幕墻以獨(dú)特的色彩與光影、多變的造型包覆在建筑表面，是現(xiàn)代建筑最顯著的表現(xiàn)特征之一，也是項(xiàng)目業(yè)主和設(shè)計(jì)師關(guān)注的重點(diǎn)。

幕墻結(jié)構(gòu)承受的荷載包括豎向重力荷載和水平荷載（風(fēng)荷載為主），相應(yīng)的需要兩個(gè)方向的傳力體系。當(dāng)然，也可以將兩個(gè)傳力體系合二為一。

對(duì)于幕墻豎向自重荷載，一般采用吊掛式或下承式；對(duì)于水平風(fēng)荷載，一級(jí)支承構(gòu)件可以是立桿、橫桿或雙向受力。

之前小 i 介紹過(guò)索網(wǎng)幕墻、索桁架幕墻、純玻璃結(jié)構(gòu)，系列文章見(jiàn)文末鏈接。今天再分享幾個(gè)有趣的案例，看結(jié)構(gòu)工程師如何在幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮創(chuàng)造力。

實(shí)腹梁柱

實(shí)腹截面的鋼立柱是最常用幕墻支承結(jié)構(gòu)形式。出于建筑立面效果的考慮，一般要求構(gòu)件截面在立面上的寬度盡量小。

當(dāng)截面寬度小到一定程度，鋼柱就變成了一塊厚鋼板。雖然從力學(xué)角度考量的材料效率和受力穩(wěn)定性并不好，但外觀輕薄、加工方便、避免了小尺寸構(gòu)件的焊接變形，深得建筑師青睞。

由于厚鋼板構(gòu)件的截面寬度過(guò)小，構(gòu)件弱軸穩(wěn)定問(wèn)題很突出。常見(jiàn)設(shè)置水平方向的鋼拉索，以約束構(gòu)件的失穩(wěn)。如上圖所示，每道橫向約束由兩根拉索組成。

如果幕墻柱不承受豎向力，或者上端吊掛受拉，其穩(wěn)定性能得到提高。下圖案例所示的幕墻柱之間通過(guò)鋼拉索約束鋼柱失穩(wěn)。同時(shí)，另有一道靠近玻璃面板的鋼索吊掛著點(diǎn)式爪件，承受著幕墻的重力荷載，幕墻鋼柱僅承受水平荷載。

空腹桁架

空腹桁架、平面桁架、立體桁架形式的幕墻，由于桁架桿件數(shù)量大、視覺(jué)重疊，很難做到通透而細(xì)致。偶爾也有特例。

紐瓦克國(guó)際機(jī)場(chǎng)候機(jī)廊的幕墻，幕墻柱的間距較小(約3~4m)，每根幕墻柱負(fù)擔(dān)的荷載小。設(shè)計(jì)上把常規(guī)的實(shí)腹式幕墻柱截面，離散成空腹桁架的細(xì)小桿件，并不覺(jué)得笨重。

細(xì)節(jié)處理方面，桁架腹桿用鋼板代替并且切出圓角，使得鋼結(jié)構(gòu)外觀上更像腹板開(kāi)孔的梁；桁架之間的連系桿與幕墻橫框錯(cuò)開(kāi)，避免兩者重疊顯得構(gòu)件太大，意外地呈現(xiàn)出相對(duì)勻質(zhì)的立面。

約翰肯尼迪國(guó)際機(jī)場(chǎng)的幕墻柱也類(lèi)似，空腹桁架柱采用小管徑構(gòu)件，桁架兩端的弦桿捏攏收小，腹桿為紡錘形方管。細(xì)部設(shè)計(jì)方面，鋼結(jié)構(gòu)與玻璃面板的連接顯得更加緊密。

當(dāng)然，也有把雙向桁架，甚至三向桁架用作幕墻支承結(jié)構(gòu)的案例。

YAMAHA樂(lè)器銀座店的幕墻設(shè)計(jì)取自弦樂(lè)器的意像，采用索幕墻形式。立面大部分為斜放的網(wǎng)格，僅在首層因開(kāi)門(mén)和櫥窗位置豎直板塊。

因此，上部的幕墻索網(wǎng)按照斜交網(wǎng)狀布置，錨固在建筑兩側(cè)強(qiáng)壯的側(cè)墻上；而首層為簡(jiǎn)潔的豎向單索幕墻。兩種索幕墻通過(guò)二層的剛性桁架轉(zhuǎn)換。

