讀本文前，編者先對拉索幕墻的形式和特點做一個基本普及：由縱橫兩簇懸索交錯放置形成的結(jié)構(gòu)成為懸索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，簡稱索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。索網(wǎng)結(jié)構(gòu)中各個懸索均為軸向受拉構(gòu)件，可充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度且結(jié)構(gòu)形式富有張力。常見的形式有：

1.單層單向拉索玻璃幕墻

支撐結(jié)構(gòu)為單層平面索結(jié)構(gòu)，將玻璃幕墻面板通過單向索及剛爪固定在錨定結(jié)構(gòu)上。主要由錨定結(jié)構(gòu)、單層單向索桁架、玻璃面板、連接爪件及墊層材料組成。其特點是一個單索結(jié)構(gòu)單元，僅有一個方向的拉索，通常是豎向索，可以把索做到玻璃膠縫里，幾乎看不到索的存在。

2. 單層雙向拉索玻璃幕墻

 一般由豎向受力索和橫向穩(wěn)定索組成。相對于單層單向拉索幕墻，更有利于玻璃幕墻的側(cè)向穩(wěn)定性，對主體結(jié)構(gòu)影響較小些。一般情況下，與單層單向拉索幕墻一樣，會通過索桁架或剛性桁架與主體結(jié)構(gòu)相連。

1.3 單向雙層拉索玻璃幕墻

每一組拉索包括一根內(nèi)拉索和一根外拉索，兩根鋼索通過連接桿相連。這種布置提高了幕墻的承載力和穩(wěn)定性，解決了單層索網(wǎng)幕墻在結(jié)構(gòu)凈空大的情況下拉索變形大，承載力不夠的問題。

1.4 雙曲拉索玻璃幕墻

能提供較大的面外剛度，其外形一般是建筑師定好的形式，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)是柔性結(jié)構(gòu)體系，其設(shè)計重點是找形后得到張拉施工的控制值。

【下文內(nèi)容提要】對于跨度在兩層樓以內(nèi)且跨度不超過 10m 的單層單向拉索幕墻，在沒有有限元分析程序時，可以采用手工計算的方法進(jìn)行拉索的受力計算、施工圖設(shè)計。 

編者按：由于文章發(fā)表日期不詳，案例說明的計算參數(shù)，如荷載和作用效用組合的分項系數(shù)等，應(yīng)按照現(xiàn)行最新規(guī)范進(jìn)行取值。

(一)、概述 

廣東省東莞市某項目玻璃幕墻采用單層單向索系結(jié)構(gòu)，幕墻高度總高8.4m，單索索上下兩端為鉸接支座，也即計算水平荷載作用時。單索的計算長度約為 8.4m，豎向索為主受力索，其重力由單索全部承擔(dān)。由于單索計算長度為8.4m，屬較小區(qū)間，并且此處的平面為弧形平面，不利于平衡索的布置，在適當(dāng)提高單索安全余量的前提下，可不設(shè)置側(cè)向平衡索。單索上的水平荷載為沿跨度均布。該處點式幕墻采用單索支承形式，玻璃采用 12+12A+12mm 中空鋼化玻璃，玻璃板塊寬為 1825mm，高為 2100mm。拉索最大側(cè)向間距為1825mm，鋼索錨固于混凝土梁上。幕墻風(fēng)荷載按標(biāo)高 10.0m 考慮?；?本風(fēng)壓為 Wo =0.60 kN/m2；場地類別為 C 類；抗震設(shè)防烈度：6 度；設(shè)計基本地震加速值為 a=0.05g；東莞地區(qū)，年度最大溫差取 80Co， 本例假設(shè)施工時環(huán)境溫度近似處于平均值，本拉索溫度的升高或降低 取值為+40Co 或-40Co。風(fēng)荷載體型系數(shù)取-1.2。

