广州新图书馆 获奖情况 GuangZhou New library 202 年 整体倾斜相互连接结构体系关键技术 荣获广州市科技进步二等奖 AWARDS 203 年 第五届广州市建筑装饰设计大赛金奖 203 年 第四届全国建筑结构技术交流会荣获三等奖 结构设计技术创新奖 ) 204 年 广州市建设工程优质奖 简介 广州新图书馆位于广州珠江新城 J2-6 地块 建筑用地 面向广州新城市中轴线 与周围的广东博物馆 广州歌剧 204 年 广州市优秀工程勘察设计一等奖 204 年 全国优秀设计成果一等奖 院 广州市第二少年宫组成广州市的四大新城市文化设施 广州新图书馆是寓意为 书 的理念来进行造型设计 的 外观采用天然石材幕墙的随机层叠 营造出随性堆积 的书山 该建筑为形体复杂的倾斜连体建筑 为非常用的 结构体系 我院通过对此项目进行关键技术的立项科研 具体解决其设计 施工的关键技术 丰富这类倾斜建筑的 设计及建造技术 由于框架结构体系是抗侧刚度相对较弱 的结构体系 在国内设计中没有像广州新图书馆这样倾斜 的框架结构 也没有同时存在如此多的复杂性和特殊性 对结构设计难题的解决和得到的研究成果 也没有这么多 以上研究成果可借鉴用于同类设计 总体处于国际先进水 平 竣工时间 202 年 0 月 基地面积 2067 平方米 获取专利 建筑面积 9.8 万平方米 建筑高度 50 米 专利号 2000579972.2 整体倾斜相互链接结构体系及其施工方法 发明 2 200053289.4 一种地面综合线槽结构 发明 3 200206493. 整体倾斜相互链接结构体系 科研题目 47 专利名称 专利类型 实用新型 RESEARCH 项目名称 整体倾斜相互链接结构体系 科研论文 广州新图书馆区位图 PATENTS THESIS 论文题目 出版刊物 出版时间 广州新图书馆结构设计有干关键问题 2009 年 月 2 广州新图书馆南北楼连体结构设计关键技术研究 202 年 6 月 3 广州新图书馆倾斜独立柱设计分析 202 年 6 月 4 倾斜框架结构受力变形特性研究 202 年 6 月 48
超限高层建筑 设计获奖 AWARDS 幕墙设计 为了表现重叠书本所构成 的自然凹凸的立面效果 同时 考虑其控制直射日光的遮阳板 功能 立面的外部凹凸装修设 计采用了框架式干挂天然石材 国产花岗石 的施工方法 石材幕墙内部设置聚苯乙烯隔 热板材 在达到高效节能的目 标的同时也有效地降低了外墙 的结构重量 形似 书的山谷 的大型 中庭的东西面 设计上采用富 于透明感的钢化夹胶玻璃幕 墙 特别是主入口门厅的西侧 幕墙, 整个玻璃幕墙通过利用 斜挂钢缆的方式将其吊挂在主 体结构上 南北楼之间的东西 幕墙为大跨超高索幕墙 屋顶 采用玻璃光棚 幕墙和光棚与 南北楼连接必须考虑到在各种 荷载组合下的不利情况 本工程为复杂的超限高层 建 筑 地 上 0 层 总 高 度 约 50m 采 用 框 架 结 构 分 南 楼 和 北 楼 建 筑 外 形 均 呈 平 面 圆 弧 竖 向 倾 斜 结 构 在 8 层 设 置 南 北 楼 结 构 连 接 以 保 证 整 体 结 构 的 稳 定 和 安 全 属 于 连 体 结 构 同 时 还 存 在 扭 转 不 规 则 凹 凸 不 规 则 竖 向 刚 度 不 规 则 单 跨 框 架 和 独 立 巨 柱 等 超 限 情 况 抗 震 设 计 采 用 性 能 化 的 抗 震 设 计 方 法 对 关 键 重 要构件提出抗震设计性能目标 