玻璃幕墙张拉索杆支承结构体系受力特点及工程应用

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1、玻璃幕墙张拉索杆支承结构体系受力特点及工程应用【打印文章】摘要：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的发展，在商业建筑、公共建筑、办公建筑中得到广泛的应用。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

2、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。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）。  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）。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

3、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。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）。 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×2.25

4、m；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。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。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

5、的单层折面索网结构为北京新保利大厦索网幕墙（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。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。 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

6、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。    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

7、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。 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、

8、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。华晨双帆国际大厦（图18）采用了单层隐索幕墙形式取得了良好的视觉效果。隐式单索幕墙的节点构造（图19）。 7   其他结构形式