折板结构-蟠龙天地市民体育活动中心

折纸的小实验

先来做一个折纸的小实验,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,纸成功托起了小蛋糕。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。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。

折板结构的受力机理

折板的外形可以有很多种,但实质上都是必须取得一个最佳的整体结构高度,以便支座之间大距离的跨越。但相应的,跨越两折之间的横向距离要短,不能过大。这样,无论是钢结构、木结构或是混凝土结构,板的厚度相对总跨度来说是很薄的。折板的纵向设计基本上与梁的设计类似,横向设计基本上与支承于折谷处的连续板或连续拱类似。

@结构概念与体系,林同炎

筒形薄壳要比折板更为有利,因为薄的弧形壳能跨越更长的横向距离,提供更少的竖向支承;且较大的结构高度使其能跨越支座间更长的纵向距离。这是由于对纵向设计而言筒形薄壳的力臂更大,同时由于弧形拱的作用,其横向弯矩较小。

折板结构按照结构体系可分为折面结构、折板框架、空间折板结构。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。

 

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。

 

 

折板在清水混凝土结构中的运用

折板结构在清水混凝土结构中得到了广泛的运用,它因干净、简洁的室内空间而广受建筑师的喜爱。

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mulimatt体育培训中心

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。

 

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崇明东滩湿地科研宣教中心

本建筑通过一系列“Y”形单元结构的幷置与变异,形成均质又富于变化的连续坡折屋顶,创造了一系列尺度差异的被覆盖空间。为了让混凝土结构以粗犷的方式存在于湿地环境中,建筑采用了30厘米宽的长条松木模板清水混凝土工艺来获得强烈的自然木纹模铸效果。

折板在空间钢结构中的运用

本工程为上海市青浦区蟠龙天地“城中村”改造项目的一市民体育活动中心,北临双联路,东临经二路,南面、西面是景观绿地 。总建筑面积1374.9平米,地上一层,地下局部一层,建筑高度10.0米。体育中心地上部分采用钢结构框架+支撑体系,屋盖为大跨度空间折板结构。

为满足建筑大空间的要求,钢柱主要沿建筑周边布置,并充分利用外墙的幕墙和门窗分割,尽量减小柱距。同时建筑的角部位置布置柱间支撑,以减小柱子的计算长度和水平地震和风荷载工况下的侧移,以达到尽量减小柱子截面,满足建筑室内不露柱的需求。当玻璃幕墙的长度较大时,在幕墙顶部位置设置竖向平面桁架实现跨越。外墙柱典型截面为口300×300、口200×200和口200×100。

在建筑的室内,中部位置设置一箱型钢柱,各方向外墙柱通过四榀竖向平面桁架支承在该箱型钢柱上。考虑到该箱型钢柱的受力较为关键,截面采用口300×300。

屋面采用镀锌板屋面,以尽量减轻屋面荷载。北侧最大的折板屋面,利用屋面造型在垂直于屋脊的方向,设置了空间三角桁架对屋面进行加强,以减小该区域的跨度和挠度。

建造过程

竣工效果

参考文献:

1、iStructure,对于大跨结构除了网格结构你还有一个选择—折板

2、崇明东滩湿地科研宣教中心 / 致正建筑工作室

项目信息

项目地址: 蟠龙天地,青浦区,上海市,中国

竣工年份: 2019

建筑面积:  1375㎡

建设单位:瑞安房地产有限公司

结构设计:上海筑致建筑设计咨询有限公司

钢结构施工:上海同程建设科技工程有限公司


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