筑结构概念体系与估算

2. 刘旭静. 青岛邮轮母港客运中心钢屋盖的整体分析及复杂节点的有限元分析

3. 本文图片均来源于网络,版权属于原作者或网站

注:本文部分图片源于互联网,原始出处不详,其版权归原作者及原出处所有。如原版权所有者不同意转载,请及时联系我们,以便立即删除。

10/18-19·重庆:土木工程学科创新引智基地国际研讨会

10/20-22·重庆:第16届国际风工程与结构工程高级培训班

10/21-26·日本:日本装配式建筑工业化生产与建造技术研习考察团

10/26-27·长沙:从设计到实现——2018装配式建筑创新发展高峰论坛

★建筑结构荷载规范解密(第一季)开课啦!

★装配式混凝土结构设计研修班火热报名中!

★2018年企业学习年卡抢购

点击“此处”可查看建筑结构微信过往文章,也可通过关键词搜索你喜欢的内容。

建筑结构

减震技术

网上书店

长按识别二维码关注,喜欢就置顶哦!

合作/投稿/转载请加QQ:80327128或455323924

点击“阅读原文”报名参加“土木工程学科创新引智基地国际研讨会”。

欢迎关注中国建设科技集团微信

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
梅西净资产73.8亿元,成仅有的四位现役达到亿万身家的运动员之一

梅西净资产73.8亿元,成仅有的四位现役达到亿万身家的运动员之一

阿尔卑斯瞭望
2026-10-08 19:28:49
国内“豪华家轿”冠军车型:姜还是老的辣,月均销量超9900台

国内“豪华家轿”冠军车型:姜还是老的辣,月均销量超9900台

柳先说
2026-10-09 17:44:45
25年前越南GDP只比广西高出五十亿美元,如今扩大超过一千亿美元

25年前越南GDP只比广西高出五十亿美元,如今扩大超过一千亿美元

朱海平01
2026-09-27 14:35:05
杜兰特:很高兴能在中国赛迎来欧文的复出之战 期待与他同场竞技

杜兰特:很高兴能在中国赛迎来欧文的复出之战 期待与他同场竞技

北青网-北京青年报
2026-10-09 09:05:14
美籍华人发帖炮轰:中国引以为荣的扫码支付,真是最蠢的设计吗?

美籍华人发帖炮轰:中国引以为荣的扫码支付,真是最蠢的设计吗?

素衣读史
2026-10-08 01:23:20
懂车帝和华为多次交手

懂车帝和华为多次交手

未来之地
2026-10-09 16:41:55
中国代表在联合国批驳日本再军事化图谋

中国代表在联合国批驳日本再军事化图谋

界面新闻
2026-10-09 07:08:55
3年1.9亿!毒药合同啊!费城头号失败首发核心

3年1.9亿!毒药合同啊!费城头号失败首发核心

篮球实战宝典
2026-10-09 18:46:29
震惊!“小仙女”们集体发帖,怀念早年大方买单男生,网友一针见血:和娱乐圈怀念煤老板一样,怀念撒钱的冤大头

震惊!“小仙女”们集体发帖,怀念早年大方买单男生,网友一针见血:和娱乐圈怀念煤老板一样,怀念撒钱的冤大头

火山詩话
2026-10-08 06:54:27
首次访华就想给下马威?中国撤走仪仗队表明态度:想好了再来!

首次访华就想给下马威?中国撤走仪仗队表明态度:想好了再来!

一姐说军史
2026-10-09 13:59:47
美国FCC拟全面禁止中国实验室开展美用电子设备检测认证

美国FCC拟全面禁止中国实验室开展美用电子设备检测认证

EETOP半导体社区
2026-10-08 14:53:01
自有国情在,人多素质差

自有国情在,人多素质差

新浪财经
2026-08-11 21:13:37
小飞人陈妤颉暂时未达世锦赛标准,世界排名第43,望通过积分入围

小飞人陈妤颉暂时未达世锦赛标准,世界排名第43,望通过积分入围

杨华评论
2026-10-08 21:14:31
风向变了!中欧磋商在即,默茨马克龙密信曝光,正磨刀霍霍向中国

风向变了!中欧磋商在即,默茨马克龙密信曝光,正磨刀霍霍向中国

司马平邦
2026-10-09 19:16:23
驻日武官王庆简:潜伏在日本20年,出卖了无数军情,没料到最后竟被一个老习惯断送了性命

驻日武官王庆简:潜伏在日本20年,出卖了无数军情,没料到最后竟被一个老习惯断送了性命

磊子讲史
2026-09-16 18:16:40
万万没想到,身价千万独居北京的王曼昱,私下生活竟然出人意料?

万万没想到,身价千万独居北京的王曼昱,私下生活竟然出人意料?

阿代说事
2026-10-09 11:43:11
养路收费要变天?人民日报定调:油车电车都别慌

养路收费要变天?人民日报定调:油车电车都别慌

趣味萌宠的日常
2026-10-09 06:18:23
女知青生下儿子后返回城里,50年后,儿子到上海寻母亲当场泪崩

女知青生下儿子后返回城里,50年后,儿子到上海寻母亲当场泪崩

温情邮局
2025-05-28 14:45:51
“尊界V800刹车踏板支架断裂”冲上热搜,江淮汽车股价跌停

“尊界V800刹车踏板支架断裂”冲上热搜,江淮汽车股价跌停

澎湃新闻
2026-10-08 12:16:28
尊界官方回应“刹车门”:高于国标,实际场景正常,将优化部件,免费升级!网友:这不就是变相承认有缺陷?

尊界官方回应“刹车门”:高于国标,实际场景正常,将优化部件,免费升级!网友:这不就是变相承认有缺陷?

大白聊IT
2026-10-09 00:28:25
2026-10-09 20:04:49
建筑结构
建筑结构
1971年创刊,中文核心期刊
1806文章数 195关注度
往期回顾 全部

头条要闻

湖南一女局长被指出轨多人 当地成立调查组

头条要闻

湖南一女局长被指出轨多人 当地成立调查组

体育要闻

与C罗硬碰硬,一个72岁老人的倔强

娱乐要闻

吴奇隆宣布重要决定,走上谢霆锋老路

财经要闻

时隔12年,公募基金运作办法修订

科技要闻

华为小米手机同日涨价,最高涨1000元

汽车要闻

舒适体验全面升级/四驱版续航超700km 理想i6将于10月28日上市

态度原创

房产
手机
游戏
公开课
军事航空

房产要闻

475万人,猛增13.1%!国庆海南,又爆了?

手机要闻

国产手机集体涨价!部分机型涨千元,存储芯片让旗舰机真买不起了

PS5假手柄太严重!维修师警告:精英手柄配件也有高仿

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

直击南部战区海军某部重装空投训练

无障碍浏览 进入关怀版