首先請大家來和小i做個小實驗，如下圖所示。我們將一張紙支在兩本書之間模擬一個大跨結(jié)構(gòu)，隨后在上面放一塊小蛋糕，紙隨即塌了下去；而當我們將同一張紙經(jīng)多次折疊，形成折板后，再將小蛋糕放在上面，紙成功得托起了小蛋糕。

紙還是那張紙，蛋糕還是那個蛋糕，為什么將紙折疊后剛度會有如此大的提升呢？

折疊前紙可以看做一塊平板，由于紙非常薄，因此抗彎剛度很?。欢斘覀冋郫B紙形成折板時，就形成了空間結(jié)構(gòu)，通過空間形抗作用，大幅提高了結(jié)構(gòu)的整體剛度。在大自然中，利用折板原理的例子也有很多。

折板結(jié)構(gòu)與殼體結(jié)構(gòu)同屬薄殼空間結(jié)構(gòu)，因此二者有相似之處，都是利用了形的作用提高整體剛度。

折板結(jié)構(gòu)由平面板組成，其內(nèi)力分析雖然比曲面的殼體結(jié)構(gòu)簡單，但折板結(jié)構(gòu)并非完美的拱線，因此其中不可避免地涉及彎曲應(yīng)力，這是與以薄膜應(yīng)力為主的殼體結(jié)構(gòu)有主要的區(qū)別。

典型的折板結(jié)構(gòu)主要由三部分組成，折板、邊梁、橫隔。折板主要起承重及維護作用；邊梁連接相鄰折板，加強折板的縱向剛度，同時增加折板的平面外剛度；橫隔一般布置在端部，使折板結(jié)構(gòu)形成幾何不變體系，并作為折板邊梁的縱向支座。

折板結(jié)構(gòu)按照結(jié)構(gòu)體系可分為折面結(jié)構(gòu)（folded plate surface）、折板框架（Folded plate frame）、空間折板結(jié)構(gòu)（Spatial folded plate）。按折面形式又可以分為V形折板、多折折板、錐形折板、角錐折板、組合折板等。

V形折板是最典型的折板形式，為了簡單理解其受力特點，可從橫向和縱向分別考察。橫向可將折板看做一個帶褶的連續(xù)板,支承在嵴線和谷線一高一低的支點上，估算時可取1m寬板帶作為計算單元，按照多跨連續(xù)板進行內(nèi)力分析?？v向可以看做一個V形截面梁，估算時可取一個V形單元，按深梁進行分析。

錐形折板也是折板眾多形式中常見的一種，受力特點和V形折板類似。但由于折板抗彎剛度的控制截面是在跨中，而此處折板的高度并不是最高，因此錐形折板結(jié)構(gòu)的效率沒有V形折板高。

角錐折板又稱折板桁架，這個名稱就暗示了其受力特點近似于桁架。我們可將嵴線看做桁架上弦承受受壓，四周的環(huán)梁為桁架下弦承受拉力，折板斜向交線為桁架腹桿傳遞剪力?？梢娊清F折板與前兩種折板形式受力不同，為三維受力體系。

折板框架的屋面與立面均由折板組成，相互剛性連接。每個單元受力介于框架和拱之間，構(gòu)件內(nèi)主要以軸力為主，但在交接轉(zhuǎn)折的地方彎矩較大，因此需要在頂部與中部轉(zhuǎn)折的部分設(shè)置剛性梁，對此部分進行加強。

由于折板結(jié)構(gòu)造型富有表現(xiàn)力、受力合理、施工便利的特點，受很多建筑師與結(jié)構(gòu)工程師的喜愛，被用在很多經(jīng)典項目中。接下來小i就挑選了其中幾個，與大家一起欣賞。

本項目是由瑞士建筑師Livio Vacchini（1933-2007）設(shè)計的最后一件作品。建筑師希望能夠使結(jié)構(gòu)外露，在能夠表達結(jié)構(gòu)美感的同時還要做到堅固耐用，并且由于視野高處有火車通過可看到建筑屋面，因此建筑師還希望立面和屋面的結(jié)構(gòu)形式可以形成一個整體。根據(jù)建筑師的要求，最終采用了混凝土折板框架。

