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【摘 要】 不论是框架幕墙还是单元幕墙，幕墙的竖向支撑框都可以设计成上端固定或者下端固定的两种形式。但是好多幕墙设计员很少考虑两者的区别和适用情况，全部按上端固定，下端可自由伸缩来设计。不能根据具体情况，因地制宜的选用合理的设计方案。本文通过对这种现象的原因分析，举例阐明两种固定形式的各自适用条件及优缺点。
【关键词】 幕墙;自重承力点;支撑框;上挂;下支;沉降;变形
幕墙自上个世纪80年代由国外引入我国，多年来随着国家规范的不断完善和行业经验的不断积累，技术更趋于完善和成熟。但仍有不少幕墙行业的设计人员受早期固定思维模式的影响，一味的按习惯性做法进行设计，而未能具体情况具体分析、因地制宜的设计更为合理的构造形式。本文僅针对幕墙自重承力点的位置进行分析，并给出一些建议，供行业从事人员参考及讨论。
一、幕墙竖向支撑框为什么通常被设计成上端固定下端伸缩
幕墙通常是按主体结构层间高度进行分格划分，幕墙的受力形式主要有水平方向的风荷载，地震荷载和竖向的自重荷载。水平荷载作用在幕墙面板上经横向龙骨传递给竖向龙骨，再由竖向龙骨传递到主体结构上。竖向的自重荷载通常由竖向龙骨传递到主体结构上。幕墙竖向龙骨与主体结构的连接形式通常被设计成为一端固定，另一端可自由伸缩。之所以这样做除了是结构计算模型的要求外，还是为了便于安装，适应主体结构变差，更是为了适应建筑物沉降变形的需要。试想如果幕墙竖向龙骨上下两端均为固定连接，在建筑物产生沉降变形时，势必会是幕墙竖向龙骨产生无处可以释放的轴向拉应力或压应力。建筑物的沉降变形越大，其应力也就越大，轻则会使幕墙产生较大挠度，重则会使幕墙损毁破坏。国内工程大多数被设计为上端固定，下端可以自由伸缩的形式，这主要是因为以下几点原因：
1、幕墙竖向龙骨采用上端固定时，竖框在自重方向的受力形式为偏心受拉构件，相对于下端固定而上端可以伸缩的形式，力学分析时可以不用考虑失稳的问题，减小截面尺寸，有利于节约成本。
2、长期的固定思维模式，好多行业设计人员从一开始学习设计时，就被教成这种方法，只知其优点，很少会考虑因地制宜、具体情况具体分析。
3、规范JGJ102-2003中第5.5.3条规定：框支撑玻璃幕墙的立柱宜悬挂在主体结构上。对应的条文说明：框支撑幕墙立柱截面较小，处于受压工作状态时受力不利，因此宜将其设计成轴心受拉或偏心受拉构件。立柱宜采用圆孔交接接点在上端悬挂，采用长圆孔或椭圆孔与下端连接，形成吊挂受力状态。一些未深入理解规范的设计人员更是“有据可依”“理直气壮”的不做深入分析。对规范条文的理解的不灵活，盲目照搬导致不分具体情况，一律按吊挂设计。而根据规范中的用词说明，我们可以看出，“宜”字表示在条件许可时首先应该这样做，表示允许稍有选择，而不是“必须”这样做。
二、上端固定和下端固定都适用于哪些情况
下面就有一些具体情况，举例分析在什么情况下宜选用上端固定的方式，而什么情况下更易选用下端固定的方式。为了便于讨论，将幕墙竖向龙骨上端固定，下端可自由伸缩的方式简称为“上挂式”，反之简称为“下支式”。
1、幕墙位于主体结构之外、标准层，可将其简化成简支梁或者连续多跨梁等形式的计算模型。这种情况下，一般幕墙面积比例较大，同时又没有其他制约因素。因此选择上挂式，竖向龙骨受力合理，同时可以节约型材用量。
2、建筑物首层幕墙，多与入口门结合在一起。这种情况，下支式更为合适，原因如下：