结构体系倾斜复杂 结构倾斜情况复杂 南楼整体向北 倾 斜 以 北 侧 柱 6.8 4.8 度 北 楼南侧柱向南倾斜 8.3 2.67 度 北 侧柱向北倾斜 2 4 度 东山墙中柱 分 叉 倾 斜 达 7.8 度 研 究 倾 斜 结 构 的 内力 变形特点 对结构体系进行优化, 采取措施减小位移 在垂直荷载下最大 层间位移角 /600 与地震组合下最 大层间位移角 /550 屋顶绿化设计 在外环境规划上 地面处理采用随机的条 纹分割手法 整个场地有序均衡地布置水面 硬地和绿化 使用不同的色彩进行装点 使广 场整体形成巨大的环境景观艺术 体现图书馆 建筑的浓厚文化气息 在建筑 之 字屋顶上布置屋顶花园 通 过植被的隔热作用减少建筑的能耗 花园的几 何构图与地面广场为同样序列 将建筑与大地 景观融为一体 专利及科研成果 PATENTS AND SCIENTIFIC RESEARCH 结构件万向铰接单元 49 本工程为连体结构 但是连接构件除宽 度仅为不到总宽度 5 的一层楼面外, 其 余采用轴力 为弱连接的连体结 构 接楼板在保证南北楼的纵向变形 整 体扭转中起着重要作用 采用了钢板 + 混 凝土组合形式 钢板承受全部拉力和剪力 混凝土承受压力 楼板范围的支承钢梁同 样采用与一致的连接原则 本项目研制了以承受推拉轴力为主 卸 除弯矩的新型建筑推力关节轴承万向铰连 接单元 结构件万向铰接单元 用于连 杆与两端框架之间的连接 南楼独立柱设计 南楼 2 轴仅能布置一根矩形单桩 与楼面结构形成树状结 构 并存在大跨度的悬挑上悬挑的极不利情况 需要进行独 立柱的稳定分析和不利组合分析 提出性能化设计目标 为了保证钢管与混凝土的传力协调 共同作用 我们在矩 形钢管中加了垂直肋板 通过钢管内的水平加劲肋完全可 以把钢管的力传到混凝土上 同时加强了钢梁 钢支撑与钢 柱的传力构造 通过分析 节点在大震下不出现屈服 做到 强 节点弱构件 达到抗震性能目标 50
幕墙设计为 堆积的书山 和 书的山谷 复杂的超限高层建筑 为了表现重叠书本所构成的自然凹凸的立面效果 同时考虑其控制直射日光的遮阳板功能 立面的外部凹凸装修设计采用了框架式 本工程为复杂的超限高层建筑 地上 0 层 总高度约 50m 采用框架结构 分南楼和北楼 建筑外形均呈平面圆弧 竖向倾斜 结构在 8 层设置 干挂天然石材 国产花岗石 的施工方法 其外部每一级石材之间的凹凸尺寸为 50mm 由于外墙的独特倾斜造型 为了满足节能的 南北楼结构连接 以保证整体结构的稳定和安全 属于连体结构 同时还存在扭转不规则 凹凸不规则 竖向刚度不规则 单跨框架和独立巨柱等超限 要求 在石材幕墙内部设置了 45mm 厚的聚苯乙烯隔热板材 在达到高效节能的目标的同时也有效地降低了外墙的结构重量 情况 结构特性超出规范常规的工程 抗震设计采用性能化的抗震设计方法 对关键重要构件提出抗震设计性能目标 对 2 轴的倾斜独立柱及树形结构 第 8 层至第 0 层的连接是结构的关键构件 满足在罕遇地震下处于弹性状态 八层平面 RC CS RC 03 结构篇 03 结构篇 独立柱 S 连接 楼板 3 南北楼间及万向铰 形似 书的山谷 的大型中庭的东西面 设计上采用富于透明感的钢化夹胶玻璃幕墙 特别是主入口门厅的西侧幕墙, 整个玻璃幕 墙通过利用斜挂钢缆的方式将其吊挂在主体结构上 玻璃幕墙上的风压力则考虑通过从主体结构部分引拉出来的钢管及钢化玻璃进行 支撑 南北楼之间的东西幕墙为大跨超高索幕墙 屋顶采用玻璃光棚 幕墙和光棚与南北楼连接必须考虑到在各种荷载组合下的不利 情况 各层布置 共享大中庭内部 5 连接 楼板 万向铰 南北楼间及万向铰 52
