“某3000㎡球形体育馆传统施工，脚手架成本超120万，工期6个月；改用装配式折板技术后，无脚手架施工，工期缩至3个月，综合成本降15%！”大跨度球形建筑因美观与大空间优势，广泛应用于体育馆、会展中心等场景，但传统施工依赖满堂脚手架，存在工期长、成本高、安全风险大等痛点。近日，贵州大学空间结构研究中心团队在《Front. Struct. Civ. Eng.》发表研究，推出装配式整体式球形钢筋混凝土肋形折板结构——通过预制“球瓣”构件现场拼接、节点现浇成整体，实现“去脚手架化”施工，实验与数值模拟双重验证其承载性能满足设计要求，为大跨度空间建筑提供了高效解决方案。

行业痛点：传统球形建筑施工的“三重困境”

传统球形混凝土结构施工长期面临“脚手架依赖、工期冗长、成本高企”的三重困境：

• 脚手架“吞金兽”：一座30米跨度球形场馆，需搭设满堂脚手架超1000吨，钢管租赁、搭设及拆除成本占总造价15%-20%，某项目曾因脚手架坍塌导致3人受伤，直接损失超500万元；
• 工期“拖延症”：脚手架搭设与拆除占总工期40%，某会展中心项目因雨季来临，脚手架未及时拆除导致混凝土浇筑延误，工期延长2个月，违约金超800万元；
• 装配率“达标难”：我国要求2025年新建建筑装配率不低于75%，但传统球形结构装配率不足30%，纯预制结构又因节点连接薄弱，易出现“拼而不整”问题，刚度不足导致开裂风险增加。

这些痛点倒逼技术创新，而球形肋形折板结构因曲面受力合理（比平板结构承载力高40%）、自重轻（减重30%），成为理想突破口——但如何实现“高效装配+整体刚度”统一，一直是行业难题。

技术创新：预制“球瓣”拼积木，现浇节点锁整体

团队创新“装配式整体式”工艺，将球形结构拆解为预制肋形折板（“球瓣”） 和现浇连接节点，像拼乐高一样施工（Fig.2）：

• 工厂预制“标准件”：在工厂精准预制带肋折板构件，钢筋骨架与混凝土强度严格控制（混凝土抗压强度达C40，Table2），尺寸误差≤5mm，避免现场支模的“粗放式”误差；
• 现场吊装“搭骨架”：用起重机将预制“球瓣”按编号吊装，通过预留钢筋穿插连接，20天即可完成球形框架搭设，全程无需脚手架，“就像给球体搭‘肋骨’，每块‘球瓣’自带定位销，拼合精度达毫米级”；
• 节点现浇“强连接”：在预制构件接缝处绑扎附加钢筋、浇筑高性能混凝土，形成“预制+现浇”整体受力体系，解决纯预制结构“节点软、易开裂”问题，节点区钢筋应力实测值与设计值误差≤8%（Fig.12）。

实验验证：缩尺模型“扛住”1.2倍极限荷载，裂缝“可控不蔓延”

为验证结构安全，团队按1:10比例制作缩尺模型（Table1相似分析），通过LVDTs位移计（Fig.3a）和应变片（Fig.3b-d）监测受力性能：

• 极限荷载达标：加载测试显示（Fig.4），结构初始裂缝出现在预制与现浇节点处（Fig.5a），随荷载增加，裂缝沿肋形折板发展但未贯通（Fig.5b），最终极限荷载Pu达设计值的1.2倍，远超安全储备要求；
• 变形性能稳定：荷载-位移曲线（Fig.6a）显示，设计荷载下最大位移仅为极限状态的30%，且卸载后残余变形＜5%，“相当于满场观众晃动时，穹顶位移＜5cm，完全不影响使用舒适度”。

数值模拟：有限元模型“预演”受力，精度达92%

为避免反复实体实验成本高，团队构建有限元模型（Fig.8）“电脑仿真”结构受力：

• 本构模型“接地气”：混凝土采用损伤模型（模拟开裂）、钢筋用弹塑性模型（模拟屈服）（Fig.9），精准还原材料性能；
• 网格优化“提效”：对比5mm、10mm、20mm网格尺寸发现，20mm网格既能保证裂缝分布（Fig.11）和钢筋应力（Fig.12）计算精度，又将计算时间从3天缩至12小时（Fig.10）；
• 结果高度吻合：模拟荷载-位移曲线（Fig.13）与实验数据误差≤8%，验证了模型可靠性，可用于实际工程参数优化（Table4）。

应用价值：工期缩短50%、成本降15%，大跨度建筑迎新选择

新技术在成本效益上优势显著：与传统工艺对比，**工期缩短50%**（6个月→3个月），**现场用工减少60%**（100人→40人），脚手架成本全免（节省120万/场馆），综合造价降低15%-20%。适合10-60米跨度空间建筑，如体育场馆、仓储库、农业大棚等。

“某县级体育馆项目采用该技术后，提前3个月竣工，避免雨季施工损失，获评省级装配式建筑示范工程。”团队负责人表示，未来结合BIM技术优化预制构件拆分，效率有望再提升20%。

来源: FrontCIVlL