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[分享]工程实例带你了解新型建筑幕墙支承结构系统
[摘要] 目前，建筑幕墙采用多种多样的面板材料和新的构成形式。为适应建筑功能和建筑艺术的各种要求，新的幕墙支承结构体系在建筑中得到应用。本文主要介绍一些新型建筑幕墙支承结构系统。
[关键词] 建筑幕墙；幕墙支承结构；斜交网格结构；空间刚架；索杆桁架；索网；悬挂体系
1 常规幕墙支承结构
常规幕墙的面板由正交的金属横梁和立柱支承。采用铝型材时，横梁与立柱采用螺栓连接；采用钢型材时，横梁与立柱可以采用焊接或螺栓连接（图1）。常规支承系统是铰接或刚接的框架系统。
图1 常规幕墙支承结构
通常建筑幕墙的支承结构多采用上述正交梁柱金属框架系统。随着建筑功能和建筑艺术要求的多样化，新的结构形式得到更多的应用。
2 斜交网格结构
2.1 双层斜交网格体系
早期一些幕墙工程直接将网架、网壳等屋面常用结构形式旋转90°，用于支承幕墙面板。如郑州裕达酒店的大堂和波士顿图书馆就采用了网架幕墙（图2）。许多幕墙是屋面的自然延伸，也同样采用了与屋面相同的双层网壳结构（图3~5）。
2.2 单层三向斜交网格体系
单层三向斜交网格系统用钢量较省，施工方便，应用相当广泛。平面三向斜交系统可以单片使用，也可以组成折面和晶体形幕墙(图6、图7）。
曲面单层网格结构常为柱面和回转面，但是更多的工程因建筑艺术的要求，会采用更为复杂的自由曲面，如图8~18所示，项目中采用的为三向杆件网格结构的曲面玻璃幕墙。
3 刚架结构
3.1 平面刚架
三角形网格是稳定的结构，所以杆件在节点处可采用铰接。当采用多边形分格时，必须采用焊接，形成几何不变的刚架结构。
六边形是可以填满平面的几何图形之一，因此六边形焊接钢结构也常用于幕墙（图19~27）。
3.2 自由分格的刚架体系
由钢筋混凝土或钢构件刚性连接成为任意分格平面刚架或空间刚架可作为幕墙的支承结构体系（图28、图29）。
由金属构件和金属面板可以构成变形的刚架式幕墙表皮结构（图30、图31）。
4 索杆支承体系
4.1 索杆桁架
索杆桁架（图32）由受压的钢杆和受拉的钢索组成，有时拉索会固定在主体结构上，这将使主体结构受到附加的拉力，主体结构设计时对这拉力应予以考虑。采用索杆桁架支承项目见图33~38。
4.2 自平衡体系
采用受压的中央杆件和两侧对称的钢索组成自平衡体系（图39）时，其压杆的压力与拉索的拉力自相平衡，不会对主体结构施加额外的荷载（图40）。
5 索结构
5.1 单向索结构
单向索结构应竖向布置以承受玻璃面板的重量，索拉力应控制最大挠度大约为跨度的1/50(图41、图42)。
单向布索的结构刚度较小,通常单跨索的跨度不超过18m。
5.2 平面索网结构
索网结构是有预拉力的拉索体系，对玻璃幕墙遮挡最小，深受建筑师欢迎。索网的拉力要作用在主体结构上，主体结构设计时应预加考虑。索网在大挠度下工作，通常控制挠度为跨度的1/40~1/60。
北京新知名地产大厦高度160m，索网晶面形，90m×70m，由三片平面索网组成。这是目前世界最大的单片索网玻璃幕墙（图43），两根主索由150根15.2mm的钢绞线组成，拉力达39000kN。
通常索网分格不大于1.5m×1.5m。索端部直接连接于主体结构或者通过弹簧连接器连接于主体结构。弹簧连接器在温度变化时或地震时可以减少索拉力的突然变化。
现在平面索网幕墙已在工程中广泛应用，部分项目见图44~49。
5.3 曲面索网
能自然形成的曲面索网只有双曲抛物面，即马鞍形曲面一种（图50~52），它由弯曲方向相反的两组拉索叠合而成。
6 悬挂体系
幕墙系统由吊杆悬挂，吊杆上端固定在主体结构上，形成悬挂幕墙体系（图54）。
上海中心外幕墙为扭转双曲螺旋面，为了用平面玻璃板块拟合这复杂的双曲面，板块必须层层退台，左右错缝。所以采用环梁支承，每12层至15层环梁为一组，由吊杆悬挂到楼面主体结构上（图55）。
7 结语
作者简介
赵西安，1940年7月生，1964年清华大学土木工程系毕业，1967年研究生毕业。现为中国建筑科学研究院研究员。中国建筑金属协会铝门窗幕墙委员会专家组成员，中国建筑装饰协会幕墙工程委员会专家组成员。《建筑结构》杂志编委。中国建筑学会结构分会高层委员会委员。
主要从事建筑结构、建筑抗震、建筑幕墙和钢结构方面的研究、技术开发和技术咨询、工程标准规范编制工作。
建筑结构方面：主编和参编《高层建筑结构设计规定》、《高层建筑混凝土结构设计规程》、《高层民用建筑钢结构技术规程》等。参加许多大型高层建筑工程设计和技术咨询。曾获国家科技进步奖、建设部奖5次。出版了《高层建筑设计》等12部专著。发表有关高层结构的论文80余篇。
在幕墙方面：主持和主编《玻璃幕墙工程技术规范》和《金属与石材幕墙工程技术规范》。作为甲方工程顾问监管了十余座大型建筑的幕墙工程。并参与许多大型幕墙工程的咨询工作。 出版了5种幕墙方面的专著。发表了有关幕墙方面的论文40余篇。
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