板桁架——超薄屋面结构的解决方案
板桁架——超薄屋面结构的解决方案
板桁架作为一种创新的建筑结构解决方案，以其超薄、轻质和高强度的特点，在现代建筑领域展现出独特优势。本文将详细介绍板桁架的工作原理及其在多个实际项目中的应用案例，探讨其在建筑美学与工程实践中的创新价值。
在当今追求极致纤薄设计的时代，建筑行业也在不断探索更薄、更轻的结构解决方案。日本静冈的Coeda House咖啡馆和美国加利福尼亚州的Steve Jobs Theater等建筑，通过采用极薄屋面设计，展现了建筑的轻盈与通透之美。然而，高昂的造价限制了这类设计的大规模应用。
图 1 Coeda House
图 2 Steve Jobs Theater
在国内，传统的屋面结构通常采用钢梁形式，并在外包覆铝板（图 3）。这种结构虽然稳定，但自重较大，厚度也相对较高。因此，寻找更轻薄的替代方案成为建筑行业的重要课题。
图 3 传统屋顶构造形式
板桁架是一种专门针对大跨度屋面的创新结构体系。通过在两块平行钢板中间焊接W型腹板，形成双向传力结构系统，使得结构具有良好的受力性能。同时，板桁架的围护钢板参与受力，进一步增强结构的承载性能。对于无其他装饰需求的项目，只需在上下弦板表面涂刷薄薄一层氟碳漆，对厚度的影响几乎可忽略。
图 4 板桁架
图 5 板桁架内部结构
上海青浦元荡桥的桥面飘板采用了超薄板桁架屋面与超细立柱相结合的设计，屋面与立柱连接位置的厚度仅有100mm，而边缘厚度最薄可达到6mm。这种轻巧的设计理念，使得整座桥在视觉上更加轻盈、灵动。此外，板桁架屋面与立柱连接的位置进行了抗震节点加强措施，增强了整体结构的空间稳定性，同时保证了结构的侧向刚度。板桁架参与的多个项目都得到了国内外的认可并获得了著名奖项，充分展现了其在工程建设领域的卓越贡献。
(a)日景图
(b)夜景图
图6 元荡桥上的桥顶飘板
除上海外，板桁架在全国也有多个项目落地，例如武义星光美术馆、郑州北龙湖城市展厅、海宁德俊总部雨棚、杭州绿景堂雨棚等，如图7~10所示。
图7 武义星光美术馆
图8 郑州北龙湖城市展厅
图9 海宁德俊总部雨棚
图10 杭州绿景堂雨棚
以星光美术馆为例，具体分析板桁架在屋面结构上的实际应用。星光美术馆位于浙江武义市，是一个城市微更新项目，原址为当地的老年活动中心。为了在保留老年活动中心原有功能的基础上增加一定的开放空间，建筑设计师采用了板桁架对建筑进行改造。板桁架在工厂加工时进行了开槽处理，使得玻璃幕墙顶部可以嵌入板桁架内。虽然幕墙开槽对结构强度造成了很大的影响，结构最终完成厚度仍然仅有150mm(边缘厚度为70mm)，充分展示了板桁架卓越的抗弯刚度和强度。而支撑板桁架的立柱仅为83mm，实现了超薄屋面和超细立柱的整体效果。此外，板桁架内部设置了一些圆形灯控，并预先埋设了电线管，使得板桁架底部保持在一个完整的平台，从而增强了结构整体的简洁通透。板桁架的精细加工和结构优化，使得整个建筑看起来轻盈而富有设计感。
图11 超细立柱
图12 星光美术馆夜景
通过上述案例，板桁架充分展现了其在建筑屋面设计中超薄和高强的特点，相信这一创新结构未来能为建筑师在建筑的设计重提供更多的思路和选择方案。