[分享]玻璃幕墙张拉索杆支承结构体系的应用

时间: 2020-07-29 11:13 阅读: 次大中小

张拉索杆支承结构支承的点式玻璃幕墙因其通透晶莹、轻盈简洁的优点在全国范围内得到了迅猛发展，在商业、公共和办公建筑中广泛应用。玻璃幕墙中常用的张拉索杆支承结构形式主要包括索桁架、自平衡索桁架、张弦结构、平面索网、曲面索网、单向竖索等。

1 索桁架结构

索桁架自身通常呈对称形态，由一系列张力索和受压钢杆共同构成，张力索的上下两端均锚固于主体结构之上。幕墙支撑跨度较大时，常采用多段折线索桁架，多段折线索可形成弧线型或反复交叉型（图1）；索桁架跨度较小时，可采用三段折线或四段折线索桁架，三段折线索桁架常见的形式有鱼腹式和鱼尾式两种（图2）；四段折线索桁架通常呈弧线型或反复交叉型。

(a)江苏信息大厦（弧线型）

(b)上海大剧院（反复交叉型）

图1 多段折线弧形索桁架

鱼腹式

鱼尾式

图2 南京国际会议展览中心三段折线式索桁架

索桁架可在立面幕墙中竖向放置或水平放置使用，也可在斜幕墙（图3）或采光顶（图4）中使用；在圆形采光顶中可通过中间的刚性轮盘形成轮辐式索桁架（图5）。

图3 天津泰丰植物园金字塔斜幕墙区格内四段折线索桁架

图4 井冈山革命博物馆索桁架采光顶

图5 北京兴融中心轮辐式索桁架采光顶

2 自平衡索桁架结构

当主体结构无法承受索桁架中拉索拉力时，可将索桁架设计成梭形、在中部沿纵向设置粗刚性压杆。拉索两端锚固于刚性压杆，其本身形成张力自平衡体系（图6）。

(a)迪拜BIG5展厅

(b)飞亚达大厦

图6 自平衡索桁架

3 张弦结构

张弦结构是由拉索、撑杆和刚性弦杆组合而成的自平衡体系。张弦结构中的拉索通常呈单向弧线形态，索中拉力会产生面外的推力，需要由恒定的垂直向荷载平衡该推力。因此，张弦结构常用在采光顶（图7）或斜幕墙（图8）中。

图7 迪拜某商场双向张弦梁采光顶

图8 张弦结构在金字塔幕墙建筑中的应用

平面投影呈弧形的竖直立面幕墙，可在水平方向设置弧形索平衡张弦结构索中张力引发的面外推力（图9）。

图9 张弦结构在平面投影

4 平面单层索网结构

单层索网幕墙结构由纵横双向钢索交叉组合后承受外部荷载。绷紧的索网在承受外荷载时产生面外变形，索中张力增加，依靠变形后的索力在面外方向的分量来抵抗外荷载。单层索网幕墙结构通透性良好，应用广泛。如中关村文化商厦（图10）平面单层索网幕墙高约70m，宽为27m，分格尺寸为1.61m×2.25m；昆明长水机场（图11）平面单层索网玻璃幕墙长为324m，东西两翼高约为32m，最大高度约为60m，玻璃面板宽为3m，高为1.6m。

图10 中关村文化商厦

图11 昆明长水机场

当单索因受力要求截面积过大、造价显著增加时，可双索并联。如中石油大厦（图12）主入口处索网幕墙跨度为40.5m，高为40m，横索和竖索间距分别为1.95，1.35m；纵横索均采用两根并联索充当。本工程技术难点之一是入口处悬挑长度达14m的钢结构雨篷，雨篷依靠刚性较弱的水平支承钢桁架、索网中的竖索和后排竖向平衡拉索实现其稳定。

图12 中石油大厦双索并联

在一些特殊场合下，“平面单层索网幕墙”会变化为“折面单层索网幕墙”。最具特色的单层折面索网结构为北京新知名地产大厦索网幕墙（图13），其东北面的钢索网幕墙宽为40～60m，高约为90m，由设于下方吊楼顶部与混凝土筒顶之间的两道巨型钢索分割成3个连续的折面。水平索间距为1.33m，竖索间距有两种，分别为1.38,1.23m。

图13 新知名地产大厦三折平面索网幕墙

平面在采光顶中的应用，如北京金成大厦（图14），其地上18层中心区域设有中庭，屋顶设平面索网支承的玻璃采光顶，尺寸约15m×25m。纵横向索的间距分别为1.5，1.91m。

图14 金成大厦平面索网支承的采光顶

5 单层曲面索网结构

单层曲面索网结构通常是由两向正交或接近正交的、高斯曲率不同的索系联结而成，索系的节点之间无相对滑移。

中国航海博物馆曲面索网设计难点包括：满足建筑美观和张拉要求的基准索网网格设计、考虑施工建造过程的带弹性边界的索网找形、索端万向球铰设计、索端复杂连接部位的设计、索网承载力和防松弛验算、变形验算等多方面。中国航海博物馆中央帆体结构（图15），高度约58m，两片帆体结构在离地高约40m处一点铰接相连。帆体之间为单层曲面索网幕墙最宽处约22m，垂直总高为40m，横索和竖索间距分别约0.8，1.1m。

图15 中国航海博物馆中央帆体幕墙曲面索网结构

单层曲面索网结构也常常用于采光顶结构中。深圳三鑫研发中心采光顶（图16）长为60m、跨度为12m；马鞍形标准单元的尺寸为12m×12m；索网由相互正交的抛物线索组成，网格平面尺寸为1.5m×1.5m，其纵向索下凹，横向索上凸，构成了具有正负高斯曲率的马鞍形索网。

图16 深圳三鑫研发中心采光顶单层曲面索网结构

6 单向竖索结构

当建筑师对玻璃幕墙的通透性有更高要求时，可在本已相当轻巧的平面单层索网幕墙的基础上取消水平索，只留竖向索作为幕墙的支承结构。竖向索在承受幕墙面板自重的同时承担抵抗水平风荷载的作用。

联想融科资讯中心C座大堂幕墙（图17）由索及钢结构支承。索结构体系由4根连接两座写字楼之间的主悬索、62根通过钢架对悬索施压的单向竖索、2根位于悬索平面内的抗风索组成。索结构长63m、宽13.4m、高6～9.5m，单向竖索间距为2m。位于顶面的主悬索为定长索，依靠若干竖向单索张拉后，对主悬索实现张拉过程。