第四版拉索式幕墙

拉索式点连接全玻璃幕墙

张芹

一、概述

拉索式点连接全玻璃幕墙是将玻璃面板用钢爪固定在索桁架上的全玻璃幕墙。它由三个部份组成：玻璃面板、索桁架、锚定结构。

索桁架是跨越幕墙支承跨度的重要构件，索桁架悬挂在锚定结构上，它由按一定规律布置的高张强度的索及连系杆组成。索桁架起着形成幕墙系统，承担幕墙承受的荷载并将其传至锚定结构的任务。

锚定结构是指支承框架（屋面梁、楼板梁、地锚、水平基础梁等组成），它承受索桁架传来的荷载，并将它们可靠地传向基础，同时锚定结构也是索桁架赖以进行张拉的主体，索桁架要强力拉紧后才能形成幕墙系统。为了获得稳定的幕墙体系，必须施加相当的拉力才能绷紧，跨度越大，所需的拉力就越大，为此就须要有承受相当大反力的锚定结构来维持平衡。

玻璃面板由安装在索桁架上的钢爪进行固定，作填缝处理后，最终形成幕墙系统。玻璃面板、索桁架、锚定结构组成幕墙系统。三者互相依存、互相制约、互相影响。索桁架要悬挂在锚定结构上进行张拉，才能形成具有固定形状和刚度的桁架。因此，锚定结构除了承受主体结构使用荷载（自重、活荷载、风荷载、雪荷载、地震作用）外，还要承受索桁架的预拉力以及索桁架受荷后产生的拉力（反推力）。而且这个拉力相当大，它产生的效应有时甚至会超过使用荷载（作用）的效应，如果在设计建筑物主体结构时，对支承索桁架的锚定结构不考虑索桁架拉力产生的效应，拉索式点连接玻璃幕墙就无法使用（改用刚性桁架），或必须对主体结构进行加固补强（这时可能会影响其建筑效果），同时锚定结构在施工和使用过程中的挠度（变位）等又对索桁架和面板产生影响，影响索桁架的有效预应力值（预应力损失值）和索桁架的形状，从而影响面板的位置和效应，面板的刚度也会影响索桁架的刚度和稳定。

索桁架是柔性的张拉结构，在没有施加预应力之前没有刚度，其形状也是不确定的，必须通过施加适当的预应力赋于其一定的形状，才能成为能承受外荷的结构。在给定的边界条件下，所施加的预应力系统的分布和大小（这是一套自平衡的内应力系统），同所形成的结构初始形状是相互联系的。如何最合理地确定这一初始形状和相应的自平衡预应力系统，就是张拉结构“外形确定”（或更确切地称之为“初始平衡状态的确定”）这一命题要解决的任务，这是索桁架这种张拉结构设计中的一个关键问题。索桁架以一系列受拉索为主要承重构件，这些索按一定规律组成各种不同形式的索系，并悬挂在相应的锚定结构上。

索桁架是靠结构变形后产生的拉力来平衡外荷，索桁架既连结玻璃面板又连接主体结构，既要有足够的（索）变形以平衡外荷，又要求变形不致过大，从而保证玻璃面板和建筑立面的平整性和水密性。

索桁架由两层索（承力索、稳定索）以及它们之间的联系杆组成，双层索和连系杆一般布置在同一竖向平面内，双层索系要分别锚固在稳固的锚定结构（支承框架、地锚、水平基础梁等）上，这样才可以对体系施加预应力，对索系进行张拉，使索系绷紧；使索内保持足够的预应力，以保证索系具有必要的形状、稳定性。由于存在预应力，两层索一起抵抗水平荷载作用，从而整个索系的刚度得到提高。预应力双层索系是解决索桁架形状、稳定性问题的一个十分有效途径。

索桁架依托的锚定结构和采用刚性结构幕墙的主体结构的要求是不一样的：采用刚性结构幕墙的主体结构除了使用荷载（结构自重和活、雪荷载）外，只承受由幕墙连结件通过点连结传来幕墙

上的水平作用（风荷载、地震作用）和竖向作用（自重）。索桁架依托的锚定结构除了承受上述作用外，还要承担张拉索桁架的预应力以及索桁架受荷后产生的拉力（反推力），这就要求这些锚定结构在主体结构使用荷载和索桁架拉力共同作用下能满足安全使用，即其承载能力在上述荷载共同作用下，要满足要求，其正常功能（挠度）也要在控制范围之内。如果锚定结构在承担使用荷载后，其承载能力不能承受索桁架的拉力，这样拉索式点连接幕墙就不能施工或要采取加固补强措施。

