技术进步与建筑创新

马震聪

广州市设计院副院长蒹总建筑师，国家一级注册建筑师，教授级高级工程师；曾获中国建筑学会授予“当代中国百名建筑师”称号。主持设计多项大型工程，其中有：广州新图书馆、珠江城、太古汇、湖南省人民会堂、佛山保利洲际酒店、珠海长隆海洋王国、国际马戏馆等。

广州图书馆规划用地位于广州市新文化中心区域，除需要与周围环境保持协调外，还要体现出图书馆的个性特征。“之”字体的优雅造型、倾斜的结构设计极富动感，其外观如大量的书籍层叠堆积，展现了“知识”的累积，表达了知识承继随时代社会变迁而不断变换进化的理念，采用了岭南文脉的骑楼式独立柱设计。

东西走向的南北塔楼之间形成40多米高的气魄宏大的通高中庭，内部空间采用较大的开放式设计；在内外空间关系处理上采用同一平面关系，东西立面大玻璃幕墙保证内外空间的自然过渡和无障碍延伸，内部空间地面材质刻意与外广场材质保持统一，使人们会不由自主地从城市公园被吸引到图书馆建筑。中庭不仅贯穿建筑东西方向，还贯通建筑一至九层，站在中庭即可饱览建筑全貌。中庭是一个宽阔且拥有舒适室内环境的多功能空间，是获取图书馆各类信息的服务中心，亦是举办各类活动的广场，更是人们相遇交流的空间。正是这样一个完全开放的公共空间，才充分展现出图书馆作为“第三空间”应有的全新理念。

广州图书馆作为一栋重要的公共建筑，安全至为重要，特别是结构安全。常规建筑的结构技术已经很成熟，但对于广州图书馆这样独特造型的非常规建筑，则需要更先进的结构技术和建造方法。

结构设计难点一：结构体系倾斜复杂

广州图书馆地上10层，建筑高度约为50m，建筑外形均呈平面圆弧，东西长度达140m。建筑设中庭分成南楼和北楼，南楼整体向北倾斜6.8°～14.8°；北楼南侧向南倾斜8.3°～12.67°，北侧向北倾斜2°～14°，东山墙中柱分叉倾斜最大达19.573°。

结构体系整体采用框架，根据结构受力，北楼采用钢筋混凝土结构；南楼西段4跨采用单跨钢结构，其余采用双跨型钢混凝土组合结构。作为纯框架连体结构体系，其结构倾斜情况为国内最大。第八层为南北楼连接层，沿南北向框架布置9根连杆（箱型钢梁）及局部楼板，将南北楼连接成整体，形成连体结构，以保证整体结构的稳定和安全。

整个结构体系存在倾斜、扭转不规则、凹凸不规则、竖向刚度不规则、单跨框架和独立树形结构等超限情况，属于特别复杂的A级高度超限高层建筑，给结构设计带来很大的难题。结构设计难点二：结构件万向绞接单元

作为连体结构，连接构件除宽度仅为不到总宽度15%的一层楼面外，其余采用轴力连杆。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绞接单元“结构件万向绞接单元”，用于连杆与两端框架之间的连接。

结构设计难点三：南楼独立柱设计

在建筑西南角设计了一根象征岭南文脉的骑楼式的独立柱，在结构上与楼面结构形成树状结构，并存在大跨度悬挑的极不利情况，为此对独立柱及树状结构的稳定分析和不利组合分析提出性能化设计目标，满足罕遇地震作用下构件处于弹性。

独立柱采用钢管混凝土柱，为了保证钢管与混凝土的传力协调、共同作用，在矩形铜管中加了垂直肋板，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。

要实现“书”所特有的造型——外观层层叠叠的石材随机堆砌，对于建筑幕墙设计和施工是一个很大的挑战。

石材幕墙设计

为了表现重叠书本所构成的自然凹凸的立面效果，石材幕墙的凹凸最好让人感觉是随机的，但随机的凹凸在工程上很难实现，成本也会很高，所以必须在随机和标准化中找到一个平衡点。在正南北向取横向两跨（19.2m）和纵向两层（9.6m）为一单元，在单元内以横向1.6m、纵向0.49m为模数，设计随机的凹凸石材立面，并按计算出的采光面积和消防自然排烟要求，来设置采光窗和排烟窗。

由于幕墙都是斜面，为保证室内外效果，在设计中玻璃面需与墙体倾斜一致，且与石材面保持垂直。根据建筑四向日照的光影效果，其四向凹凸深度有所不同，其中：东南西立面，以玻璃表面为基准（0），石材相对玻璃表面外凸，近似尺寸分别为：+150、+300、+450mm；北立面，以玻璃表面为基准（0），石材相对玻璃表面外凸，近似尺寸分别为：+300、+500、+700mm。

幕墙采用框架式钢龙骨体系，石材板块采用背栓连接，石材采用30mm厚火烧面花岗石。幕墙防水采用“防、排”相结合的设计理念，具体构造为：外部湿式密封防水+内部2mm厚EPDM防水卷材+2mm厚铝单板防水层的三层防水设计。窗包括全隐框Low-E钢化中空玻璃采光窗及排烟窗、全明框Low-E钢化中空玻璃防火窗。

点支式玻璃幕墙设计

为使内部空间与外广场无缝连接，东西侧采用点支式玻璃幕墙。幕墙位于南北楼之间，高达40m，呈梯形，采用斜挂钢缆的方式将其吊挂。由于主体结构是由南楼和北楼组成，在南、北楼交接部位东西向点支式玻璃幕墙部位会存在较大的变形和错位运动，该部位东西向点支式玻璃幕墙与北楼主体结构连接采用固定球形铰支座，与南楼主体结构连接采用单向滑动铰支座；南北向位移主要依靠单向滑动铰支座实现。

玻璃板块分格方案：横向分格宽度为1550mm和1720mm，纵向分格高度为2198mm（每两层四块玻璃），玻璃面板为15+1.52PVB+15半钢化夹层玻璃，遮阳系数不大于0.50，透光率不小于0.40；面板玻璃采用夹板式不锈钢件连接。

结语

好的建筑应该能够将艺术与技术完美地结合，既有美丽的外表，也有深厚的内涵，既有舒适的空间和环境，亦应做到安全、高效、实用。广州图书馆新馆许多技术得到认可，其中“整体倾斜相互连接结构体系关键技术”被确认为广州市科学技术成果，并获得2012年度广州市科技进步二等奖；相关技术已申报国家专利，包括：“整体倾斜相互连接结构体系”实用新型专利，“结构件万向铰接单元”、“整体倾斜相互连接结构体系及其施工方法”发明专利等，实现了技术与艺术的完美结合。