单层平面索网玻璃幕墙的设计要点

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1．风荷载计算
《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）第8.1.1条规定了垂直于建筑物表面上的风荷载标准值计算方法，该条文明确规定风荷载的计算应区分主要受力结构和围护结构，对不同类型的结构，应采用不同的计算公式。

作为一种建筑外围护结构，应采用 W k =βgz μsl μz w 0(公式8.1.1-2)，即考虑阵风系数的计算公式[1]。

《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ 102-2003）第5.3.2条规定，玻璃幕墙的风荷载标准值应按下式计算，并且≥1.0kPa 。

计算公式也是W k =βgz μsl μz w 0（公式5.3.2），与（GB 50009-2012）相同。

《点支式玻璃幕墙工程技术规程》（CECS 127-2001）第5.3.6条规定，作用在点支式玻璃幕墙中支撑结构上的风荷载标准值应按下式计算，W k =1.1βz μz μs w 0（公式5.3.6-2），即采用考虑风振系数的计算公式。

《索结构技术规程》（JGJ 257-2012）第5.4.1条规定，索结构设计时应考虑风荷载的静力和动力效应。

第5.4.3条进一步规定，对于形状较为简单的中小跨度索结构，可采用平均风荷载乘风振系数的方法近似考虑结构的风动力效应。

风振系数可取为：单索1.2~1.5；索网1.5~1.8；双层索系1.6~1.9；横向加劲索系1.3~1.5；其他类型索结构1.5~2.0；其中，结构跨度较大且自振频率较低者取较大值。

深入研读上述相关规范的条文说明可知，单层索网玻璃幕墙作为一种特殊的围护结构体系，具有质量轻、柔性大、自振频率低的特点，属于风敏感结构，风荷载对结构的作用表现为平均风压的不均匀分布作用和脉动风压的动力作用。

若按《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）和《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ 102-2003）[2]的规定采用阵风系数的计算方法，对常见的30m 以下的索网结构，地面粗糙度按常见的B 类和C 类考虑，阵风系数的取值范围是1.59~2.05。

若按《索结构技术规程》（JGJ 257-2012）和《点支式玻璃幕墙工程技术规程》（CECS 127-2001）的规定采用风振系数的计算方法，并考虑《点支式玻璃幕
单层平面索网玻璃幕墙的设计要点
□ 嘉特纳幕墙（上海）有限公司 魏文清
摘要
关键词单层索网玻璃幕墙因其简洁性和视觉通透性在国内已有广泛的应用，但遗憾的是相关设计规范之间的规定不一，给工程设计人员带来不少困惑。

文章比较了其相关规范的异同，并从结构设计的角度详细阐述了单层索网玻璃幕墙的一些设计要点，可供参考。

单层索网玻璃幕墙；点支撑；索结构
墙工程技术规程》（CECS 127-2001）中1.1倍的放大系数，则风振系数的最终取值范围是1.65~1.98。

可以看出两者的取值范围较为接近。

对于玻璃面板承受的风压，可直接按围护结构考虑，采用阵风系数的计算公式。

综上所述，《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ 102-2003）和《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）按围护结构考虑而采用阵风系数的计算方法较为简单，可作为工程设计的依据。

《索结构技术规程》（JGJ 257-2012）的风荷载作用原理明确，对不同类型的索结构给定了具体的取值范围，也可供工程设计人员参考。

需注意的是，不管采用哪种计算方法，计算风压值如果＜1.0kPa ，则最低风压需采用1.0kPa 。

2．地震作用计算
根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）第13.1.1和13.1.2条规定，幕墙属于非结构构件。

第13.2.2条的规定，一般情况下，非结构构件自重力产生的地震作用可采用等效侧力法计算。

《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ 102-2003）第5.3.4条规定的分布水平地震作用和第5.3.5条规定的集中水平地震作用给出了明确的计算方法，其本质就是GB 50011-2010规定的等效侧力法，综合考虑了非结构构件的功能系数、类别系数、状态系数和位置系数，对各类幕墙体系统一取动力放大系数5.0。

《点支式玻璃幕墙工程技术规程》（CECS 127-2001）第5.3.8条和第5.3.9条的规定同《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ 102-2003）的相关规定相同。

《索结构技术规程》（JGJ 257-2012）第5.5.1条规定，对于抗震设防烈度为7度及7度以上地区，索结构应进行多遇地震作用效应分析。

第5.5.2条规定，对于抗震设防烈度为7度或8度地区，体型较规则的中小跨度索结构，可采用振型分解反应谱法进行地
DOI：10.16116/ki.jskj.2018.02.054
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震效应分析；对于其他情况，应考虑索结构几何非线性，采用时程分析法进行单维地震作用抗震验算，并宜进行多维地震效应时程分析。

