建筑界的"贝壳难题"：传统折板结构的痛点

你可能见过机场、体育馆的曲面屋顶——像贝壳一样优雅，但传统曲面混凝土结构施工复杂、成本高，还容易因层间结合不牢出现开裂。而另一种常见的V型折板结构，虽然设计简单，但刚度不足，施工时现场浇筑还会产生大量粉尘污染。怎么办？我国贵州大学团队研发了一种装配式整体式球形钢筋混凝土肋折板结构（AMRRFS），既像贝壳一样坚固美观，又能工厂预制减少污染，还通过实验验证了其力学性能。

从"V型"到"球形"：结构升级的"秘密武器"

AMRRFS的灵感来自贝壳的天然曲面——这种球形设计比传统V型折板更稳定，刚度更高。更关键的是，它采用“预制+现浇”模式：工厂提前生产带肋的折板构件，运到现场后用高强混凝土浇筑连接部位，既保留了装配式建筑的环保（减少现场浇筑污染）、高效（缩短工期）优势，又通过现浇连接保证整体刚度。

实验室里的"压力测试"：它到底有多强？

为验证性能，团队做了1:6比例的缩尺模型实验。测试分三阶段：先模拟自重加载，再逐步加到设计荷载（5kN/m²），最后超载直到破坏。结果发现：

• 弹性阶段：加载到设计荷载时，最大变形仅0.95mm（跨高比1/3157），比规范限值还小，说明刚度足够；
• 超载阶段：当荷载加到10.5kN/m²（超设计荷载1倍多）时，结构因“预制-现浇”界面严重开裂而失效，但全过程变形仅9.08mm，相当于一张A4纸的厚度，远低于传统结构；
• 裂缝规律：初始裂缝出现在次脊梁和肋板底部，随着荷载增加，裂缝沿“预制-现浇”界面扩展，最终导致整体失效。

数值模拟+参数优化：给设计画"红线"

为了推广应用，团队还建立了有限元模型，模拟结果和实验高度吻合。通过参数分析，他们找到了结构设计的“最佳配比”：

• 整体高度：建议取跨度的1/7~1/5（比如跨度30米，高度4.3~6米），太矮会导致刚度不足；
• 肋高：取跨度的1/65~1/50（30米跨度，肋高0.46~0.6米），过矮会削弱整体刚度，过高则增加自重；
• 配筋率：所有板类构件最小配筋率需超1.0%（每平方米至少配10kg钢筋），能有效延缓界面开裂；
• 次脊梁高度：取跨度的1/34~1/30（30米跨度，次脊梁高0.88~1米），过矮会降低对板的约束能力。

未来：从实验室到工地的"最后一公里"

目前，AMRRFS的实验和模拟数据已为工程设计提供了明确指导。团队表示，下一步将研究其长期耐久性（如抗冻融、抗碳化），并探索更多工业废料（如矿渣）在预制构件中的应用，进一步降低成本、提升环保性。这种结构未来或可用于大型仓库、体育馆等需要大跨度、高颜值屋顶的建筑，让“贝壳”式屋顶从昂贵的“艺术品”变成经济实用的“工业品”。

来源: FrontClVlL