球形建筑“拼”出来了？装配式折板技术突破传统施工瓶颈，实验验证结构安全

“大跨度球形建筑施工，脚手架得搭3个月，混凝土现浇又重又慢！”传统混凝土球形结构因自重过大、装配率低、施工周期长，一直是工程界的“老大难”。近日，贵州大学空间结构研究中心团队在《Front. Struct. Civ. Eng.》发表研究，推出装配式整体式球形钢筋混凝土肋形折板结构——通过预制构件现场拼接、节点现浇成整体，既保留了球形结构的大跨度优势，又让施工效率大幅提升，实验与数值模拟双重验证了其承载性能，为体育馆、仓储库等大跨度空间建筑提供了新方案。

传统球形结构“施工难”：脚手架成“拦路虎”，装配率不足30%

为啥球形建筑施工总让人头疼？团队负责人解释：“传统球形混凝土结构要么全现浇，需要满堂脚手架，工期长达半年；要么纯预制，节点连接薄弱，刚度不足易开裂。”数据显示，我国大跨度球形建筑平均装配率不足30%，远低于政策要求的70%，“就像用乐高搭球体，零件拼好了却‘散架’，只能靠现场浇筑‘粘牢’，效率和整体性难以兼顾。”

随着装配式建筑政策推进，大跨度空间结构（如体育馆、会展中心）对“轻质、高强、装配化”的需求日益迫切。球形肋形折板结构因曲面受力合理、自重轻，成为理想选择——其“肋形”设计类似球面的“肋骨”，能通过折板刚度抵抗荷载，比平板结构承载力提高40%以上。但如何让这种结构“拼得快、连得牢”，一直是技术瓶颈。

创新工艺：预制“球瓣”现场“拼乐高”，现浇节点让结构“锁成整体”

团队创新“装配式整体式”工艺，把球形结构拆分成预制肋形折板（“球瓣”）和现浇节点，像拼乐高一样施工（Fig.2）：

• 预制“球瓣”工厂造：在工厂预制带肋折板构件，精准控制尺寸和钢筋布置，避免现场支模误差；
• 现场拼接“搭骨架”：将预制“球瓣”吊装到位，通过预留钢筋连接，形成球形框架，省去满堂脚手架；
• 现浇节点“锁整体”：在预制构件接缝处浇筑混凝土，让节点与“球瓣”形成整体受力体系，解决纯预制“易散架”问题。

“就像给球形结构装‘关节’，预制‘球瓣’是硬骨头，现浇节点是软骨，既灵活拼装又牢固传力。”团队成员形象比喻。

实验验证：从“裂缝分布”到“极限荷载”，结构性能“经住考验”

为验证结构安全，团队开展缩尺模型实验（Table1相似分析），按1:10比例制作球形折板结构模型，通过LVDTs（位移计）和应变片（Fig.3）监测受力性能：

加载测试：极限荷载达设计值1.2倍，裂缝“可控不蔓延”

加载过程中（Fig.4），结构先在预制与现浇节点处出现初始裂缝（Fig.5a），随着荷载增加，裂缝沿肋形折板发展，但未贯通（Fig.5b），最终极限荷载Pu远超设计值，“就像鸡蛋壳受力，裂缝虽有但整体不散，承载力足够安全。”

位移性能：变形“稳如泰山”，满足大跨度使用要求

荷载-位移曲线显示（Fig.6），结构在设计荷载下位移仅为极限状态的30%，“相当于篮球架扣篮后晃动幅度很小，证明刚度足够，不会让人在里面感觉‘晃悠悠’。”

数值模拟“神助攻”：有限元模型精准“复刻”实验，参数优化有依据

为避免反复实验成本高，团队用有限元模型（Fig.8）“电脑仿真”结构受力：

• 本构模型“接地气”：混凝土采用损伤模型、钢筋用弹塑性模型（Fig.9），精准模拟材料开裂和屈服；
• 网格优化“算得准”：对比不同网格尺寸发现，20mm网格既能保证精度，又不浪费计算时间（Fig.10）；
• 结果“高度重合”：有限元模拟的裂缝分布（Fig.11）、钢筋应力（Fig.12）、荷载-位移曲线（Fig.13）与实验结果几乎一致，“电脑里‘预演’一遍，就知道施工后安不安全，参数调整更有底气。”

通过参数分析（Table4），团队还给出设计建议：肋板厚度、钢筋配置等关键参数需根据跨度调整，“就像给不同体型的人‘量体裁衣’，确保结构既安全又省材料。”

应用前景：大跨度场馆、仓储设施“迎新选择”，助力装配式建筑发展

“这套技术特别适合10-50米跨度的空间建筑。”团队负责人表示，未来可用于体育场馆屋顶、大型仓储库、农业大棚等，“比如建一个30米跨度的羽毛球馆，用装配式球形折板，施工周期能从传统6个月缩到3个月，现场用工减少50%，还不用搭密密麻麻的脚手架，省钱又安全。”