建筑長80米，寬55米，內(nèi)部為無柱空間。結(jié)構(gòu)墻面和屋面均采用V形折板，由27個單元組成，每個單元又是由兩組V形墻面與一組V形屋面組成。折板采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土，屋面板厚度僅16cm，內(nèi)設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼絞線。通過采用自密實混凝土并施加預(yù)應(yīng)力，提高混凝土的防水性和耐久性。

由于結(jié)構(gòu)外翻，幕墻在結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)側(cè)，內(nèi)外就形成了相對獨立的空間。建筑內(nèi)部被分隔為多個體育場館和多功能廳，同時頂部吊頂，因此人在內(nèi)部感覺不到復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，不會因此而分神。而外側(cè)又極賦結(jié)構(gòu)張力，吸引行人的眼球。

這里折板不僅僅是結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件，它作為建筑表達的重要組成部分，使得外立面作為整個建筑的皮膚，成為一個雕塑。

從中不僅能看到結(jié)構(gòu)工程師高超結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，同時也體現(xiàn)了建筑師和結(jié)構(gòu)工程師之間的密切配合。

折板結(jié)構(gòu)不僅可以用混凝土薄殼實現(xiàn)，同時還可以用鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)格實現(xiàn)，美國空軍學(xué)院禮拜堂（Air force academy chapel）就是其中的經(jīng)典之作。

美國空軍學(xué)院禮拜堂是由SOM設(shè)計，設(shè)計之初飽受爭議，但隨著時間的推移，已經(jīng)成為現(xiàn)代主義建筑的經(jīng)典。

這座建筑有一大難點同時也是一大特點，就是不僅要在一個屋檐下同時容納三種不同的宗教禮拜堂，一個有900個座位的新教教堂，一個有500個座位的天主教教堂和一個有100個座位的猶太教堂，同時還要作為美國空軍學(xué)院的紀念碑。

因此，建筑師注定不能用傳統(tǒng)信仰的外部特征來滿足各種需求，因為各種信仰的典型外觀風(fēng)馬牛不相及，甚至可能還是相悖的。于是通過與結(jié)構(gòu)工程師的討論與配合，最終決定以折板結(jié)構(gòu)的形式，形成了一套全新的建筑語言將各種需求包容在了一起。

建筑高46米，長85米，寬26米。最初設(shè)計由19個方尖塔組成，后期因為預(yù)算原因減少到17個。為了降低施工難度同時控制造價，結(jié)構(gòu)由100個相同完全相同的四面體組成，每個四面體長23米，重5噸。

四面體單元采用鋼管桁架，鋁板覆面。四面體單元間彼此空開0.3cm，在構(gòu)架中形成窄縫，填充25mm厚的彩色馬賽克玻璃，以增加其宗教元素。

介紹了兩個國外項目，再來介紹一個國內(nèi)的項目——青島國際郵輪母港客運中心。

青島國際郵輪母港客運中心由CCDI設(shè)計，建筑整體造型設(shè)計取意“風(fēng)帆”，與美國空軍學(xué)院禮拜堂一樣采用了單元化拼接的方式。

建筑高度 23米，長338米，寬96米。鋼屋蓋結(jié)構(gòu)采用變截面桁架折板結(jié)構(gòu)，由18榀基本單元排列組成，每榀間距18 米。其中室內(nèi)跨跨度為55米，室外跨跨度36米。

結(jié)構(gòu)計算結(jié)果與折板框架的概念分析特點一致。首先由于折面的空間作用，結(jié)構(gòu)側(cè)向與豎向剛度均較大，Y向位移僅為允許位移的25%。其次，結(jié)構(gòu)受力以軸力為主，但在結(jié)構(gòu)折面轉(zhuǎn)折處彎矩較大，此處為結(jié)構(gòu)的主受力桿件，需要進行相應(yīng)加強。

由于篇幅有限，小i這里就不一一介紹了，下面列舉一些圖片來撩一撩你。

今天小i介紹的折板撩到你了嗎？有沒有同學(xué)躍躍欲試想要做一個折板結(jié)構(gòu)。

不管你有沒有，反正我是有了。

參考文獻：

1. Mobin Shah Masum. Folded Plate Structure

2. 羅午福. 建筑結(jié)構(gòu)概念體系與估算

2. 劉旭靜. 青島郵輪母港客運中心鋼屋蓋的整體分析及復(fù)雜節(jié)點的有限元分析

iStructure的初衷是分享建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的見聞、優(yōu)秀的設(shè)計和自己一些的思考，向更多人呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計有趣的一面。