结构体系倾斜复杂 结构件万向铰接单元 结构倾斜情况复杂 南楼整体向北倾斜 以北侧柱 6.8 4.8 度 北楼南侧柱向南倾斜 8.3 2.67 度 北侧柱向北倾斜 2 4 度 东山墙中柱分叉倾 本工程为连体结构 但是连接构件除宽度仅为不到总宽度 5 的一层楼面外, 其余采用轴力 为弱连接的连体结构 斜达 7.8 度 重力荷载下产生的结构内力和位移比水平荷载 地震作用和风荷载 产生的内力和位移大得多 与常规的垂直框架结构存在相当大的区别 需要研 不同于有较好刚度的连体结构 需要对连接构件在垂直和水平荷载下的受力 变形进行深入的分析 提出性能化设计目标 确保连 究倾斜结构的内力 变形特点 有针对性的采取加强措施 对结构体系进行优化, 采取措施减小位移 在垂直荷载下最大层间位移角 /600 与地震组合下最大 接构件的安全度 才能保证结构的整体安全 层间位移角 /550 连接楼板在保证南北楼的纵向变形 整体扭转中起着重要作用 为满足中震下抗剪弹性及大震下楼板不会因为混凝土开裂引起结 构刚度出现较大的幅度降低 采用了钢板 + 混凝土组合形式 钢板承受全部拉力和剪力 混凝土承受压力 楼板范围的支承钢梁同 样采用与一致的连接原则 本项目研制了以承受推拉轴力为主 卸除弯矩的新型建筑推力关节轴承万向铰连接单元 结构件万向铰接单元 用于与两 端框架之间的连接 倾斜钢架立面图 万向铰节点连接图 俯视 倾斜钢架施工过程 53 万向铰节点连接图 侧视 拉剪工况 C 型 加载装置 拉剪工况有限元模型和压剪工况有限元模型 拉剪工况 C 型 加载装置照 54
南楼独立柱设计 屋顶绿化设计 由于建筑设计要求 在南楼 2 轴仅能布置一根矩形单桩 与楼面结构形成 筋被连接钢板切断 构造复杂 树状结构 并存在大跨度的悬挑上悬挑的极不利情况 需要进行独立柱的稳 定分析和不利组合分析 提出性能化设计目标 对 2 轴独立斜柱及树状结构 满足罕遇地震作用下构件处于弹性 通过对独立柱采用整体弹性屈曲分析 在 5 个模型中采用合理和偏安全的提出得结构独立柱 Y 向计算长度为 30m 为了保证钢管与混凝土的传力协调 共同作用 我们在矩形钢管中加了垂 在外环境规划上 地面处理采用随机的条纹分割手法 将图书馆建筑立面的条形图案在外环境上延续 同样寓意彩 直肋板 管内的混凝土基本分割成 300(000)X800~900 的截面 钢管中 色的书本整齐地摆放在书架上 整个场地有序均衡地布置水面 硬地和绿化 使用不同的色彩进行装点 使广场整体形 的混凝土按照 4x0-4 收缩率计算 收缩引起缝隙宽度最大为 0.26mm 通 成巨大的环境景观艺术 体现图书馆建筑的浓厚文化气息 过钢管内的水平加劲肋完全可以把钢管的力传到混凝土上 同时加强了钢梁 2 轴柱在楼面节点连接的杆件多且复杂 Y 向与树形结构连接 X 向与两根钢 钢支撑与钢柱的传力构造 通过分析 节点在大震下不出现屈服 做到 强 框架梁连接 采用型钢混凝土柱 节点区在型钢与柱钢骨的连接部位 柱钢 考虑中央广场和博物馆等周边设施的空间连续性 在基地西侧设置宽敞的入口广场 将人流引导至图书馆主入口 节点弱构件 达到抗震性能目标 在建筑 之 字屋顶上布置屋顶花园 通过植被的隔热作用减少建筑的能耗 花园的几何构图与地面广场为同样序列 将建筑与大地景观融为一体 节点分析 主要钢结构部分 55 独立柱施工过程 56