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摘要：目前，建筑幕墻采用多種多樣的面板（詞條“面板”由行業(yè)大百科提供）材料和新的構成形式;為適應建筑功能和建筑藝術的各種要求，新的幕墻支承結構體系在建筑中得到應用。本文主要介紹一些新型建筑幕墻支承結構系統(tǒng)。
關鍵詞：建筑幕墻 幕墻支承結構 斜交網(wǎng)格結構（詞條“網(wǎng)格結構”由行業(yè)大百科提供） 空間剛架 索桿桁架（詞條“桁架”由行業(yè)大百科提供） 索網(wǎng) 懸掛體系
1 常規(guī)幕墻支承結構
常規(guī)幕墻的面板由正交的金屬橫梁和立柱支承。采用鋁型材時，橫梁與立柱采用螺栓連接; 采用鋼型材時，橫梁與立柱可以采用焊接或螺栓連接(圖1.1)。常規(guī)支承系統(tǒng)是鉸接或剛接的框架系統(tǒng)。
圖1.1 常規(guī)幕墻支承結構
2022年北京冬奧會速滑館的幕墻被稱為冰絲帶，由13道雙曲玻璃環(huán)疊成，玻璃面板（詞條“玻璃面板”由行業(yè)大百科提供）支承在階梯型的鋼曲梁上，鋼曲梁由斜向拉索支承(圖1.2，圖5.3)。
圖1.2 北京2022冬奧會速滑館，階梯型曲梁支承玻璃面板
通常建筑幕墻的支承結構多采用上述正交梁柱金屬框架系統(tǒng)。隨著建筑功能和建筑藝術要求的多樣化，新的結構形式得到更多的應用。
2 斜交網(wǎng)格結構
2.1 雙層斜交網(wǎng)格體系
早期一些幕墻工程直接將網(wǎng)架、網(wǎng)殼等屋面常用結構形式旋轉90度，用于支承幕墻面板。如鄭州裕達酒店的大堂和波士頓圖書館就采用了網(wǎng)架幕墻(圖2.1)。許多幕墻是屋面的自然延伸，也同樣采用了與屋面相同的雙層網(wǎng)殼結構（詞條“網(wǎng)殼結構”由行業(yè)大百科提供）(圖2.2-圖2.4)。
圖2.1 采用網(wǎng)架作為幕墻支承機構
圖2.2 北京植物園溫室采用雙層網(wǎng)殼支承幕墻
圖2.3 深圳機場T3航站樓雙層網(wǎng)殼支承玻璃和鋁板幕墻 圖2.4 上海徐匯雙層網(wǎng)殼玻璃球
圖2.5 北京大興國際機場，26萬平方米雙層雙曲網(wǎng)殼屋面
2.2 單層三向斜交網(wǎng)格體系
單層三向斜交網(wǎng)格系統(tǒng)用鋼量較省，施工方便，應用相當廣泛。
平面三向斜交系統(tǒng)可以單片使用,也可以組成折面和晶體形幕墻(圖2.6、圖2.7 )。
圖2.6 單片平面網(wǎng)格體系
圖2.7 多個平面組合的幕墻網(wǎng)格支承系統(tǒng)
曲面（詞條“曲面”由行業(yè)大百科提供）單層網(wǎng)格結構常為柱面和回轉面，但是更多的工程因建筑藝術的要求，會采用更為復雜的自由曲面(圖2.8)。
圖2.8 采用三向桿件網(wǎng)格結構的曲面玻璃幕墻
3. 剛架結構
3.1 平面剛架
三角形網(wǎng)格是穩(wěn)定的結構，所以桿件在節(jié)點處可采用鉸接。當采用多邊形分格時，必須采用焊接，形成幾何不變的剛架結構。
六邊形是可以填滿平面的幾何圖形之一，因此六邊形焊接鋼結構也常用于幕墻(圖3.1)。
圖3.1 六邊形蜂巢幕墻鋼結構
3.2 自由分格的剛架體系
由鋼筋混凝土或鋼構件剛性連接成為任意分格平面剛架或空間剛架可作為幕墻的支承結構體系(圖3.2、圖3.3)。
圖3.2 迪拜阿爾法塔幕墻由空間剛架支承