上述前3本规范的规定相同，即对幕墙支撑结构而言，可采用等效侧力法进行地震作用的计算，这种计算方法非常简单，只需知道抗震设防烈度即可计算地震作用。

而《索结构技术规程》（JGJ 257-2012）规定的振型分解反应谱法或时程分析法计算较为复杂，必须借助软件进行计算，除水平地震影响系数最大值外，还需确定场地特征周期、设计地震分组、阻尼调整系数等，而阻尼比的影响因素众多，难以准确确定，且振型反应谱法本质上仍是一种等效静力荷载。

时程分析法把地震动的作用看做是一个振动过程，而不是施加于结构上的一个等效静力，既考虑了地震动强度，同时也考虑了频谱特征和持续时间，结果更为精确，但结构反应对不同地震波形比较敏感，因此，正确选用地震波是采用时程分析进行抗震设计的关键。

一般而言，与振型分解反应谱法和时程分析法相比，等效侧力法的计算方法最为简单，计算结果偏于保守，且由于玻璃幕墙自重较轻，通常情况下地震作用不起控制作用。

因而，对单层索网的幕墙，仍可以偏安全地采用等效侧力法进行地震作用验算。

3．拉索截面选择
拉索截面的选择需和初始预拉力一起考虑，在各种荷载和作用及其组合下，确保满足正常使用极限状态和承载能力极限状态。

索网结构的内力和变形与施加的荷载不成正比，必须考虑几何非线性的影响，但可忽略材料非线性的影响。

截面的选则与预拉力大小的确定，存在多种可能，需多次试算并从中找到最优解。

拉索截面越大，需要的初始预拉力越小，反之拉索截面越小，需要的初始预拉力越大。

在满足所有极限状态的情况下，从经济性角度考虑，可选用直径较小的拉索，因而需施加较大的预拉力。

拉索截面的初步估算，可根据承载能力极限状态下拉索的最大拉力来估算，预选的拉索承载力要大于最大拉力。

在给定的荷载条件下，把拉索按简支梁来考虑，在若干个横向集中荷载作用下（合力为F ），可以容易地求出最大弯矩 。

假定此时的最大挠度为f=L/60~l/70（L 为跨度），则拉索在平面内的拉力分力为Tx=m/f=(60-70)M/L ，平面外的拉力分力为Ty=0.5F ，则最大拉力为
，据此可选择适当的拉索截面，使其承载力大于最
大拉力即可。

当然，对于承受玻璃自重的竖向拉索，受力情况更为复杂，此种方法可能不适用，可利用软件多次试算来确定最终的截面和预拉力。

在估算拉索最大拉力时，假定了在承载能力极限状态下，拉索的挠度为L/60~L/70，而实际上，根据《索结构技术规程》（JGJ 257-2012）第3.2.15条的规定，单层平面索网玻璃幕墙的挠度限值为L/45，这意味着可能会出现正常使用极限状态下索网
挠度＞承载能力极限状态下的挠度，这看似不合理的情况，实际是由于正常使用极限状态关注的是索网的挠度，此时温度作用都是考虑升温的情况，等于降低了预应力，所以挠度可能会较大。

而承载能力极限状态关注的是拉索的最大拉力，此时温度作用都是考虑降温的情况，等于增加了预应力，虽然荷载也有增加，但挠度仍可能小于正常使用极限状态下的挠度。

此外，对单层平面索网玻璃幕墙中的玻璃面板，在风荷载作用下支撑玻璃的4个点常常不在一个平面，这将导致玻璃面板的翘曲变形，尤其是在角落位置翘曲程度最为严重，翘曲变形引起的应力叠加风荷载的影响，容易导致玻璃的破碎。

因而，在考虑控制索网整体的挠度时，一定要考虑玻璃能承受的最大翘曲程度。

玻璃面板的计算也一定要考虑翘曲变形的影响。

现在有很多有限元软件可以很方便地计算翘曲引起的应力。

4．结束语
综上所述，单层平面索网玻璃幕墙相关的规范有不少，正确理解规范和合理假定荷载是成功设计的前提，而制定合理的施工措施并确保按计划实施是保证工程质量的关键。

文章在分析相关规范的基础上，对单层索网玻璃幕墙的设计提出一些粗浅的看
法，为同行提供参考。

参考文献：
[1]GB 50009-2012·建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2]JGJ 102-2003·玻璃幕墙工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.
作者简介：
魏文清（1981.10-），男，山西河曲人，硕士，高级工程师，从事幕墙设计工作。

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