(二)、單層單向索系幕墻結(jié)構(gòu)承載理論 

無論是單層單向索系結(jié)構(gòu)還是單層雙向平面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在未加預(yù)應(yīng)力之前，索只有抗拉剛度，在平面內(nèi)外均無抗彎剛度，索只能承受拉力，即無法承受水平荷載。施加預(yù)應(yīng)力之后，考慮應(yīng)力剛化幾何非線性，結(jié)構(gòu)剛度會改變。單層單向索系結(jié)構(gòu)和單層雙向平面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)幾何非線性表現(xiàn)主要有應(yīng)力剛化與大位移小應(yīng)變兩類。由于結(jié)構(gòu)中面內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)的影響，中面內(nèi)應(yīng)力與橫向剛度的耦合效應(yīng)，通稱應(yīng)力剛化，在薄的、高應(yīng)力的結(jié)構(gòu)中，如纜索或薄膜結(jié)構(gòu)中最明顯。由于應(yīng)力剛化單層索系索網(wǎng)結(jié)構(gòu)平面內(nèi)外抗彎剛度增大， 但單純靠施加預(yù)應(yīng)力以承受水平外荷載，必定會增大索截面，同時也會使錨固索的混凝土梁設(shè)計特別大，不經(jīng)濟(jì)?？紤]到單層單向索系幕墻結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下容許水平位移 可達(dá)到 L/50（業(yè)內(nèi)經(jīng)驗），L 為索設(shè)計跨度，索結(jié)構(gòu)的撓度雖達(dá)到 1/50， 但其應(yīng)變?nèi)允呛苄〉?，滿足小應(yīng)變假定。所以經(jīng)濟(jì)的設(shè)計方法是同時 考慮大位移小應(yīng)變幾何非線性效應(yīng)，即 P-△二階效應(yīng)，其原理詳見圖一。

該式表明，在外荷載 P不變的情況下，水平位移δ越大，索內(nèi)力T 越小?？梢妴螌铀飨邓骶W(wǎng)結(jié)構(gòu)平面內(nèi)外抗彎剛度主要是靠索內(nèi)力（施 加預(yù)應(yīng)力與外荷載作用下索的內(nèi)力總和）與平面外位移的二階效應(yīng)實現(xiàn)的。故單層索系索網(wǎng)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)的設(shè)計方法就是充分利用滿足正常使用的容許水平位移。但現(xiàn)用規(guī)范中還沒有單層索系索網(wǎng)結(jié)構(gòu)容許撓度的規(guī)定，業(yè)內(nèi)經(jīng)驗按 L/40~50 設(shè)計（L 為索設(shè)計跨度），均能滿足幕墻的正常使用要求。為確保安全，本案例容許撓度取 L/50。

(三)、單層單向索系幕墻結(jié)構(gòu)手工理論計算

1、概念

⑴、鋼絞線的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取破折拉力(不是屈服強(qiáng)度)， JGJ102-2003 規(guī)定材料分項系數(shù) K2=1.8，即：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值/強(qiáng)度設(shè)計值=1.8。故恒荷載總安全系數(shù)取為 1.2×1.8=2.16，活荷載總安全系數(shù)取為 1.4× 1.8=2.52。 

⑵、單索在水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，其撓度控制值為[f]=1/50。（實 際工程中有的取值為 1/40） 豎向單索水平位移控制值為[δ]=L/50=8400/50=168（mm）

2、水平荷載計算

⑴、水平荷載 

荷載和作用效應(yīng)組合的分項系數(shù),按以下規(guī)定采用:

A、承載力計算時:

重力荷載: 1.2 

風(fēng)荷載: 1.4 

地震作用: 1.3 

B、撓度和變形計算時:

重力荷載: 1.0 

風(fēng)荷載: 1.0 

荷載和作用效應(yīng)組合的組合系數(shù),按以下規(guī)定采用: 

第一個可變荷載按 1.0 取用 

第二個可變荷載按 0.5 取用 

由計算可知，

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 1.12(KN/m2) 

風(fēng)荷載設(shè)計值為 1.568(KN/m2) 

水平地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值為 0.16(KN/m2) 

水平地震作用效應(yīng)設(shè)計值為 0.208(KN/m2) 

水平荷載標(biāo)準(zhǔn)組合值 WK 合=1.0×1.12 =1.12(KN/m2) 

水平荷載設(shè)計組合值 W 合=1.0×1.568+0.5×0.208=1.672(KN/m2) 

由上計算可知，

垂直于玻璃面的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 1.12kN/m2，

垂直于玻璃面的荷載設(shè)計值為：1.672kN/m2。

一榀單索的受力面寬度為 1825mm， 

也即相應(yīng)的線荷載為： 

荷載標(biāo)準(zhǔn)值線荷載：1.12x1.825=2.044(kN/m) =2.044(N/mm) 

荷載設(shè)計值線荷載：1.672x1.825=3.051(kN/m)= 3.051(N/mm) 

⑵、豎向單索選用如下： 

直徑：26mm； 

類型：1x61ws 不銹鋼鋼絞線；

斷面面積 As：：399.84mm2

鋼索強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：1400N/mm2 ；

鋼索強(qiáng)度設(shè)計值：777.7N/mm2。