结构案列赏析：湖北省图书馆新馆结构设计

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项目概况

总建筑面积为10万m2，其中地上为8层，地下1层，局部地下2层；建筑高度41.4m，平面长度171m，宽度81m。是我国规模最大的省级公共图书馆；其造型以“楚天鹤舞、智海翔云”立意，属大体量、结构复杂的高层建筑；结构形式是以钢筋混凝土框架结构为主的混合框架结构，采用不同类型的结构转换和楼盖形式；

工程主体结构形式以钢筋混凝土框架结构为主，局部大跨度、大空间处采用钢结构和钢骨混凝土结构的混合框架结构。

框架梁采用宽扁梁截面形式，东、西中庭屋盖为实腹式H型钢梁结构；中部中庭钢结构屋盖呈斜平面椭圆状，南高北低布置。对柱网上密下疏的部位，设置大梁和桁架等转换构件对其进行转换。

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‍‍结构主要特点：结构转换多；楼板开洞大（见结构平面图）；阶梯状退层结构（见结构剖面图）；结构跨度大；节点类型多。

地下部分为车库、设备用房和密集书库；地上部分为阅览、报告厅、展览厅、藏书、办公等用房，层1设有一个600人大空间报告厅；建筑中部由西至东共设置3个中庭，由层1贯通至屋顶。
南立面凹入式主入口门庭处开口长度最大为56.7m，内收进深24m，高度约为28m；西南角因在层1，2抽柱，形成上部大悬臂结构；东西立面从下至上由北向南呈阶梯形退台。

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                                                            结构平面图

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                                                          结构剖面图

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结构设计难点处理

楼盖设计‍
结合不同区域的使用功能、楼面使用荷载要求和不同的结构类型，采用了多种楼盖形式：现浇厚板、普通现浇梁板楼盖、GR模壳钢筋混凝土双向密肋楼盖（本工程中应用最广泛）、钢筋桁架楼层板组合楼盖（见下图）。

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‍钢筋桁架楼板

600人报告厅结构设计
报告厅设在层1，高度跨2层空间，上部为8.1m×8.1m的小柱网结构。为实现报告厅的大空间效果，上部7个结构柱不能直接落在基础上，而需要对7个结构柱进行结构转换（见以下俩图）。

结构转换运用了抬轿的原理，沿纵横向分别设置转换梁形成空间的结构转换体系。转换梁均采用钢骨混凝土梁，支承转换梁的柱采用钢骨混凝土柱。双向密肋楼盖提供了较大的楼面刚度，有利于主、次转换梁共同协调工作。
 

报告厅平面图

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 转换梁平面布置

‍悬臂结构转换

在西南角下沉式广场处受建筑立面造型的限制，上部结构柱在层3以下不能直接落至基础上，形成了上部结构大悬挑

 的状况，图上斜线部分表示上部层3～8外悬挑范围，悬挑跨度分别为10.162，8.645和7.381m

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‍                                        层3悬挑桁架平面


悬挑桁架共设置了3榀（见以下两图），桁架高度跨层3，4两层层高，总高度9.6m，3榀桁架之间采用钢筋混凝土梁进行横向连接。桁架弦杆采用钢骨混凝土截面形式，腹杆为实腹式H型钢。
 

                                                          ‍桁架剖面图

‍                                           悬挑桁架局部模型

南立面凹入式主入口门庭上部结构转换
1） 在南侧主入口立面处以平滑内凹的手法形成大开敞门庭（见下图），门庭处开口长度最大为56.7m，内收进深24m，水平投影面积达到815m2，在层6楼面处需设置转换层进行过渡。

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湖北省图书馆门庭效果图

2） 转换结构采用层间桁架，桁架下弦离地高度达到27m，属于高位转换（图11）。转换层结构最大跨度位于轴B上轴10~15之间，达到40.5m，轴B外悬挑长度约为7.576m。采用自重较轻的钢结构空间转换桁架共同承托上部层6～8结构荷载。
局部模型：
 

转换层

门庭

3）主桁架沿水平方向共布置2道（HJ3，HJ4），桁架高度同层6层高，桁架采用实腹式H型钢；带悬臂的次桁架垂直于水平桁架方向布置，共设置6道（HJ5，HJ6，HJ7），见图12。施工现场照片见图13，14。

新馆亮点
1.  公共图书馆单体建筑最大。到目前为止，在国内省级公共图书馆建筑中，作为一个单体建筑进行建设，规模达到10.0823万平方米，湖北省图书馆新馆最大。
2.   内部功能设计突破最多。打破藏借分离的传统，全部图书陈放与阅览布置在一个空间，实现藏借一体化，方便读者，提高阅读效率；专家、少儿、盲人、残疾人等各种阅览人群在馆内各得其所。阅读、展览、培训、讲座、电子视听视屏等现代化设施功能齐全。阅读环境动静分明，室外湖水荡漾，室内庄重、静谧。
3.   综合节能效果最优。新馆工程在设计开始全面贯彻节能设计的理念和原则。先后采用：雨水回用技术、太阳能技术、绿化微喷灌技术、地源热泵技术及各种节能产品和材料的运用等，综合节能效果达到新水平。