新型轻薄屋面的结构体系——板桁架技术

建筑师对轻薄的追求从未止步。然而，受制于技术、设计难度和造价，建成的既美观又稳固的轻薄建筑屈指可数。不过现在，在一项新技术的加持下，实线建筑师理想中的轻薄而平整的屋面成为了可能。

笔者在环元荡贯通桥项目中应用此技术实现了极致的轻薄效果。环元荡贯通桥（以下简称“元荡桥”）位于沪苏交界处，宛如一根丝带，联通着两岸的苏州吴江与上海青浦。

元荡桥连通上海青浦与江苏吴江两地

元荡桥全长586米，整体设计以“同心结”为理念，体现青浦与吴江两地同心共治的发展愿景。桥身造型如同一条缎带，其上揉和湖水柔波元素的桥上栏杆，与元荡湖上的盈盈水波交相呼应，形成和谐统一的生态景观体系。桥上景亭的灵感源自当地传统雕塑的太湖石景亭，犹如一颗璀璨的明珠，镶嵌于宛如玉带的元荡桥之上。 景亭设计采用参数化数字建模技术，创造了既是雕塑又是游乐场的多孔墙。

纵观整座元荡桥，景亭雨棚是它最大的亮点。 整个雨棚轻薄如飘带，在全长77m、端部悬挑4m的情况下，其厚度竟仅为100mm，边缘区域的厚度甚至缩小到了仅仅6mm。 配合直径89mm的极细支撑柱，远远望去，这座雨棚犹如一页被精心裁剪的宣纸漂浮于桥面纸上，薄如蝉翼，振翅欲飞。整个雨棚几乎看不见任何显眼的接缝或横梁，好似没有重量般地落在立柱之上，其对于“轻薄”与“平整”的体现远胜于之前提及的案例。为什么这悬挑4m的雨棚能做到几乎看不到厚度、看不到结构？ 这是因为该项目的结构设计师采用了一种可以同时胜任这两项要求的新技术： 板桁架 。

景亭空中视角

景亭雨棚薄如蝉翼

景亭建筑图设计示意

一、板桁架技术介绍

板桁架是上海泰大建筑科技有限公司研发的一种创新结构专利，通过钢材的有效利用，结合先进的精细化自动制造，形成一种工厂生产具备超强面内与面外刚度的超薄板式结构单元。 这是一种基于产品化思维，通过 极致设计和标准化的方式打造的一种用于轻薄屋面的技术方案， 相对于传统钢结构 + 上下铝板包覆的屋面设计方案具有明显优势。

板桁架横断面传力示意图

板桁架的主要特点就是超薄。之所以超薄，是运用了以下几项创新技术：

1)结构即建筑， 通过机加工等多种技术，保证面层平整美观，无需另做铝板装饰，从而节省了双面200mm左右的装饰层厚度。

2)面层即结构， 相比于分散布置的梁式结构而言，板式结构的面层钢板具备强大的刚度。

3)巧妙地W型腹板， 使得板桁架双向传力效应明显，大大提高了结构的整体效应。

因此，板桁架的建筑完成厚度可以做到 50mm~100mm， 边缘厚度甚至可以做到 5mm ，比常规结构动辄 300mm 以上的建筑完成厚度要轻薄许多。 100mm 的板桁架甚至具备 8m 的悬挑能力。

板桁架的第二个显著特点是连续的无缝外观，它的无缝外观甚至优于传统的铝板装饰方案，铝板拼缝处的硅胶由于年久老化易变形变色，影响外观，板桁架结构则无此顾虑，结构完成面可代替建筑面层直接使用，可在屋面、雨棚、廊桥等结构类型中广泛应用。

板桁架的第三个优点是支点布置灵活，由于板桁架具有良好的双向传力性能，建筑师可以根据空间要求灵活的布置立柱，而不必像常规梁式结构一样必须考虑与上部结构的关系。

对于造价与工期而言，相对于传统结构体系，板桁架在结构上面的支出虽然有所增加，但由于节省了装饰铝板的费用，综合造价基本不会增加。而且简单的现场工序可以大大降低甲方的工程管理复杂度，减少管理成本。板桁架采用标准化预生产，现场施工结构完成即宣告建筑完成，省却铝板装饰工序，现场施工工期亦可缩短50%。

正因超薄的厚度、丝滑无缝的表面与灵活的布置方式等凸出的优势，板桁架技术近几年便开始在许多新建的建筑项目里大放光彩。

两种结构的断面示意图

方案一

方案二

板桁架方案示意

板桁架悬挑长度与厚度示意

采用“板桁架”技术的杭州绿景堂雨棚

采用板桁架技术的某售楼处屋面（施工阶段）

板桁架实体示意

二、产品化的板桁架技术

使轻薄屋面的实施变得简单

板桁架技术可最大程度实现建筑师对于轻薄的追求。 为了使板桁架技术在更多的项目中发挥其轻薄的优势，我们将板桁架技术进行了产品化打造，大大降低了轻薄屋面的使用门槛。对于建筑师而言，在设计方案时变得简单，可以假定屋面为一块刚度很大的薄板，根据空间需要布置若干柱子即可。

板桁架典型设计

首先将结构设计标准化， 建立设计库，将部分标准化工作前置，借助高级分析软件编制有限元计算程序；同时，通过遗传算法获取最优的立柱布置方案，可最大程度的在建筑创作过程中快速评价结构的合理性和可实现度。

其次将生产标准化， 通过定制专用焊接设备，使得在保证焊缝质量的同时，可以做到自动化生产，降低生产成本，缩短生产工期。

通过结构设计及生产环节的标准化工作，具体项目设计和施工过程中，都可以较为快速的推进项目，使的超薄结构并不会由于难度过大而难产。

三、总结

建筑的本真美，是材料通过技术手段与重力的抗衡方式之美。纵观人类历史，建筑形制的改革，背后的力量是材料的发展和技术手段的进步。越来越轻薄的结构，事实上反应的是越来越高强度的建筑材料和越来越集成的技术手法。 板桁架，是一种技术，更是建筑师回归建筑本质的一条必然之路。 它所能释放的力学自由，是一种时代性的设计手法升级，我们希望运用这种技术和更多的建筑师一起探寻建筑理性的本质和感性的可能。