摘要：張拉索杆支承結構支承的點式玻璃幕牆因其通透晶瑩、輕盈簡潔的優點在全國範圍內得到了迅猛的發展，在商業建築、公共建築、辦公建築中得到廣泛的應用。玻璃幕牆中常用的張拉索杆支承結構形式主要包括索桁架、自平衡索桁架、張弦結構、平面索網、曲面索網、單向豎索等。

　　1 索桁架结构

　　索桁架自身通常呈對稱形態，由一系列張力索和受壓鋼杆共同構成，張力索的上下兩端均錨固于主體結構之上。幕牆支撐跨度較大時，常采用多段折線索桁架，多段折線索可形成弧線型或反複交叉型（圖1）；索桁架跨度較小時，可采用三段折線或四段折線索桁架，三段折線索桁架常見的形式有魚腹式和魚尾式兩種（圖2）；四段折線索桁架通常呈弧線型或反複交叉型。

　　索桁架可在立面幕牆中豎向放置或水平放置使用，也可在斜幕牆（圖3）或采光頂（圖4）中使用；在圓形采光頂中可通過中間的剛性輪盤形成輪輻式索桁架（圖5）。

　　當主體結構無法承受索桁架中拉索拉力時，可將索桁架設計成梭形、在中部沿縱向設置粗剛性壓杆。拉索兩端錨固于剛性壓杆，其本身形成張力自平衡體系（圖6）。

　　3 张弦结构

　　張弦結構是由拉索、撐杆和剛性弦杆組合而成的自平衡體系。張弦結構中的拉索通常呈單向弧線形態，索中拉力會産生面外的推力，需要由恒定的垂直向荷載平衡該推力。因此，張弦結構常用在采光頂（圖7）或斜幕牆（圖8）中。平面投影呈弧形的豎直立面幕牆，可在水平方向設置弧形索平衡張弦結構索中張力引發的面外推力（圖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×2.25m；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。 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、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、其他結構形式

　　有需要時，也可將兩種或多種不同的玻璃幕牆張拉索杆結構體系混合使用，以實現更好的建築效果（圖20，21）；也可將張拉索杆支承結構和其他非拉索支承結構形式聯合使用（圖22）。

　　8、彈簧裝置

　　在幕牆拉索支承結構中的應用幕牆拉索支承結構中的彈簧裝置可分爲兩類：
　　（1）拉索和彈簧裝置串聯，稱索端彈簧索力緩沖裝置；
　　（2）防拉索破断装置（图23,24）和带阀值的力缓冲装置（弹簧吊爪装置）。北京土城电话局预应力单层索网幕墙长为29.4m，高为19.5m，在水平索端部设置过载保护装置（图25）；拉维莱特（La Villette）的城市科学博物馆的暖房幕墙结构就应用了弹簧吊爪装置（图26），临界阀值荷载为7400kN。

　　9、張拉索杆支承結構的設計和計算要點

　　（1）張拉索杆支承結構中的拉索單元采用鏈杆單元模擬、張弦結構中的剛性梁采用梁單元模擬；計算模型中支座約束簡化模型應和實際情況相同；當設有彈簧時，需用彈簧單元准確模擬。
　　（2）張拉索杆支承結構設計時應計入索中初始預應力作用，應考慮結構自重和玻璃面板等恒載、風載、采光頂上的雪載和檢修活載、溫度影響等作用。
　　（3）當張拉索杆支承結構的支座因主體結構産生較大位移時，應考慮該強制位移對張拉索杆支承結構的影響，必要時可建立和主體結構共同工作的整體分析模型。
　　（4）因張拉索杆支承結構剛度相對較小，計算時應采用風振系數或風振響應分析的方式考慮風動力效應。
　　（5）平面單層索網、曲面單層索網、單向豎索結構的剛度受其變形影響較顯著，計算時必須考慮幾何非線性特征。
　　（6）需複核最不利荷載基本組合作用下的杆件承載能力。
　　（7）需複核最不利荷載標准組合作用下張拉索杆支承的結構變形值是否滿足規範限值要求。
　　（8）應避免索體的松弛現象。
　　（9）索桁架、自平衡索桁架結構拉索中初始張拉應力對抗風能力的發揮作用的影響幅度較小。
　　（10）曲面索網需進行張拉及施工過程模擬分析工作、縱橫索相交位置索夾設計時需考慮不平衡力的影響。
　　（11）張弦梁結構設計時，應根據設計目標位形進行預變形找形分析。