a、首层落地幕墙，与地面交接处的防水设计很重要。高层建筑，幕墙外侧雨水顺幕墙下流，汇集到幕墙底部，水量较大，遇到地面阻力更容易在压力下向室内渗透。如果幕墙竖向龙骨设计成上挂式，幕墙下端的防水也要考虑可实现伸缩变形，这对防水层的设计会造成一定的难度。
b、首层落地幕墙，通常会与入口门交接。不论是自动感应平移门还是推拉门，又或者是平开门，门的边框一般都是固定在幕墙的支撑框上。这样整个门扇及门边框都会随幕墙的支撑框一起受主体结构的沉降而产生位移。门扇在开启旋转以及平移过程中都要与地面保持一定的间隙，考虑到气密性，这个缝隙一般不会太大。如果采用上挂式，这个缝隙会因上层主体结构的沉降（包括活荷载，家具或设备堆积及自重等产生的沉降）而减小，从而导致门开启时可能与地面刮碰或者打不开。即便是地弹门或者旋转门这种固定在地面的门，也要考虑门的顶部与幕墙支撑框之间留有足够的伸缩缝隙。
3、有些建筑师喜欢在转角位置保持较高的通透性，不允许设置幕墙的竖向支撑框。这样做除了美观之外，还可以有较好的视野观察效果。但是却给幕墙的设计提了个小小的难题。幕墙的竖向支撑框除了直接承担风压之外，还要承担由横向支撑框传递过来的风荷载及自重荷载。转角位置不设置竖向支撑框的情况下，如果分格设计合理，风荷载的问题一般不大，主要是玻璃自重产生的角部下沉需要重点考虑。如果建筑师允许在角部设置不锈钢拉索或者拉杆，那么幕墙宜设计成上挂式。如果不允许设置拉索及拉杆，幕墙则宜设计成下支式，再对下面的横框底部设置支撑。
4、常规建筑外表面单元式幕墙宜设计成上挂式。从事幕墙设计工作的工程师都知道单元幕墙的最大优势是现场安装施工周期短，不需搭设脚手架，并且是由下向上安装，可以与主体结构同时施工，只要与主体结构滞后5-10层即可。所以由单元幕墙的安装特点及相对优势可知，幕墙支撑框的重力固定点宜设置在顶部即上挂式。
5、较长区域“洞口”内幕墙支撑框宜设计成下支式。随着经济与技术的进步，客户对高品质生活的不断追求，高档酒店，公寓，写字楼幕墙常有设计成室外带有阳台的情况。以一个国外工程为例，酒店每个临街房间都有一个室外阳台，幕墙安装在每个房间对应的洞口内。最大的高档套房对应洞口尺寸平均宽9m，高3m。玻璃幕墙上有可以通往阳台的平开门或者推拉门。这种情况类似于上面提到的第2条。出于对门开启以及幕墙底部防水的考虑，幕墙顾问及建筑师要求幕墙支撑框必须是下端固定，上端可伸缩。
三、两种固定形式的成本对比
1、对于层间高在3m以下的玻璃幕墙，如果横向分格比较少，那么幕墙的自重荷载会集中作用在幕墙竖向支撑框的下端，对幕墙竖向支撑框的失稳不利影响比较小;如果横向分格比较多，那么幕墙横向支撑框由于比较多会对幕墙竖向支撑框的失稳产生有利的侧支撑，所以采用下支式而增加的材料成本也很微小，一般情况下可以忽略。
2、建筑物的一层超高层间很常见，以分格宽1.8m，高9m，竖向为2块4.5m高的玻璃，玻璃配置为6+1.14+6+16A+8，风荷载为1.35kpa的钢支撑框幕墙为例。竖框计算简化模型为简支梁。当采用上挂式时，竖框可以选用截面为80*200*6的方钢管，当采用下支式时，考虑避免竖框失稳，需要选用截面为80*200*7的方钢管。可以得出每平米钢材用量增加2.215kg，对于成本的增加不是很大，当幕墙面积不是太大的情况下在可接受范围内。
四、结束语
幕墙设计人员应根据实际具体情况，从成本，结构安全，建筑师和顾问意见，选择合理的设计构造，不能千篇一律的采用某种固定方式。幕墙竖向支撑框的重力固定点选用上挂式还是下支式没有固定的规定，根据不同的工程情况有各自不同的优势及适用性。合理的分析，恰当的选用才是正确的做法。