圖3.3 鋼筋混凝土構件剛架系統(tǒng)
由金屬構件和金屬面板可以構成變形的剛架式幕墻表皮結構(圖3.4、圖3.5)。
4.索桿支承體系
4.1 索桿桁架
索桿桁架由受壓的鋼桿和受拉的鋼索組成，有時拉索會固定在主體結構（詞條“主體結構”由行業(yè)大百科提供）上，這將使主體結構受到附加的拉力，主體結構設計時對這拉力應予考慮(圖4.1)。
圖4.1 索桿桁架
圖4.2 采用索桿桁架支承的工程
4.2 自平衡體系
采用受壓的中央桿件和兩側對稱的鋼索組成自平衡體系時，其壓桿的壓力與拉索的拉力自相平衡，不會對主體結構施加額外的荷載(4.3)。
圖4.4 自平衡體系
圖4.5 采用自平衡體系的幕墻
5.索結構
5.1 單向索結構
單向索結構應豎向布置以承受玻璃面板的重量，索拉力應控制最大撓度大約為跨度的1/50(圖5.1)。
圖5.1 單向索結構
單向布索的結構剛度（詞條“剛度”由行業(yè)大百科提供）較小,通常單跨索的跨度不超過18m。
圖5.2 采用單向索結構的幕墻工程
圖5.3 冰絲帶—北京冬奧會速滑館，單向斜索作為幕墻曲梁的第一道支承結構
5.2 平面索網(wǎng)結構
索網(wǎng)結構是有預拉力的拉索體系，對玻璃幕墻遮擋最小，深受建筑師歡迎。索網(wǎng)的拉力要作用在主體結構上，主體結構設計時應預加考慮。索網(wǎng)在大撓度下工作，通常控制撓度為跨度的1/40~1/60。
北京新保利大廈高度160m，索網(wǎng)晶面形，90mX70m，由三片平面索網(wǎng)組成。這是目前世界最大的單片索網(wǎng)玻璃幕墻(圖5.4)，兩根主索由150根15.2mm的鋼絞線組成，拉力達39000kN。
圖5.4 北京新保利大廈索網(wǎng)結構支承玻璃幕墻
通常索網(wǎng)分格不大于1.5m X 1.5m。索端部直接連接于主體結構或者通過彈簧連接器連接于主體結構。彈簧連接器在溫度變化時或地震時可以減少索拉力的突然變化。
圖5.5 采用平面索網(wǎng)支承的玻璃幕墻
現(xiàn)在平面索網(wǎng)幕墻已在工程中廣泛應用，部分項目見圖5.5。
5.3 曲面索網(wǎng)
能自然形成的曲面索網(wǎng)只有雙曲拋物面，即馬鞍形曲面一種(圖5.6)，它由彎曲（詞條“彎曲”由行業(yè)大百科提供）方向相反的兩組拉索疊合而成。
圖5.8 上海中國航海博物館(左)45m高雙曲拋物面索網(wǎng)(中)，右圖為拉索布置
要形成其他形狀的曲面，必須附加其他的輔助拉索。圖5.9為北京長安中心，要求形成兩個凹進的球面幕墻，球面無法由兩組拉索自然形成，所以在背面附加反向拉索。
圖5.9 北京長安中心雙球面玻璃幕墻
6.懸掛體系
幕墻系統(tǒng)由吊桿懸掛，吊桿上端固定在主體結構上，形成懸掛幕墻體系。
圖5.8 德國波恩國家郵電總局，幕墻構件懸掛在主體結構上
上海中心外幕墻為扭轉雙曲螺旋面，為了用平面玻璃板塊擬合這復雜的雙曲面，板塊必須層層退臺，左右錯縫。所以采用環(huán)梁支承，每12層至15層環(huán)梁為一組，由吊桿懸掛到樓面主體結構上(圖5.9)。
圖5.9 上海中心外幕墻，橫梁由吊桿成組吊掛在上部主體結構樓層上
7. 結語
我國已經(jīng)是世界上幕墻生產和應用量最大的國家，隨著大量超高層建筑和公共建筑的興建，建筑功能和建筑藝術對幕墻提出更高的要求，促使非常規(guī)的幕墻新型支承結構體系大量應用。我國幕墻設計水平和施工水平也會相應迅速提高。
作者單位：中國建筑科學研究院
