4.1 大跨度的鋼結構。
　　為滿足幕墻的通透性的要求,大跨度的鋼結構多作為此類幕墻的主抗風結構,其布設間距較大,一般在幕墻玻璃面板橫向分格兩塊以上布置一榀。如廣州會展中心幕墻工程,其主抗風柱的水平布置間距為5.0米(兩塊玻璃水平分格尺寸),廣州新白云機場幕墻工程, 其主抗風柱的水平布置間距為9.0米(三塊玻璃水平分格尺寸)等。∶該類鋼結構跨度大,主要是抵抗其水平布置間距內的幕墻的水平荷載,并將荷載的作用力傳遞給建筑主體結構。主抗風柱之間的支承結構多采用輕盈通透的鋼索結構或玻璃肋結構等輕型結構。該類鋼結構在實際的設計中較多地采用了鋼管桁架的形式(如圖3)。此類主抗風鋼柱還可以采用一些構造新穎的造型,如采用開孔的鋼板拼焊的鋼立柱,又有一種完全不同的風格(如圖4)。

　　有些幕墻工程外形復雜,由許多不規則的曲面構成,此時幕墻的支承結構可以全部采用鋼結構,因為鋼結構具有良好的加工性,可通過拉彎等工藝彎曲成各種形狀,以適應復雜立面造型的需要。如北京天文館幕墻工程的入口處的馬鞍形幕墻，其支承結構就全部為鋼管結構。如圖五。

　　幕墻主抗風鋼桁架柱的頂底連接在設計時應予以重點的考慮。由于場館類建筑的屋頂主體結構是自成體系的大跨度結構,其在外荷載作用下在X、Y、Z三個方向的變形均較大,為避免對立面維護結構造成破壞,幕墻支承結構一般只將水平荷載傳給屋頂主體結構, 其連接節點要能夠適應屋頂結構三維空間的位移量,且幕墻頂部與屋面結構需采用柔性連接密封收口。如圖6是一種典型的連接節點,此種雙向鉸機構既可傳遞幕墻水平荷載,又可適應屋頂結構三維空間的位移量;在幕墻面板與屋面板之間采用風琴橡膠板連接,既可保證幕墻的密封性能,又可保護幕墻面板不會被屋面較大的變形所破壞。主抗風鋼桁架柱的柱腳設計時既要考慮水平荷載和豎向重力荷載的綜合作用,又要兼顧外觀的裝飾性,一般可以設計成雙鉸板或三鉸板,還可以使用鑄造柱腳(如圖7)。

　　鋼結構的設計計算可以使用電算軟件完成,如同濟大學開發的3d3s具有強大的計算功能,可對整體鋼結構模型的強度、剛度及穩定性進行全面的計算分析。
　　4.2 預應力鋼索結構。
　　預應力鋼索結構由于其結構造型的新穎別致,構件的精致纖細等特點,在場館類建筑玻璃幕墻支承結構中得到了廣泛的應用。預應力鋼索結構中的鋼索材料是一種柔性材料,僅能夠承受拉力不能夠承受壓力,需要對鋼索材料施加一定的預應力使其具有一定的剛度,才能夠作為玻璃幕墻的支撐結構。目前常用的預應力鋼索結構的形式有:預應力鋼索桁架,預應力鋼索自平衡桁架,預應力單層索網結構等。預應力鋼索桁架是通過撐桿連接前后兩根鋼索,并對鋼索施加預應力具有一定的形狀(通常是魚腹(尾))形,形成能夠承受玻璃幕墻荷載的平面桁架。特點是節點構造精致、美觀、纖細,通透性好,但索桁架需占用一定的空間,鋼索的內力需要靠主體結構或邊框結構來承受。鋼索桁架的預應力需要在工地現場施加完成,現場工作量較大。預應力鋼索桁架矢高對鋼索桁架結構受力的影響很大,矢高越大,使用的鋼索直徑就越小,鋼索桁架的整體位移也越小。但矢高太大會占據較大的室內建筑空間,影響鋼索桁架的美觀性,在設計中對鋼索桁架的矢高取值一般是其跨度的1/10～1/12。圖8所示為兩種基本的預應力鋼索桁架的形式在實際幕墻工程中的應。

