幕墻以獨特的色彩與光影、多變的造型包覆在建筑表面，是現代建筑最顯著的表現特征之一，也是項目業主和設計師關注的重點。
中國鉆石交易中心單索幕墻，上海
普通的幕墻一般通過連接件把幕墻框或面板與主體結構固定即可。但對于特別高大的幕墻，就需要設計專門的支承鋼結構，有實腹梁柱、桁架、索網、索桁架、純玻璃結構等形式中國建材網cnprofit.com。
幕墻結構承受的荷載包括豎向重力荷載和水平荷載（風荷載為主），相應的需要兩個方向的傳力體系。當然，也可以將兩個傳力體系合二為一。
對于幕墻豎向自重荷載，一般采用吊掛式或下承式；對于水平風荷載，一級支承構件可以是立桿、橫桿或雙向受力。
典型的豎向實腹鋼柱支承結構
之前小 i 介紹過索網幕墻、索桁架幕墻、純玻璃結構，系列文章見文末鏈接。今天再分享幾個有趣的案例，看結構工程師如何在幕墻結構設計中發揮創造力。
實腹梁柱
實腹截面的鋼立柱是最常用幕墻支承結構形式。出于建筑立面效果的考慮，一般要求構件截面在立面上的寬度盡量小。
當截面寬度小到一定程度，鋼柱就變成了一塊厚鋼板。雖然從力學角度考量的材料效率和受力穩定性并不好，但外觀輕薄、加工方便、避免了小尺寸構件的焊接變形，深得建筑師青睞。
International library of children's literature
由于厚鋼板構件的截面寬度過小，構件弱軸穩定問題很突出。常見設置水平方向的鋼拉索，以約束構件的失穩。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，其穩定性能得到提高。下圖案例所示的幕墻柱之間通過鋼拉索約束鋼柱失穩。同時，另有一道靠近玻璃面板的鋼索吊掛著點式爪件，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，由于桁架桿件數量大、視覺重疊，很難做到通透而細致。偶爾也有特例。
紐瓦克國際機場候機廊的幕墻，幕墻柱的間距較小(約3~4m)，每根幕墻柱負擔的荷載小。設計上把常規的實腹式幕墻柱截面，離散成空腹桁架的細小桿件，并不覺得笨重。
細節處理方面，桁架腹桿用鋼板代替并且切出圓角，使得鋼結構外觀上更像腹板開孔的梁；桁架之間的連系桿與幕墻橫框錯開，避免兩者重疊顯得構件太大，意外地呈現出相對勻質的立面。
紐瓦克國際機場候機廊幕墻-空腹桁架
約翰肯尼迪國際機場的幕墻柱也類似，空腹桁架柱采用小管徑構件，桁架兩端的弦桿捏攏收小，腹桿為紡錘形方管。細部設計方面，鋼結構與玻璃面板的連接顯得更加緊密。
約翰肯尼迪國際機場幕墻-空腹桁架
當然，也有把雙向桁架，甚至三向桁架用作幕墻支承結構的案例。
雙向桁架作為幕墻主支承結構
Faculty of Law University of Cambridge 三向桁架
索網的變種
在“單索-極致通透”一文中，我們介紹了許多單索和索網幕墻案例。今天再介紹幾個有趣的變化。
YAMAHA樂器銀座店的幕墻設計取自弦樂器的意像，采用索幕墻形式。立面大部分為斜放的網格，僅在首層因開門和櫥窗位置豎直板塊。
YAMAHA樂器銀座店 立面幕墻
因此，上部的幕墻索網按照斜交網狀布置，錨固在建筑兩側強壯的側墻上；而首層為簡潔的豎向單索幕墻。兩種索幕墻通過二層的剛性桁架轉換。
YAMAHA 樂器銀座店的兩種索幕墻
兩種索幕墻之間的轉換桁架
東京Mori美術館是一棟圓桶形的建筑，主體的豎向和抗側結構為建筑中心的鋼結構支撐筒體。像酒桶形的立面幕墻并不適合采用索網結構，因為施加預應力的鋼索會使單曲率幕墻面向內收緊，結構體系不穩定。
本項目幕墻設計的巧妙之處在于，設置一道道環向的鋼橫梁，限制索網向內收緊的變形趨勢，實現了桶狀的索網幕墻。
東京Mori美術館
在交叉索網中施加預應力形成抗風抗震所需的水平剛度；沿立面豎向設置更加纖細的拉索吊掛幕墻重量；橫梁設計成環形的鋼片，即交叉索網和豎向索索力的水平分量，同時用來固定玻璃板塊。三者相輔相成。
東京Mori美術館—幕墻節點細部
我們知道索網幕墻內有很大的拉力，因此需要周邊主體結構提供一定的剛度和承載力。有沒有其它方法？
Sowwah Square項目中，轉角處并沒有強壯的主體結構支承索網幕墻。結構工程師設計了兩個平面上的魚腹形索桁架來承擔水平向索力。角部的鋼立柱只承受軸力，截面有機會做得很小。
Sowwah Square轉角處的魚腹形索桁架
不過，魚腹形索桁架的剛度可能比較小，是否與索網幕墻的索力和變形協調，尚需進一步考證。
玻璃肋幕墻
在“結構材料系列—玻璃” 一文中我們介紹過許多玻璃結構，這里只提一個案例的細節。
為了實現視覺上最大程度的通透，有些玻璃肋幕墻設計上，取消了人視高度范圍內的肋板，僅保留立面的上半部分肋板。玻璃肋呈懸臂受力的狀態，形狀也呈上寬下窄。
懸臂受力的半跨玻璃肋幕墻
一些項目案例中，直接利用靠近幕墻的主結構柱作為幕墻系統的一級支承，再輔助以二級構件，構成完整的幕墻結構體系。
下圖所示的項目中，以主樓柱子做豎向構件，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。
利用主結構柱的幕墻結構體系
三角形飛翼、飛翼與飛翼的鉸點、飛翼與水平玻璃肋的節點等做了細致處理。雖然整個系統略顯繁瑣，但看得出結構體系和細節的設計都花了很多心思。
幕墻結構體系和細節設計
下圖所示的案例也用了類似方法：斜撐桿與水平梁構成穩定的三角撐，鋼拉桿吊掛幕墻自重。
仔細看橫梁由成品槽鋼開孔制作，撐桿與橫梁鉸接節點做了一個真實意義的轉動銷軸，爪件與橫梁、爪件與拉桿的連接簡潔、有效。
利用主結構柱的幕墻結構體系和節點
McLaren Technology Centre項目中，將鋼板橫梁按照連續梁彎矩的變化，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，另一方面在鋼板開許多孔來消解結構的尺度。
McLaren Technology Centre
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潔。仔細看橫梁鋼板與柱子的法蘭連接，也是足夠考究。
McLaren Technology Centre 幕墻細部
幕墻結構雖然體量小、受力清晰，但其結構形式和形態豐富多變，尤其考驗設計者創造性和想象力。結構工程師應根據主體結構特點、幕墻尺度、支承條件、建筑視覺要求等因素，選擇合適、高效的體系。
此外，幕墻結構直接暴露在建筑空間中，對構件尺度和節點細節的精細化設計也尤為關鍵。
最后，希望這篇淺顯的資料收集短文能夠對大家有所幫助，歡迎留言區交流討論。
