幕墙以独特的色彩、光影、多样的造型覆盖在建筑表面。它是现代建筑最引人注目的特征之一，也是项目业主和设计师关注的焦点。

普通幕墙一般通过连接件将幕墙框架或面板固定在主体结构上。但对于特别高的幕墙，需要设计特殊的支撑钢结构，包括实心腹板梁柱、桁架、索网、索桁架、纯玻璃结构等。

幕墙结构承受的荷载包括垂直重力荷载和水平荷载（主要是风荷载），需要两个方向的传力系统。当然，两种力传输系统也可以合二为一。

对于幕墙竖向自重荷载，一般采用悬挂式或底承式；对于水平风荷载，主要支撑构件可以是立杆、水平杆或双向受力构件。

小i此前曾推出过索网幕墙、索桁架幕墙、纯玻璃结构等。该系列文章请参见文末链接。今天我将分享几个有趣的案例，看看结构工程师如何在幕墙结构设计中发挥创造力。

实心腹板梁柱

具有实心腹板截面的钢柱是最常用的幕墙支撑结构。为了建筑立面效果，一般要求立面上构件断面的宽度尽可能小。

当截面宽度足够小时，钢柱就变成厚钢板。虽然从力学角度来看其材料效率和应力稳定性不佳，但其薄的外观、易于加工以及避免小尺寸构件的焊接变形使其备受建筑师的青睐。

由于厚钢板构件截面宽度过小，构件的弱轴稳定性问题十分突出。通常设置水平钢索来抑制构件的失稳。如上图所示，每个侧向约束装置由两根缆索组成。

如果幕墙立柱不承受垂直力，或上端受拉悬挂，其稳定性会提高。下图所示的案例通过幕墙柱之间的钢缆来约束钢柱的失稳。同时，靠近玻璃面板的另一根钢索上悬挂着点型爪，承受幕墙的重力荷载。幕墙钢柱仅承受水平荷载。

空腹桁架

空心桁架、平面桁架、三维桁架等形式的幕墙，由于桁架构件数量多、视觉重叠，难以实现透明度和细节。偶尔也有例外。

纽瓦克国际机场航站楼幕墙幕墙柱间距较小（约3~4m），每根幕墙柱承受的荷载较小。在设计上，传统的实腹板幕墙柱段被分散成开腹桁架的小杆，因此不会感觉笨重。

细节上，桁架的腹杆换成了钢板钢结构幕墙是什么，并进行了圆角切割，使钢结构看起来更像是腹板开孔的梁；桁架之间的连杆与幕墙的水平框架错开，以避免两者重叠而使构件看起来太薄。规模宏大，出人意料地呈现出相对均匀的立面。

约翰·肯尼迪国际机场的幕墙柱也类似。开放腹板桁架柱使用小直径构件。桁架两端的弦杆被捏紧变窄，腹杆为纺锤形方管。在细节设计上，钢结构与玻璃面板的连接显得更加紧密。

当然，也有采用二向桁架甚至三向桁架作为幕墙支撑结构的情况。

雅马哈乐器银座店的幕墙设计以弦乐器的形象为基础，采用了拉索幕墙的形式。立面大部分是倾斜的网格，由于门窗的位置，仅在一楼有垂直面板。

因此，上部幕墙索网呈对角网格布置，并锚固于建筑两侧坚固的侧墙上；而一层则是简单的竖向单拉索幕墙。两种类型的拉索幕墙均通过二层刚性桁架转换而成。

东京森美术馆是一座桶形的建筑。主要的竖向、抗侧向结构是建筑中心的钢结构支撑筒。桶形立面幕墙不适合采用索网结构，因为预应力钢索的应用会将单曲率幕墙向内拉紧，使结构体系不稳定。

本项目幕墙设计的巧妙之处在于设置一系列环向钢梁，限制索网向内拉紧的变形趋势，实现桶形索网幕墙。

在交叉索网中施加预应力，形成抗风、抗震所需的水平刚度；较细的缆索沿立面垂直设置，以悬挂幕墙的重量；横梁设计为环形钢板，即交叉索网和垂直索力的水平分力也用于将玻璃面板固定到位。三者相辅相成。

我们知道，索网幕墙存在很大的拉力，因此周围的主体结构需要提供一定的刚度和承载能力。还有其他办法吗？

索华广场项目中，转角处没有坚固的主体结构支撑索网幕墙。结构工程师在两个平面上设计了鱼腹式索桁架来承受水平索力。角部钢柱仅承受轴向力，截面可做得很小。

但鱼腹形索桁架的刚度可能比较小，其与索网幕墙的索力和变形是否协调，还需要进一步研究。

玻璃肋幕墙

为了达到最大的视觉透明度，一些带肋玻璃幕墙设计取消了人类视觉高度范围内的肋骨，只留下立面肋骨的上半部分。玻璃肋为悬臂受力，其形状为上宽下窄。

在一些工程案例中，直接采用靠近幕墙的主结构柱作为幕墙系统的主要支撑，并辅以次要构件，形成完整的幕墙结构体系。

下图所示的工程中，采用主建筑柱作为竖向构件，采用三角形飞翼和玻璃肋作为水平梁，采用钢拉杆悬挂玻璃重物。

三角形的飞翼、飞翼与飞翼之间的铰接点、飞翼与水平玻璃肋之间的节点都经过精心加工。整个系统虽然有点繁琐，但可以看出在结构体系和细节的设计上花了很多心思。

下图所示的案例也采用了类似的方法：斜撑和水平梁形成稳定的三角支撑，钢拉杆悬挂幕墙自重。

仔细一看，梁是用成品槽钢制成的。支撑和横梁之间的铰接节点是一个真正的旋转销。卡爪与横梁、卡爪与拉杆之间的连接简单有效。

在迈凯伦技术中心项目中钢结构幕墙是什么，钢板梁的宽度根据连续梁弯矩的变化而逐渐变化，并沿着建筑立面延伸。靠近柱子的钢梁最宽。一方面，它们可以直接连接到立柱上。另一方面，在钢板上开很多孔，以减少结构的规模。

钢板梁只能承受水平荷载。幕墙的垂直荷载由垂直缆索悬挂。电缆靠近玻璃板的接缝。整体幕墙看起来非常简单。仔细看梁钢板与柱之间的法兰连接，也足够精致。

幕墙结构虽然体积小、受力明显，但其结构形式和造型却丰富多样，特别考验设计者的创造力和想象力。结构工程师应根据主要结构特点、幕墙尺寸、支撑条件、建筑视觉要求等因素，选择合适、高效的系统。

此外，幕墙结构直接暴露在建筑空间中，构件尺度和节点细节的精细化设计也尤为关键。