折板结构与筒壳同时出现是薄壁空间体系的另一种形式。它是以一定角度整体联系的薄板体系。它受力性能良好,构造简单,施工比筒壳方便,模板消耗量少。它不仅用于屋盖结构,而且也在挡土墙、囤仓等工程中有一些应用。
我们常用的折板结构为预制预应力V形折板,它可以长线叠层生产,施工简便,节约模板。
1.结构形式与尺寸
折板结构的形式主要分为有边梁的和无边梁的两种。无边梁的折板由若干等厚度的平板和横隔构件组成,预制V形折板就是其中的一种。有边梁的折板一般为现浇结构,由板、边梁和横隔构件三部分组成,与筒壳类似,如图7-21a所示。边梁的间距l2通长也称为波长,横隔的间距l1称为跨度。
图7-21 折板的组成
折板结构可以有单波和多波的,单跨和多跨的,如图7-22所示。板的宽度一般不宜大于3.5m,厚度不超过10cm,否则板的横向弯矩过大,板厚增加,自重大,不经济。顶板的宽度应为(0.25~0.4)l2。波长l2一般不应大于12m,跨度l1可达27m,甚至更大。
多波板应做成同样厚度,对于现浇折板,其倾角不宜大于30°,坡度太大浇筑混凝土时须采用上下双面模板或喷射法施工。l1/l2≥1时称长折板;l1/l2<1时称为短折板。长折板的矢高f一般不小于(1/10~1/15)l1;短折板的矢高f1一般不小于1/8l2,见图7-21。
边梁与横隔构件的构造与筒壳类似。因折板结构的波长l2都在12m以内,横隔构件的跨度较小。所以,横隔构件多为横隔梁、三角形框架梁等形式。
壳板、边梁和横隔构件的空间协同工作与筒壳类似,见前图7-9。
图7-22 折板的形式
a)单波 b)多波
2.折板受力特点(www.daowen.com)
折板结构的波长l2一般不宜太大,实际工程中,跨度l1经常是波长l2的好几倍长,一般l1/l2都在5以上。因此,折板结构大多为长折板,它的受力特点与长筒壳类似,l1/l2≥3的长折板可按梁理论计算。现以图7-23所示的对称长折板为例进行分析。
3.折板工程实例(见图7-24)
以上介绍的筒壳和折板在受力性能上虽然比受弯构件合理,但是仍不能更充分发挥材料的作用。它们的跨度大约在30m以内是有利的。当跨度很大时宜采用双曲薄壳。双曲薄壳荷载是双向传递的,从而减少了壳体中的法向应力。双曲壳面不像筒壳那样可以展开,因此具有较大的抗弯刚度和较高的稳定性,壳板的厚度可以做得更薄,而且能覆盖的跨度又较大。如柱网为21m×12m的单层厂房屋盖(图7-25)采用双曲椭圆扁壳,壳厚为6cm,与12m×18m(l2×l1)的长筒壳锯齿屋盖(图7-26)相比,可节省混凝土26%,钢材32%。
双曲壳的形式很多,它特别适用于要求大空间的大跨建筑。下面介绍几种常用的双曲壳——圆顶壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。
图7-23 折板的受力分析
a)折板结构 b)折板横向计算简图 c)折板横向计算弯矩图 d)各板面之间的相互作用 e)折板结构纵向受力分析 f)折板纵向计算简图及断面应力图
图7-24 折板工程实例
图7-25 锯齿形双曲扁壳
图7-26 锯齿形筒壳
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