G+L (S)

G(

锚定结构一般有下列几种形式：

1、悬挑结构。在主体结构上用钢（砼）梁悬挑一定长度在梁端悬挂索桁架，

这要在悬挑梁端固定索桁架相应位置上设悬挂

索桁架的锚墩，如果悬挑距离较大，为提高梁

的抗倾覆和刚（挠）度，在悬挑梁下方与主体

结构间设斜撑。在地面设地锚（水平基础梁），

地锚（水平基础梁）在连结板相应位置上设预

埋件，连结板固定在预埋件上，悬挑梁与地锚

（基础梁）共同组成锚定结构，这种结构一般

用于在主体结构外侧由玻璃幕墙与彩光顶组成（图11-27）

的通廊建筑上。（图11-27）

2、纵梁上直接安装索桁架，上锚墩安装在梁两侧次梁上，下面固定在地锚

（水平基础梁）上，这种多用于大厅的外墙系统(图11-28）。

3、无次梁且主梁反向上的楼板梁，在梁底设钢

梁，钢梁焊在楼板上（斜锚筋锚入梁）的预埋件上，这

是由于索桁架矢高大于梁宽，采取的构造措施（图11-29）。

4、上锚墩固定在反梁底（图11-30）。

锚定结构的大梁在荷载（作用）和索桁架拉力作用下会

产生挠曲，即假定在仅有自重时梁是平直的，在承受活

（雪）载和预拉力后梁会产生挠曲，这时索桁架（尤(图11-28）

其中部的索桁架）跨度会缩短，这样处于同一柱距内的

各索桁架的跨度和分格长度就不一致，这就要求在控制

悬挑梁（楼板梁、次梁）标高时，应按主梁在幕墙自重

和索桁架拉力等作用下产生的挠度予以反变形预调，达

到在全部索桁架张拉完毕锚固后，各榀索桁架的上锚固

点在同一水平位置上，即所有索桁架的跨度应等高的

（图11-31~32）。

（图11-29）（图11-30）

])65.1(43[1006.29850000048150060006000252⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯

梁挠曲后索桁架不等高。 反变形预调的主梁，在所有

索桁架张拉后，梁平直、索桁架等高

图11-31 图11-32

索桁架是逐榀施加预拉力的，后一榀索桁架施加预应力时，使梁产生新的挠曲，使已安装好的

索桁架产生新的变位（即这些索桁架的跨度又进一步缩短），这样会使先前施工的索桁架产生预应力损失（图11-33）。

梁L ＝6000 40C 工字钢 P ＝6KN

I ＝98500000㎜4 E ＝2.06×105

f C =f D =

=0.92mm

楼面上的活荷载或者屋面上的雪荷载的变化引起主梁挠度

的变化，也会发生上述对索桁架的影响，但比预应力的影 响要小。

6KN 图11-33

采用索桁架的建筑物的某个立面有时为了满足使用功能要求，要开门洞等，这时将影响整个立面力学体系的平衡，需采取相应的构造措施（如在门洞处设置钢桁架作为下锚墩的固定点，这时必须对钢桁架进行全面分析，即在荷载和拉力共同作用下的效应分析，满足两方面共同作用下的要求，并达到相应的强度、刚度）。温度变化也会使索长度改变，例如：安装时温度为30℃，使用时达到0

℃，△T ＝30度，这时△L ＝L ·α·△T ， 如果L ＝20000，△L ＝20000×1.8×10-5×30＝10.8㎜,

△L /L ＝1／1852， 对索桁架的影响不会很大。

索桁架由于主梁挠度变化引起的跨度和分格长度变化，势必影响固定玻璃面板的钢爪位置的位

移，这种位移对玻璃（尤其点连接处）会产生明显的影响。玻璃面板对局部荷载很敏感，在局部荷载作用下，在荷载作用的位置将会产生很大的变形，这就要求玻璃面板具有足够的变形性能与其相适应。如果玻璃面板与索桁架的连接形成刚度较大体系，面板将不可避免地要参与索系的工作，成为索系的分布结构，这对索系来讲可能并不重要，但对玻璃面板而言，就可能由于附加内力而提前破坏，这样在设计玻璃面板与索桁架连结时，宜采用可微动节点。

索桁架是拉索式点连接全玻璃幕墙的核心构件，它由两层钢索（分别起承力索和稳定索作用）

和连系杆组成，它悬挂在主体结构上时，要用锚具与主体结构连接，索桁架上安装钢爪用来固定玻璃。