東京Mori美術(shù)館是一棟圓桶形的建筑，主體的豎向和抗側(cè)結(jié)構(gòu)為建筑中心的鋼結(jié)構(gòu)支撐筒體。像酒桶形的立面幕墻并不適合采用索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，因?yàn)槭┘宇A(yù)應(yīng)力的鋼索會(huì)使單曲率幕墻面向內(nèi)收緊，結(jié)構(gòu)體系不穩(wěn)定。

本項(xiàng)目幕墻設(shè)計(jì)的巧妙之處在于，設(shè)置一道道環(huán)向的鋼橫梁，限制索網(wǎng)向內(nèi)收緊的變形趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了桶狀的索網(wǎng)幕墻。

在交叉索網(wǎng)中施加預(yù)應(yīng)力形成抗風(fēng)抗震所需的水平剛度；沿立面豎向設(shè)置更加纖細(xì)的拉索吊掛幕墻重量；橫梁設(shè)計(jì)成環(huán)形的鋼片，即交叉索網(wǎng)和豎向索索力的水平分量，同時(shí)用來(lái)固定玻璃板塊。三者相輔相成。

我們知道索網(wǎng)幕墻內(nèi)有很大的拉力，因此需要周邊主體結(jié)構(gòu)提供一定的剛度和承載力。有沒(méi)有其它方法？

Sowwah Square項(xiàng)目中，轉(zhuǎn)角處并沒(méi)有強(qiáng)壯的主體結(jié)構(gòu)支承索網(wǎng)幕墻。結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)了兩個(gè)平面上的魚(yú)腹形索桁架來(lái)承擔(dān)水平向索力。角部的鋼立柱只承受軸力，截面有機(jī)會(huì)做得很小。

不過(guò)，魚(yú)腹形索桁架的剛度可能比較小，是否與索網(wǎng)幕墻的索力和變形協(xié)調(diào)，尚需進(jìn)一步考證。

玻璃肋幕墻

為了實(shí)現(xiàn)視覺(jué)上最大程度的通透，有些玻璃肋幕墻設(shè)計(jì)上，取消了人視高度范圍內(nèi)的肋板，僅保留立面的上半部分肋板。玻璃肋呈懸臂受力的狀態(tài)，形狀也呈上寬下窄。

一些項(xiàng)目案例中，直接利用靠近幕墻的主結(jié)構(gòu)柱作為幕墻系統(tǒng)的一級(jí)支承，再輔助以二級(jí)構(gòu)件，構(gòu)成完整的幕墻結(jié)構(gòu)體系。

下圖所示的項(xiàng)目中，以主樓柱子做豎向構(gòu)件，以三角形飛翼和玻璃肋做水平橫梁，以鋼拉桿吊掛玻璃重量。

三角形飛翼、飛翼與飛翼的鉸點(diǎn)、飛翼與水平玻璃肋的節(jié)點(diǎn)等做了細(xì)致處理。雖然整個(gè)系統(tǒng)略顯繁瑣，但看得出結(jié)構(gòu)體系和細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)都花了很多心思。

下圖所示的案例也用了類(lèi)似方法：斜撐桿與水平梁構(gòu)成穩(wěn)定的三角撐，鋼拉桿吊掛幕墻自重。

仔細(xì)看橫梁由成品槽鋼開(kāi)孔制作，撐桿與橫梁鉸接節(jié)點(diǎn)做了一個(gè)真實(shí)意義的轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)軸，爪件與橫梁、爪件與拉桿的連接簡(jiǎn)潔、有效。

McLaren Technology Centre項(xiàng)目中，將鋼板橫梁按照連續(xù)梁彎矩的變化，而寬度漸變，并隨著建筑立面蜿蜒延伸。在靠近柱子位置的鋼梁寬度最大，一方面能夠與柱子直接相連，另一方面在鋼板開(kāi)許多孔來(lái)消解結(jié)構(gòu)的尺度。

鋼板橫梁僅能承受水平荷載，幕墻的豎向荷載由豎向拉索吊掛，拉索貼近玻璃板塊的分縫，幕墻整體顯得十分簡(jiǎn)潔。仔細(xì)看橫梁鋼板與柱子的法蘭連接，也是足夠考究。

幕墻結(jié)構(gòu)雖然體量小、受力清晰，但其結(jié)構(gòu)形式和形態(tài)豐富多變，尤其考驗(yàn)設(shè)計(jì)者創(chuàng)造性和想象力。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)根據(jù)主體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、幕墻尺度、支承條件、建筑視覺(jué)要求等因素，選擇合適、高效的體系。

此外，幕墻結(jié)構(gòu)直接暴露在建筑空間中，對(duì)構(gòu)件尺度和節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)的精細(xì)化設(shè)計(jì)也尤為關(guān)鍵。