参考文献：
[1]玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003，中国建筑工业出版社
[2]赵西安.幕墙结构设计的两个基本问题
【关键词】 幕墙;自重承力点;支撑框;上挂;下支;沉降;变形
幕墙自上个世纪80年代由国外引入我国，多年来随着国家规范的不断完善和行业经验的不断积累，技术更趋于完善和成熟。但仍有不少幕墙行业的设计人员受早期固定思维模式的影响，一味的按习惯性做法进行设计，而未能具体情况具体分析、因地制宜的设计更为合理的构造形式。本文僅针对幕墙自重承力点的位置进行分析，并给出一些建议，供行业从事人员参考及讨论。
一、幕墙竖向支撑框为什么通常被设计成上端固定下端伸缩
幕墙通常是按主体结构层间高度进行分格划分，幕墙的受力形式主要有水平方向的风荷载，地震荷载和竖向的自重荷载。水平荷载作用在幕墙面板上经横向龙骨传递给竖向龙骨，再由竖向龙骨传递到主体结构上。竖向的自重荷载通常由竖向龙骨传递到主体结构上。幕墙竖向龙骨与主体结构的连接形式通常被设计成为一端固定，另一端可自由伸缩。之所以这样做除了是结构计算模型的要求外，还是为了便于安装，适应主体结构变差，更是为了适应建筑物沉降变形的需要。试想如果幕墙竖向龙骨上下两端均为固定连接，在建筑物产生沉降变形时，势必会是幕墙竖向龙骨产生无处可以释放的轴向拉应力或压应力。建筑物的沉降变形越大，其应力也就越大，轻则会使幕墙产生较大挠度，重则会使幕墙损毁破坏。国内工程大多数被设计为上端固定，下端可以自由伸缩的形式，这主要是因为以下几点原因：
1、幕墙竖向龙骨采用上端固定时，竖框在自重方向的受力形式为偏心受拉构件，相对于下端固定而上端可以伸缩的形式，力学分析时可以不用考虑失稳的问题，减小截面尺寸，有利于节约成本。
2、长期的固定思维模式，好多行业设计人员从一开始学习设计时，就被教成这种方法，只知其优点，很少会考虑因地制宜、具体情况具体分析。
3、规范JGJ102-2003中第5.5.3条规定：框支撑玻璃幕墙的立柱宜悬挂在主体结构上。对应的条文说明：框支撑幕墙立柱截面较小，处于受压工作状态时受力不利，因此宜将其设计成轴心受拉或偏心受拉构件。立柱宜采用圆孔交接接点在上端悬挂，采用长圆孔或椭圆孔与下端连接，形成吊挂受力状态。一些未深入理解规范的设计人员更是“有据可依”“理直气壮”的不做深入分析。对规范条文的理解的不灵活，盲目照搬导致不分具体情况，一律按吊挂设计。而根据规范中的用词说明，我们可以看出，“宜”字表示在条件许可时首先应该这样做，表示允许稍有选择，而不是“必须”这样做。
二、上端固定和下端固定都适用于哪些情况
下面就有一些具体情况，举例分析在什么情况下宜选用上端固定的方式，而什么情况下更易选用下端固定的方式。为了便于讨论，将幕墙竖向龙骨上端固定，下端可自由伸缩的方式简称为“上挂式”，反之简称为“下支式”。
1、幕墙位于主体结构之外、标准层，可将其简化成简支梁或者连续多跨梁等形式的计算模型。这种情况下，一般幕墙面积比例较大，同时又没有其他制约因素。因此选择上挂式，竖向龙骨受力合理，同时可以节约型材用量。
2、建筑物首层幕墙，多与入口门结合在一起。这种情况，下支式更为合适，原因如下：
a、首层落地幕墙，与地面交接处的防水设计很重要。高层建筑，幕墙外侧雨水顺幕墙下流，汇集到幕墙底部，水量较大，遇到地面阻力更容易在压力下向室内渗透。如果幕墙竖向龙骨设计成上挂式，幕墙下端的防水也要考虑可实现伸缩变形，这对防水层的设计会造成一定的难度。
