結(jié)構(gòu)案列賞析：湖北省圖書館新館結(jié)構(gòu)設(shè)計

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項目概況

總建筑面積為10萬m2，其中地上為8層，地下1層，局部地下2層；建筑高度41.4m，平面長度171m，寬度81m。是我國規(guī)模最大的省級公共圖書館；其造型以“楚天鶴舞、智海翔云”立意，屬大體量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高層建筑；結(jié)構(gòu)形式是以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為主的混合框架結(jié)構(gòu)，采用不同類型的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換和樓蓋形式；

工程主體結(jié)構(gòu)形式以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為主，局部大跨度、大空間處采用鋼結(jié)構(gòu)和鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的混合框架結(jié)構(gòu)。

框架梁采用寬扁梁截面形式，東、西中庭屋蓋為實腹式H型鋼梁結(jié)構(gòu)；中部中庭鋼結(jié)構(gòu)屋蓋呈斜平面橢圓狀，南高北低布置。對柱網(wǎng)上密下疏的部位，設(shè)置大梁和桁架等轉(zhuǎn)換構(gòu)件對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

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‍‍結(jié)構(gòu)主要特點：結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換多；樓板開洞大（見結(jié)構(gòu)平面圖）；階梯狀退層結(jié)構(gòu)（見結(jié)構(gòu)剖面圖）；結(jié)構(gòu)跨度大；節(jié)點類型多。

地下部分為車庫、設(shè)備用房和密集書庫；地上部分為閱覽、報告廳、展覽廳、藏書、辦公等用房，層1設(shè)有一個600人大空間報告廳；建筑中部由西至東共設(shè)置3個中庭，由層1貫通至屋頂。
南立面凹入式主入口門庭處開口長度最大為56.7m，內(nèi)收進(jìn)深24m，高度約為28m；西南角因在層1，2抽柱，形成上部大懸臂結(jié)構(gòu)；東西立面從下至上由北向南呈階梯形退臺。

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                                                            結(jié)構(gòu)平面圖

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                                                          結(jié)構(gòu)剖面圖

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結(jié)構(gòu)設(shè)計難點處理

樓蓋設(shè)計‍
結(jié)合不同區(qū)域的使用功能、樓面使用荷載要求和不同的結(jié)構(gòu)類型，采用了多種樓蓋形式：現(xiàn)澆厚板、普通現(xiàn)澆梁板樓蓋、GR模殼鋼筋混凝土雙向密肋樓蓋（本工程中應(yīng)用最廣泛）、鋼筋桁架樓層板組合樓蓋（見下圖）。

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‍鋼筋桁架樓板

600人報告廳結(jié)構(gòu)設(shè)計
報告廳設(shè)在層1，高度跨2層空間，上部為8.1m×8.1m的小柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)。為實現(xiàn)報告廳的大空間效果，上部7個結(jié)構(gòu)柱不能直接落在基礎(chǔ)上，而需要對7個結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換（見以下倆圖）。

結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換運用了抬轎的原理，沿縱橫向分別設(shè)置轉(zhuǎn)換梁形成空間的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換體系。轉(zhuǎn)換梁均采用鋼骨混凝土梁，支承轉(zhuǎn)換梁的柱采用鋼骨混凝土柱。雙向密肋樓蓋提供了較大的樓面剛度，有利于主、次轉(zhuǎn)換梁共同協(xié)調(diào)工作。
 

報告廳平面圖

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 轉(zhuǎn)換梁平面布置

‍懸臂結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換

在西南角下沉式廣場處受建筑立面造型的限制，上部結(jié)構(gòu)柱在層3以下不能直接落至基礎(chǔ)上，形成了上部結(jié)構(gòu)大懸挑

 的狀況，圖上斜線部分表示上部層3～8外懸挑范圍，懸挑跨度分別為10.162，8.645和7.381m

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‍                                        層3懸挑桁架平面


懸挑桁架共設(shè)置了3榀（見以下兩圖），桁架高度跨層3，4兩層層高，總高度9.6m，3榀桁架之間采用鋼筋混凝土梁進(jìn)行橫向連接。桁架弦桿采用鋼骨混凝土截面形式，腹桿為實腹式H型鋼。
 

                                                          ‍桁架剖面圖

‍                                           懸挑桁架局部模型

南立面凹入式主入口門庭上部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換
1） 在南側(cè)主入口立面處以平滑內(nèi)凹的手法形成大開敞門庭（見下圖），門庭處開口長度最大為56.7m，內(nèi)收進(jìn)深24m，水平投影面積達(dá)到815m2，在層6樓面處需設(shè)置轉(zhuǎn)換層進(jìn)行過渡。

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湖北省圖書館門庭效果圖

2） 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)采用層間桁架，桁架下弦離地高度達(dá)到27m，屬于高位轉(zhuǎn)換（圖11）。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)最大跨度位于軸B上軸10~15之間，達(dá)到40.5m，軸B外懸挑長度約為7.576m。采用自重較輕的鋼結(jié)構(gòu)空間轉(zhuǎn)換桁架共同承托上部層6～8結(jié)構(gòu)荷載。
局部模型：
 

轉(zhuǎn)換層

門庭

3）主桁架沿水平方向共布置2道（HJ3，HJ4），桁架高度同層6層高，桁架采用實腹式H型鋼；帶懸臂的次桁架垂直于水平桁架方向布置，共設(shè)置6道（HJ5，HJ6，HJ7），見圖12。施工現(xiàn)場照片見圖13，14。

新館亮點
1.  公共圖書館單體建筑最大。到目前為止，在國內(nèi)省級公共圖書館建筑中，作為一個單體建筑進(jìn)行建設(shè)，規(guī)模達(dá)到10.0823萬平方米，湖北省圖書館新館最大。
2.   內(nèi)部功能設(shè)計突破最多。打破藏借分離的傳統(tǒng)，全部圖書陳放與閱覽布置在一個空間，實現(xiàn)藏借一體化，方便讀者，提高閱讀效率；專家、少兒、盲人、殘疾人等各種閱覽人群在館內(nèi)各得其所。閱讀、展覽、培訓(xùn)、講座、電子視聽視屏等現(xiàn)代化設(shè)施功能齊全。閱讀環(huán)境動靜分明，室外湖水蕩漾，室內(nèi)莊重、靜謐。
3.   綜合節(jié)能效果最優(yōu)。新館工程在設(shè)計開始全面貫徹節(jié)能設(shè)計的理念和原則。先后采用：雨水回用技術(shù)、太陽能技術(shù)、綠化微噴灌技術(shù)、地源熱泵技術(shù)及各種節(jié)能產(chǎn)品和材料的運用等，綜合節(jié)能效果達(dá)到新水平。