　　預應力鋼索自平衡桁架是在一般鋼索桁架的前后鋼索間布置了一根縱向的壓桿,鋼索的內力由縱向壓桿來承擔,不傳給主體或邊框結構。特點是自平衡桁架同樣要占用一定的空間,且壓桿本身較粗重,對幕墻的通透性有一定的影響,但其桁架單元可以在工廠內預 制后運往工地現場,減少了現場的工作量。圖9所示為預應力鋼索自平衡桁架在實際幕墻工程中的應用。
　　預應力單層索網結構是由橫豎鋼索交叉構成預應力平面受力體系,由于省略了前后索之間的桿件,其結構本身做到了最大化的簡潔、通透、輕盈,極大的釋放了幕墻的使用空間。單層索網結構不具有平面外剛度,僅當產生平面外位移時才能抵抗來自平面外的荷載,即其平面外剛度是靠索預拉力的二階效應來實現的。為將索網結構的平面外位移控制在一定范圍內,鋼索需要施加較大的預應力,所以對周邊結構的受力要求也較高。圖10所示為單層索網結構在實際幕墻工程中的應用。
　　預應力鋼索結構設計中的兩個關鍵步驟是預應力N。的確定和位移量F值的求解。預應力N0的施加需滿足索結構的初始狀態是平衡的、穩定的,并應保證鋼索結構在受荷全過程中鋼索始終處于張緊狀態,鋼索不因受壓而退出工作,維持結構體系的整體穩定,同時節點位移應滿足要求。在《玻璃幕墻工程技術規范》JCJ102－2003中,對預應力鋼索桁架的位移限值的規定是鋼索桁架跨度的1/200,而預應力單層索網結構的位移限值目前國內一般的取值是主受力索跨度的1/50。預應力鋼索結構是典型的幾何非線性大變形柔性結構,利用目前國際上非常流行的有限元軟件ANSYS的非線性模塊,可以對鋼索結構的受力狀態進行精確的模擬分析。在分析中常用的單元類型為Link8單元和Link10單元,Link8單元可以用來模擬索桁架中的撐桿,Link10單元用來模擬拉索。Link10單元的初始應變的輸人是索桁架有限元分析的關鍵數據,其計算公式為ε=N。/EA,其中N。即為鋼索的初始預應力,A為鋼索的有效截面積,對計算結果分析后可根據需要對A值進行調整,以確定最佳的鋼索直徑和預應力值。
　　4,3 大跨度的玻璃肋結構
　　玻璃肋結構具有平整光滑的質感、晶瑩剔透的造型等優點,能夠表達現代建筑的時尚壽色,因此在場館類建筑玻璃幕墻支承結構中得到了較多的應用。玻璃是一種剛性材料,盡管具有非常高的內在強度,但由于其表面存在許多細小的裂紋,所以大大降低了玻璃的強度設計值。玻璃作為幕墻支承結構時,常常以玻璃肋的形式出現,此時整個幕墻的面板及支承結構全部都由玻璃材料構成,所以又稱全玻幕墻。考慮到安全性的因素,玻璃肋結構通常做成夾層玻璃或鋼化夾層玻璃。其設計強度取玻璃的側面強度,如12mm以下厚度的玻璃,普通浮法玻璃設計強度值為19.5N/mm2,鋼化玻璃設計強度值為58.8N/mm平方。跨度不大的玻璃肋可以用一整塊玻璃制作,并以吊掛或落地的形式作為玻璃幕墻的支承結構。

　　對于跨度較大的玻璃幕墻,玻璃肋必須分段制作,且需將各段連接成為一整條肋結構,一般做法是在兩玻璃肋的連接處開孔,并用螺栓、金屬夾板、柔性墊片及膠粘劑共同完成此節點的連接。需要說明的是由于此節點在外荷載作用下承受非常大的力和力矩,靠玻璃孔承壓和螺栓受剪是無法完成力和力矩的傳遞,此時需利用連接部件與玻璃肋板之間的摩擦力來實現力和力矩的傳遞。這一點似乎有悖人們的常識,因為玻璃光滑的表面看起來摩擦系數很低,但實際上玻璃和金屬的靜摩擦系數在正常條件下幾乎是相等的,都位于0.16～0.29之間,所以可以利用金屬夾板和玻璃肋板之間的摩擦力來傳遞力和力矩。如圖11.

　　5 結束語
　　大量的場館類建筑的落成帶動了建筑玻璃幕墻技術的快速發展,而各類極具特色的建筑玻璃幕墻的使用也為場館類建筑帶來了勃勃生機。展望未來,還會涌現出許多技術含量高、施工難度大、造型新穎的場館類建筑。通過研究實踐各類玻璃幕墻在此類建筑中的應用,必將帶動我國建筑幕墻技術進人一個新的發展階段。
　　參考文獻
　　[1] 《建筑結構荷載規范》GB50009-2001
　　[2] 《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-2OO3
　　[3] 《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005
　　[4] 《懸索結構設計(第二版)》沈世釗 徐崇寶 趙臣 武岳
　　[5] 《建筑玻璃實用手冊》Joseph S.Amstock主編,王鐵華 李勇譯

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