給建築師的表白——讓屋面板和樓板更薄

01-29

20170725更新：

感謝大家在評論區的激烈討論，下一篇我將繼續分享板桁架的造價、節點和施工方面的內容。

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感恩。

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導讀：很多建築師都希望在大懸挑或者大跨度的情況下，屋面板和樓板可以做到薄、更薄、超薄（成為建築大師，就差這樣一個代表作了，哈哈）。可是這對結構工程師來說，確實是很大的挑戰（臣妾做不到啊！）。

因為板的剛度和截面高度的三次方成正比，所以板厚度降低一點，剛度就會下降很多。怎麼解決這個問題呢？

請各位建築師聽我慢慢道來：

Step 1

— 我們發現了一個小問題 —

目前，不論是混凝土結構還是鋼結構，建築樓板和承重屋面板基本上只有現澆混凝土板一種形式，雖然能夠很好滿足一般建築需要，但在一些對外觀、實用性和工期要求較高的建築中，其不足就顯而易見了。

以混凝土結構為例，首先混凝土板需要現場濕作業，延長了施工工期，其次自重大，導致板跨度較小，板下部開間尺寸受到嚴格控制，主次梁的傳力模式與額外的建築面層更是減小了樓層的建築凈高（如圖1所示），大大限制了建築創造的範圍，不利於新穎別緻建築的誕生。

圖1：混凝土結構的主次梁

以鋼結構為例，網架結構（如圖2所示）是一種優秀的雙向傳力空間結構體系，經常被用於大懸挑結構。然而如圖3所示，1250的結構厚度，完成面卻需要2050。多出來的2050-1250=800mm為檁托、檁條、包邊龍骨等構件加起來的厚度。

圖2：傳統網架現場圖片

圖3：傳統網架厚度示意

小結

現在的問題是：屋面板和樓板太厚，尤其是在大懸挑和大跨度結構的時候，這限制了建築師的發揮。

Step 2

— 解決問題——用板桁架 —

建築師希望結構厚度較薄的時候，網架結構顯得無能為力。

為此，我們發明了一種板桁架結構系統——板桁架，並獲得了國家發明專利證書（如圖4所示）。板桁架是一種輕質超薄的空間傳力板系統，擁有足夠的強度和剛度，可以進行多向的懸挑，且無需濕作業，製作施工速度快。

圖4：板桁架發明專利

如圖5所示，兩側鋼板（3、4）既作為受力結構，又充當了圍護結構。

與現有技術相比，板桁架的有益效果是：工廠加工生產，現場拼裝，全過程無濕作業，大大縮短的施工周期；取消主次梁，厚度小，自重小，無需建築面層，增加了建築凈高；軸向受力，空間傳力，提高了板各向的強度、剛度和跨度，有利於幫助建築師實現設計意圖。

圖5：板桁架結構示意圖

圖6：弧線效果

此外，我們對結構進行了一系列的構造措施優化，以解決保溫、隔熱、防腐、設備管線走空腔等問題。

小結

板桁架是一種輕質超薄的空間傳力板系統，擁有足夠的強度和剛度，可以進行多向的懸挑，且無需濕作業，製作施工速度快。

Step 3

— 板桁架力學性能 —

我們來看看1.25m的結構厚度和2.05m（如圖3所示）的結構厚度的力學區別（對於同樣的用鋼量）：

強度：2.05/1.25=1.64，抗彎承載能力增加了64%！
剛度： 1/（2.05/1.25）2=0.37，位移將只有原來的37%！【大懸挑結構主要是位移控制】
而且，由於圍護鋼板都參與受力，剛度可以進一步大大提高！

結論：在同樣厚度的情況下，較之傳統網架，板桁架的強度和剛度更大。換言之，要達到同樣的強度和剛度設計指標，較之傳統網架，板桁架的厚度可以做的更小。

小結

要達到同樣的強度和剛度設計指標，較之傳統網架，板桁架的厚度可以做的更小。

Step 4

— 板桁架案例欣賞 —

此項目為日播活動中心，坐落在上海松江。整個建築盤旋而上，只有兩顆V型柱支撐。建築內部無鋼柱，幕牆立柱與結構柱統一設計。同時，樓板採用了 板桁架 專利技術，有一點弧線，建築效果比較飄逸。

圖7：板桁架應用案例圖示1

圖8：板桁架應用案例圖示2

圖9：板桁架應用案例圖示3

圖10：板桁架應用案例圖示4（內部無鋼柱）

圖11：板桁架應用案例圖示5（內部無鋼柱）

圖12：板桁架應用案例圖示6（V形柱）

圖13：板桁架應用案例圖示7

小結

適合應用板桁架的建築：

大懸挑：同時也要顯得薄的結構，比如懸挑樓層......
大跨度：同時也要顯得薄的結構，比如連廊......

備註：板桁架發明專利所有者為上海泰大建築科技有限公司。泰大建築，極致設計。

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