折板结构

折板结构是个新的东西,不属于历史的形式,在日常用品中只有折叠屏风和手风琴的风箱使人联想到类似的原理,少数植物生长有肋状主脉或扇形叶片。在自然界其他地方还很少看到与折板相似的结构物。因此;难以用历史上的或自然界的类似物体来说明这个概念,一些理论性介绍还是无法避免的,最好是用一系列的模型实验来说明问题。

一张纸由于没有一点弯曲强度,搁在两块板边之间就会掉下来。如果将这张纸沿着它的跨度方向打成许多平行的折,象手风琴的风箱那样,就有了强度。这种形状的纸足能承受百倍于其自重的分量。

如果荷重增大到突变点,这个结构就由于折页下坍。有一个简单的方法可制止折页的坍坏,即在纸张的两端用一条硬纸板加强,这张折叠的纸就能承受更大的荷重这是假定加劲搁在支座上面,在折板结构中这类横向加劲板非常重要。

纸模型的性能和足尺结构物相符。但是,必须增强材料的弯曲强度,这就是要同时能抗拉、抗压、抗剪。在理论上,没有理由不用木材。但是,在实践中,很难制造大块的木板,同时板脊和板谷的细部设计太复杂。因此,至今相当少的折板结构是木制的。由于钢和铝的强度高,所用的戴面薄,对于制造折板结构所需要的大尺寸的板,可能会有发生局部屈服的危险,除非采用特制的双层板。在这方面的发展还仅仅是个开端。所以,目前只用钢筋混凝土制造折板结构,它是较理想的材料。

为了易于分析,折板的作用可以分为三部分:

1.左横向,折线之间板的作用

在横向,折板的作用象一个带褶的连续钢筋混凝土板。它横跨一系列一高一低的支点。可以假定那些就是板的支点,因为上面板脊和下面板谷的折角具有加劲作用。

图源 Curt Siegel 《 Structure and Form in Modern Architecture 》

2.在纵向,平行于折线的板所起的作用

折线板脊和板谷作为支座,承当从连续褶板传来的荷重。这些荷重分解成为分力,分力的大小由基本斜板的斜度来确定,折板就是由这些斜板所组成的。这些基本斜板可以假定为互相依靠的薄腹深梁在纵向跨越两个端点支座之间。这些深梁的强度随着板的高度而增加,也就是随着基本板的斜度及其投影高度而增加。如果斜度太小,板作为整体就失去它的有效性。在典型条件中,以简支梁来类推也足够准确,可以实验证明。但是,折板端部的板或是不对称的折板就不能按简支梁考虑。在这种情况下,邻接的基本板的两个边的变形趋势不同,但是这种对向的趋势被板脊和板谷的连续性所抵制。典型空间结构的安全度是比按平面弯曲设计的结构优越,这才真正发挥了作用。

图源 Curt Siegel 《 Structure and Form in Modern Architecture 》

3.横向加劲板的作用

加劲板的作用是将折板在支座处牢固地结合在一起,假如折角被压扁,板的高度将降低,结构将坍坏。最简单而又可靠的加劲板是一个连续的完全封住折板端部的膜板,这种膜板有效地保持折板的形状不变。

图源 Curt Siegel 《 Structure and Form in Modern Architecture 》
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