首先請大家做個小實驗，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構，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，因此抗彎剛度很小；而當我們折疊紙形成折板時，就形成了空間結構，通過空間形抗作用，大幅提高了結構的整體剛度。在大自然中，利用折板原理的例子也有很多。

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

折板結構由平面板組成，其內力分析雖然比曲面的殼體結構簡單，但折板結構并非完美的拱線，因此其中不可避免地涉及彎曲應力，這是與以薄膜應力為主的殼體結構有主要的區別。

典型的折板結構主要由三部分組成，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，使折板結構形成幾何不變體系，并作為折板邊梁的縱向支座。

折板結構按照結構體系可分為折面結構（folded plate surface）、折板框架（Folded plate frame）、空間折板結構（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板,支承在脊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，按照多跨連續板進行內力分析。縱向可以看做一個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，因此錐形折板結構的效率沒有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。我們可將脊線看做桁架上弦承受受壓，四周的環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。可見角錐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，構件內主要以軸力為主，但在交接轉折的地方彎矩較大，因此需要在頂部與中部轉折的部分設置剛性梁，對此部分進行加強。

由于折板結構造型富有表現力、受力合理、施工便利的特點，受很多建筑師與結構工程師的喜愛，被用在很多經典項目中。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）設計的最后一件作品。建筑師希望能夠使結構外露，在能夠表達結構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構形式可以形成一個整體。根據建筑師的要求，最終采用了混凝土折板框架。

建筑長80米，寬55米，內部為無柱空間。結構墻面和屋面均采用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。折板采用預制預應力混凝土，屋面板厚度僅16cm，內設預應力鋼絞線。通過采用自密實混凝土并施加預應力，提高混凝土的防水性和耐久性。

由于結構外翻，幕墻在結構構件內側，內外就形成了相對獨立的空間。建筑內部被分隔為多個體育場館和多功能廳，同時頂部吊頂，因此人在內部感覺不到復雜的結構形式，不會因此而分神。而外側又極賦結構張力，吸引行人的眼球。

這里折板不僅僅是結構承重構件，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。

從中不僅能看到結構工程師高超結構設計水平，同時也體現了建筑師和結構工程師之間的密切配合。

折板結構不僅可以用混凝土薄殼實現，同時還可以用鋼結構網格實現，美國空軍學院禮拜堂（Air force academy chapel）就是其中的經典之作。

美國空軍學院禮拜堂是由SOM設計，設計之初飽受爭議，但隨著時間的推移，已經成為現代主義建筑的經典。

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院的紀念碑。

因此，建筑師注定不能用傳統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馬牛不相及，甚至可能還是相悖的。于是通過與結構工程師的討論與配合，最終決定以折板結構的形式，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。最初設計由19個方尖塔組成，后期因為預算原因減少到17個。為了降低施工難度同時控制造價，結構由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設計，建筑整體造型設計取意“風帆”，與美國空軍學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。鋼屋蓋結構采用變截面桁架折板結構，由18榀基本單元排列組成，每榀間距18 米。其中室內跨跨度為55米，室外跨跨度36米。

結構計算結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，結構側向與豎向剛度均較大，Y向位移僅為允許位移的25%。其次，結構受力以軸力為主，但在結構折面轉折處彎矩較大，此處為結構的主受力桿件，需要進行相應加強。

由于篇幅有限，這里就不一一介紹了，下面列舉一些圖片來撩一撩你。

本文來源iStructure公眾號

作者：PP