技術(shù)進(jìn)步與建筑創(chuàng)新

馬震聰

廣州市設(shè)計院副院長蒹總建筑師，國家一級注冊建筑師，教授級高級工程師；曾獲中國建筑學(xué)會授予“當(dāng)代中國百名建筑師”稱號。主持設(shè)計多項大型工程，其中有：廣州新圖書館、珠江城、太古匯、湖南省人民會堂、佛山保利洲際酒店、珠海長隆海洋王國、國際馬戲館等。

廣州圖書館規(guī)劃用地位于廣州市新文化中心區(qū)域，除需要與周圍環(huán)境保持協(xié)調(diào)外，還要體現(xiàn)出圖書館的個性特征?！爸弊煮w的優(yōu)雅造型、傾斜的結(jié)構(gòu)設(shè)計極富動感，其外觀如大量的書籍層疊堆積，展現(xiàn)了“知識”的累積，表達(dá)了知識承繼隨時代社會變遷而不斷變換進(jìn)化的理念，采用了嶺南文脈的騎樓式獨(dú)立柱設(shè)計。

東西走向的南北塔樓之間形成40多米高的氣魄宏大的通高中庭，內(nèi)部空間采用較大的開放式設(shè)計；在內(nèi)外空間關(guān)系處理上采用同一平面關(guān)系，東西立面大玻璃幕墻保證內(nèi)外空間的自然過渡和無障礙延伸，內(nèi)部空間地面材質(zhì)刻意與外廣場材質(zhì)保持統(tǒng)一，使人們會不由自主地從城市公園被吸引到圖書館建筑。中庭不僅貫穿建筑東西方向，還貫通建筑一至九層，站在中庭即可飽覽建筑全貌。中庭是一個寬闊且擁有舒適室內(nèi)環(huán)境的多功能空間，是獲取圖書館各類信息的服務(wù)中心，亦是舉辦各類活動的廣場，更是人們相遇交流的空間。正是這樣一個完全開放的公共空間，才充分展現(xiàn)出圖書館作為“第三空間”應(yīng)有的全新理念。

廣州圖書館作為一棟重要的公共建筑，安全至為重要，特別是結(jié)構(gòu)安全。常規(guī)建筑的結(jié)構(gòu)技術(shù)已經(jīng)很成熟，但對于廣州圖書館這樣獨(dú)特造型的非常規(guī)建筑，則需要更先進(jìn)的結(jié)構(gòu)技術(shù)和建造方法。

結(jié)構(gòu)設(shè)計難點(diǎn)一：結(jié)構(gòu)體系傾斜復(fù)雜

廣州圖書館地上10層，建筑高度約為50m，建筑外形均呈平面圓弧，東西長度達(dá)140m。建筑設(shè)中庭分成南樓和北樓，南樓整體向北傾斜6.8°～14.8°；北樓南側(cè)向南傾斜8.3°～12.67°，北側(cè)向北傾斜2°～14°，東山墻中柱分叉傾斜最大達(dá)19.573°。

結(jié)構(gòu)體系整體采用框架，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力，北樓采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；南樓西段4跨采用單跨鋼結(jié)構(gòu)，其余采用雙跨型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。作為純框架連體結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)傾斜情況為國內(nèi)最大。第八層為南北樓連接層，沿南北向框架布置9根連桿（箱型鋼梁）及局部樓板，將南北樓連接成整體，形成連體結(jié)構(gòu)，以保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。

整個結(jié)構(gòu)體系存在傾斜、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、豎向剛度不規(guī)則、單跨框架和獨(dú)立樹形結(jié)構(gòu)等超限情況，屬于特別復(fù)雜的A級高度超限高層建筑，給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來很大的難題。結(jié)構(gòu)設(shè)計難點(diǎn)二：結(jié)構(gòu)件萬向絞接單元

作為連體結(jié)構(gòu)，連接構(gòu)件除寬度僅為不到總寬度15%的一層樓面外，其余采用軸力連桿。本項目研制了以承受推拉軸力為主、卸除彎矩的新型建筑推力關(guān)節(jié)軸承萬向絞接單元“結(jié)構(gòu)件萬向絞接單元”，用于連桿與兩端框架之間的連接。

結(jié)構(gòu)設(shè)計難點(diǎn)三：南樓獨(dú)立柱設(shè)計

在建筑西南角設(shè)計了一根象征嶺南文脈的騎樓式的獨(dú)立柱，在結(jié)構(gòu)上與樓面結(jié)構(gòu)形成樹狀結(jié)構(gòu)，并存在大跨度懸挑的極不利情況，為此對獨(dú)立柱及樹狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分析和不利組合分析提出性能化設(shè)計目標(biāo)，滿足罕遇地震作用下構(gòu)件處于彈性。