b、首层落地幕墙，通常会与入口门交接。不论是自动感应平移门还是推拉门，又或者是平开门，门的边框一般都是固定在幕墙的支撑框上。这样整个门扇及门边框都会随幕墙的支撑框一起受主体结构的沉降而产生位移。门扇在开启旋转以及平移过程中都要与地面保持一定的间隙，考虑到气密性，这个缝隙一般不会太大。如果采用上挂式，这个缝隙会因上层主体结构的沉降（包括活荷载，家具或设备堆积及自重等产生的沉降）而减小，从而导致门开启时可能与地面刮碰或者打不开。即便是地弹门或者旋转门这种固定在地面的门，也要考虑门的顶部与幕墙支撑框之间留有足够的伸缩缝隙。
3、有些建筑师喜欢在转角位置保持较高的通透性，不允许设置幕墙的竖向支撑框。这样做除了美观之外，还可以有较好的视野观察效果。但是却给幕墙的设计提了个小小的难题。幕墙的竖向支撑框除了直接承担风压之外，还要承担由横向支撑框传递过来的风荷载及自重荷载。转角位置不设置竖向支撑框的情况下，如果分格设计合理，风荷载的问题一般不大，主要是玻璃自重产生的角部下沉需要重点考虑。如果建筑师允许在角部设置不锈钢拉索或者拉杆，那么幕墙宜设计成上挂式。如果不允许设置拉索及拉杆，幕墙则宜设计成下支式，再对下面的横框底部设置支撑。
4、常规建筑外表面单元式幕墙宜设计成上挂式。从事幕墙设计工作的工程师都知道单元幕墙的最大优势是现场安装施工周期短，不需搭设脚手架，并且是由下向上安装，可以与主体结构同时施工，只要与主体结构滞后5-10层即可。所以由单元幕墙的安装特点及相对优势可知，幕墙支撑框的重力固定点宜设置在顶部即上挂式。
5、较长区域“洞口”内幕墙支撑框宜设计成下支式。随着经济与技术的进步，客户对高品质生活的不断追求，高档酒店，公寓，写字楼幕墙常有设计成室外带有阳台的情况。以一个国外工程为例，酒店每个临街房间都有一个室外阳台，幕墙安装在每个房间对应的洞口内。最大的高档套房对应洞口尺寸平均宽9m，高3m。玻璃幕墙上有可以通往阳台的平开门或者推拉门。这种情况类似于上面提到的第2条。出于对门开启以及幕墙底部防水的考虑，幕墙顾问及建筑师要求幕墙支撑框必须是下端固定，上端可伸缩。
三、两种固定形式的成本对比
1、对于层间高在3m以下的玻璃幕墙，如果横向分格比较少，那么幕墙的自重荷载会集中作用在幕墙竖向支撑框的下端，对幕墙竖向支撑框的失稳不利影响比较小;如果横向分格比较多，那么幕墙横向支撑框由于比较多会对幕墙竖向支撑框的失稳产生有利的侧支撑，所以采用下支式而增加的材料成本也很微小，一般情况下可以忽略。
2、建筑物的一层超高层间很常见，以分格宽1.8m，高9m，竖向为2块4.5m高的玻璃，玻璃配置为6+1.14+6+16A+8，风荷载为1.35kpa的钢支撑框幕墙为例。竖框计算简化模型为简支梁。当采用上挂式时，竖框可以选用截面为80*200*6的方钢管，当采用下支式时，考虑避免竖框失稳，需要选用截面为80*200*7的方钢管。可以得出每平米钢材用量增加2.215kg，对于成本的增加不是很大，当幕墙面积不是太大的情况下在可接受范围内。
四、结束语
幕墙设计人员应根据实际具体情况，从成本，结构安全，建筑师和顾问意见，选择合理的设计构造，不能千篇一律的采用某种固定方式。幕墙竖向支撑框的重力固定点选用上挂式还是下支式没有固定的规定，根据不同的工程情况有各自不同的优势及适用性。合理的分析，恰当的选用才是正确的做法。
参考文献：
[1]玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003，中国建筑工业出版社
[2]赵西安.幕墙结构设计的两个基本问题