浅谈中国黑茶博物馆结构设计

李畅

摘要：中国黑茶博物馆坐落在湖南省益阳市安化县城东面、资江南岸的黄沙坪古茶市，是安化县实施绿色崛起，大力推进茶旅文一体化发展的重要文化旅游项目。博物馆采用中国传统楼阁式建筑风格，包含3个展区，分别展示中国“黑茶之乡”、茶马古道起点之一的安化县人文历史、中国古代黑茶的销售贩运沿革，以及数百年来的生产工艺变迁，是全国唯一的黑茶专题展示博物馆，融收藏展示和观光旅游于一体，是中国黑茶之乡的标志性建筑。

关键词：传统风格建筑;挑檐;空间设计;结构设计

1 工程概况

中国黑茶博物馆占地面积约10亩，设有一层地下室，地面以上主楼为9层，建筑高度38.5米;主楼南侧为两层四合院裙楼，与主楼间设缝断开。该项目总建筑面积6250平方米，人行可通过楼梯、电梯到达8楼（标高32.250m）。设计完成时间为2012年，2015年竣工并对外开放。

2 建筑特点

主楼平面对称布置，一～四层平面尺寸为28.2X28.2m，五～八层为24.6X24.6m～21.0X21.0m，八层以上平面尺寸逐层缩进，至顶层变化为6X6m的四个框架柱升至屋面，形成十字形屋脊八坡屋顶。主楼共设置3层斗拱系列重檐，檐口标高分别为20.850m、32.250m和37.680m，最上面重檐悬挑长度最大、构造最复杂。主楼顶平面9.6X9.6m十字形正屋脊标高为44.920m，通过四周悬挑1.8m完成屋面造型。

主楼采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构（在楼、电梯布置适当剪力墙），结构设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，结构重要性系数1.0。建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组为第一组，工程场地类别Ⅱ类，设计特征周期0.35s，基本风压0.30kN/㎡。主楼主体框架、剪力墙抗震等级均为三级（框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%）。

3 结构设计与分析

3.1 结构方案设计

一～三楼为黑茶展示区，平面对称布置，采用48根600X600mm方形混凝土柱;四楼（标高13.350m）开始主体周边退柱，退柱后四楼楼面周边形成观景露台，四楼以上主楼采用24根?550圆形混凝土柱。从建筑剖面图（图2）可以看出，受建筑立面造型限制，主楼周边柱子除在四楼收进外，往上分别收进至每层重檐斜板处，造成部分竖向构件不连续。建筑设五层、七层和九层为暗层，结构在暗层设置平层楼面梁进行转换，梁上柱作为上一层挑檐结构的支撑，其截面尺寸为?400。

第一层重檐下新增16个圆柱，生根于四楼露台，柱下设置400X500mm十字交叉平层梁，共同承担其以上的圆柱和屋檐体系。第二层重檐下新增加的柱，通过在五楼的四角及四边设置400X770mm转换梁，与角部大梁和四边挑梁连为整体，共同承担竖向荷载和重檐斜板产生的水平荷载。第三层重檐利用下层升上来的梁上柱和主楼本身框架柱，完成挑檐的结构支撑。（图3）

3.2 结构整体分析

由于建筑造型要求，建筑周边柱有四次退柱，竖向构件不连续，当采用钢筋混凝土框架结构时，用SATWE软件进行结构整体内力分析计算，结构的抗侧刚度不足，周期较长，位移角超限，因此，结合楼、电梯间及周边合适位置设剪力墙。而受建筑布局影响，实际该工程能设剪力墙的位置有限，设计中通过将建筑周边梁系加强，提高结构整体刚度，让各项指标满足规范要求。

3.3 重要部位加强措施

根据对结构整体计算结果的分析，着重对关键部位、薄弱部位进行加强处理，措施如下：

3.3.1 由于结构整体为头重脚轻，且扭转周期与平动周期接近，说明其抗扭刚度较弱，故在适当位置增加剪力墙的同时，又增加外围连系梁的刚度，提高空间结构的整体性。

3.3.2 传统风格建筑上层平面一般在下层平面之上做若干变化，外檐柱较下层收进是最常见的做法，收进位置处通常采用托柱转换的节点形式形成传力路径。本工程采用的平层托柱梁按转换梁要求设置腰筋和箍筋，加强对应层楼板，通过托柱梁和楼板的弯剪受力来传递上部荷载。

3.3.3 外挑檐一般设于层中位置，挑檐梁与楼层梁将建筑周边柱变成了短柱，在地震作用下很容易发生剪切破坏从而造成结构破坏甚至倒塌。本工程采用深梁把错层楼板连接在一起，扩大了与深梁相连的圆柱节点核心区范围，一方面把因错层形成的短柱包括在节点核心区范围之内，避免了短柱造成的不利影响，另一方面也提高了梁柱节点核心区的抗剪承载力。而对于不可避免的短柱，为了提高柱的承载力或变形能力，采取箍筋全高加密、加大箍筋截面等抗震构造措施。

4 关键节点设计

大挑檐设计

对传统风格的建筑而言，建筑周圈的大挑檐无疑是设计的一大难题，由于结构檐口檐椽尺寸及间距需满足建筑造型要求，若仍采用以往设计方法，会导致施工难度大，工程质量不易保证。

该项目采用了钢筋混凝土预制椽方，既可以批量制作，又可以避免椽与板整体浇筑带来的施工难度，可加快工程进度，提高施工质量。椽尺寸及間距根据建筑设计要求，根据不同的长度规格分批预支。椽预留与板相连的箍筋，与挑檐叠合板钢筋连接，整体受力，有很好的叠合能力，对于过大的外挑长度挑檐板，可减小板厚，减轻楼板自重，让结构设计更经济与安全。

5 结语

5.1 传统风格建筑往往限制了结构构件布置和截面的选取。外挑檐在楼层中间位置设置、竖向构件的不连续，使得结构竖向分布没有明确的分层概念而是连为一个整体，所以应按空间结构模型整体计算分析。

5.2 对空间结构而言，主要针对位移大小及分布情况进行整体指标控制，尽量保证两方向刚度分配均匀，并提高结构的抗扭刚度，同时确保结构外围竖向构件的位移满足要求。

5.3 结构体型收进容易导致竖向刚度不规则，对抗震不利，竖向构件内力也会明显增大，层间位移会有突变。对此问题，应尽量避免收进尺寸在某层过大（可逐层收进），加强竖向构件配筋。

5.4 椽与挑檐板有很好的叠合能力，两者可以整体受力，对于挑檐挑出长度过大的挑檐板，按叠合板设计可以减小板厚，减轻自重。

5.5 对于柱头截面“收分”影响，可考虑增加抗震墙，使大部分地震作用由抗震墙承担，避免柱头‘“收分”造成的强度、刚度突变。

5.6 该工程斗拱采用混凝土预制，不受力，作为装饰构件。因混凝土自重大，在满足自身强度和连接要求的前提下，尽量采用轻质材料，如泡沫混凝土、GRC预制件。

参考文献：

[1]高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3-2010 [S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]建筑结构荷载规范：GB 50009-2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]建筑抗震设计规范：GB 50011-2010[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.