獨(dú)立柱采用鋼管混凝土柱，為了保證鋼管與混凝土的傳力協(xié)調(diào)、共同作用，在矩形銅管中加了垂直肋板，把鋼管的力傳到混凝土上，同時加強(qiáng)了鋼梁、鋼支撐與鋼柱的傳力構(gòu)造。通過分析，節(jié)點(diǎn)在大震下不出現(xiàn)屈服，做到“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件”，達(dá)到抗震性能目標(biāo)。

要實(shí)現(xiàn)“書”所特有的造型——外觀層層疊疊的石材隨機(jī)堆砌，對于建筑幕墻設(shè)計和施工是一個很大的挑戰(zhàn)。

石材幕墻設(shè)計

為了表現(xiàn)重疊書本所構(gòu)成的自然凹凸的立面效果，石材幕墻的凹凸最好讓人感覺是隨機(jī)的，但隨機(jī)的凹凸在工程上很難實(shí)現(xiàn)，成本也會很高，所以必須在隨機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)化中找到一個平衡點(diǎn)。在正南北向取橫向兩跨（19.2m）和縱向兩層（9.6m）為一單元，在單元內(nèi)以橫向1.6m、縱向0.49m為模數(shù)，設(shè)計隨機(jī)的凹凸石材立面，并按計算出的采光面積和消防自然排煙要求，來設(shè)置采光窗和排煙窗。

由于幕墻都是斜面，為保證室內(nèi)外效果，在設(shè)計中玻璃面需與墻體傾斜一致，且與石材面保持垂直。根據(jù)建筑四向日照的光影效果，其四向凹凸深度有所不同，其中：東南西立面，以玻璃表面為基準(zhǔn)（0），石材相對玻璃表面外凸，近似尺寸分別為：+150、+300、+450mm；北立面，以玻璃表面為基準(zhǔn)（0），石材相對玻璃表面外凸，近似尺寸分別為：+300、+500、+700mm。

幕墻采用框架式鋼龍骨體系，石材板塊采用背栓連接，石材采用30mm厚火燒面花崗石。幕墻防水采用“防、排”相結(jié)合的設(shè)計理念，具體構(gòu)造為：外部濕式密封防水+內(nèi)部2mm厚EPDM防水卷材+2mm厚鋁單板防水層的三層防水設(shè)計。窗包括全隱框Low-E鋼化中空玻璃采光窗及排煙窗、全明框Low-E鋼化中空玻璃防火窗。

點(diǎn)支式玻璃幕墻設(shè)計

為使內(nèi)部空間與外廣場無縫連接，東西側(cè)采用點(diǎn)支式玻璃幕墻。幕墻位于南北樓之間，高達(dá)40m，呈梯形，采用斜掛鋼纜的方式將其吊掛。由于主體結(jié)構(gòu)是由南樓和北樓組成，在南、北樓交接部位東西向點(diǎn)支式玻璃幕墻部位會存在較大的變形和錯位運(yùn)動，該部位東西向點(diǎn)支式玻璃幕墻與北樓主體結(jié)構(gòu)連接采用固定球形鉸支座，與南樓主體結(jié)構(gòu)連接采用單向滑動鉸支座；南北向位移主要依靠單向滑動鉸支座實(shí)現(xiàn)。

玻璃板塊分格方案：橫向分格寬度為1550mm和1720mm，縱向分格高度為2198mm（每兩層四塊玻璃），玻璃面板為15+1.52PVB+15半鋼化夾層玻璃，遮陽系數(shù)不大于0.50，透光率不小于0.40；面板玻璃采用夾板式不銹鋼件連接。

結(jié)語

好的建筑應(yīng)該能夠?qū)⑺囆g(shù)與技術(shù)完美地結(jié)合，既有美麗的外表，也有深厚的內(nèi)涵，既有舒適的空間和環(huán)境，亦應(yīng)做到安全、高效、實(shí)用。廣州圖書館新館許多技術(shù)得到認(rèn)可，其中“整體傾斜相互連接結(jié)構(gòu)體系關(guān)鍵技術(shù)”被確認(rèn)為廣州市科學(xué)技術(shù)成果，并獲得2012年度廣州市科技進(jìn)步二等獎；相關(guān)技術(shù)已申報國家專利，包括：“整體傾斜相互連接結(jié)構(gòu)體系”實(shí)用新型專利，“結(jié)構(gòu)件萬向鉸接單元”、“整體傾斜相互連接結(jié)構(gòu)體系及其施工方法”發(fā)明專利等，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)與藝術(shù)的完美結(jié)合。