淺談中國黑茶博物館結構設計

李暢

摘要：中國黑茶博物館坐落在湖南省益陽市安化縣城東面、資江南岸的黃沙坪古茶市，是安化縣實施綠色崛起，大力推進茶旅文一體化發展的重要文化旅游項目。博物館采用中國傳統樓閣式建筑風格，包含3個展區，分別展示中國“黑茶之鄉”、茶馬古道起點之一的安化縣人文歷史、中國古代黑茶的銷售販運沿革，以及數百年來的生產工藝變遷，是全國唯一的黑茶專題展示博物館，融收藏展示和觀光旅游于一體，是中國黑茶之鄉的標志性建筑。

關鍵詞：傳統風格建筑;挑檐;空間設計;結構設計

1 工程概況

中國黑茶博物館占地面積約10畝，設有一層地下室，地面以上主樓為9層，建筑高度38.5米;主樓南側為兩層四合院裙樓，與主樓間設縫斷開。該項目總建筑面積6250平方米，人行可通過樓梯、電梯到達8樓（標高32.250m）。設計完成時間為2012年，2015年竣工并對外開放。

2 建筑特點

主樓平面對稱布置，一～四層平面尺寸為28.2X28.2m，五～八層為24.6X24.6m～21.0X21.0m，八層以上平面尺寸逐層縮進，至頂層變化為6X6m的四個框架柱升至屋面，形成十字形屋脊八坡屋頂。主樓共設置3層斗拱系列重檐，檐口標高分別為20.850m、32.250m和37.680m，最上面重檐懸挑長度最大、構造最復雜。主樓頂平面9.6X9.6m十字形正屋脊標高為44.920m，通過四周懸挑1.8m完成屋面造型。

主樓采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構（在樓、電梯布置適當剪力墻），結構設計使用年限為50年，結構安全等級為二級，結構重要性系數1.0。建筑抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度0.05g，設計地震分組為第一組，工程場地類別Ⅱ類，設計特征周期0.35s，基本風壓0.30kN/㎡。主樓主體框架、剪力墻抗震等級均為三級（框架部分承受的地震傾覆力矩大于結構總地震傾覆力矩的50%）。

3 結構設計與分析

3.1 結構方案設計

一～三樓為黑茶展示區，平面對稱布置，采用48根600X600mm方形混凝土柱;四樓（標高13.350m）開始主體周邊退柱，退柱后四樓樓面周邊形成觀景露臺，四樓以上主樓采用24根?550圓形混凝土柱。從建筑剖面圖（圖2）可以看出，受建筑立面造型限制，主樓周邊柱子除在四樓收進外，往上分別收進至每層重檐斜板處，造成部分豎向構件不連續。建筑設五層、七層和九層為暗層，結構在暗層設置平層樓面梁進行轉換，梁上柱作為上一層挑檐結構的支撐，其截面尺寸為?400。

第一層重檐下新增16個圓柱，生根于四樓露臺，柱下設置400X500mm十字交叉平層梁，共同承擔其以上的圓柱和屋檐體系。第二層重檐下新增加的柱，通過在五樓的四角及四邊設置400X770mm轉換梁，與角部大梁和四邊挑梁連為整體，共同承擔豎向荷載和重檐斜板產生的水平荷載。第三層重檐利用下層升上來的梁上柱和主樓本身框架柱，完成挑檐的結構支撐。（圖3）

3.2 結構整體分析

由于建筑造型要求，建筑周邊柱有四次退柱，豎向構件不連續，當采用鋼筋混凝土框架結構時，用SATWE軟件進行結構整體內力分析計算，結構的抗側剛度不足，周期較長，位移角超限，因此，結合樓、電梯間及周邊合適位置設剪力墻。而受建筑布局影響，實際該工程能設剪力墻的位置有限，設計中通過將建筑周邊梁系加強，提高結構整體剛度，讓各項指標滿足規范要求。

3.3 重要部位加強措施

根據對結構整體計算結果的分析，著重對關鍵部位、薄弱部位進行加強處理，措施如下：

3.3.1 由于結構整體為頭重腳輕，且扭轉周期與平動周期接近，說明其抗扭剛度較弱，故在適當位置增加剪力墻的同時，又增加外圍連系梁的剛度，提高空間結構的整體性。

3.3.2 傳統風格建筑上層平面一般在下層平面之上做若干變化，外檐柱較下層收進是最常見的做法，收進位置處通常采用托柱轉換的節點形式形成傳力路徑。本工程采用的平層托柱梁按轉換梁要求設置腰筋和箍筋，加強對應層樓板，通過托柱梁和樓板的彎剪受力來傳遞上部荷載。

3.3.3 外挑檐一般設于層中位置，挑檐梁與樓層梁將建筑周邊柱變成了短柱，在地震作用下很容易發生剪切破壞從而造成結構破壞甚至倒塌。本工程采用深梁把錯層樓板連接在一起，擴大了與深梁相連的圓柱節點核心區范圍，一方面把因錯層形成的短柱包括在節點核心區范圍之內，避免了短柱造成的不利影響，另一方面也提高了梁柱節點核心區的抗剪承載力。而對于不可避免的短柱，為了提高柱的承載力或變形能力，采取箍筋全高加密、加大箍筋截面等抗震構造措施。

4 關鍵節點設計

大挑檐設計

對傳統風格的建筑而言，建筑周圈的大挑檐無疑是設計的一大難題，由于結構檐口檐椽尺寸及間距需滿足建筑造型要求，若仍采用以往設計方法，會導致施工難度大，工程質量不易保證。

該項目采用了鋼筋混凝土預制椽方，既可以批量制作，又可以避免椽與板整體澆筑帶來的施工難度，可加快工程進度，提高施工質量。椽尺寸及間距根據建筑設計要求，根據不同的長度規格分批預支。椽預留與板相連的箍筋，與挑檐疊合板鋼筋連接，整體受力，有很好的疊合能力，對于過大的外挑長度挑檐板，可減小板厚，減輕樓板自重，讓結構設計更經濟與安全。

5 結語

5.1 傳統風格建筑往往限制了結構構件布置和截面的選取。外挑檐在樓層中間位置設置、豎向構件的不連續，使得結構豎向分布沒有明確的分層概念而是連為一個整體，所以應按空間結構模型整體計算分析。

5.2 對空間結構而言，主要針對位移大小及分布情況進行整體指標控制，盡量保證兩方向剛度分配均勻，并提高結構的抗扭剛度，同時確保結構外圍豎向構件的位移滿足要求。

5.3 結構體型收進容易導致豎向剛度不規則，對抗震不利，豎向構件內力也會明顯增大，層間位移會有突變。對此問題，應盡量避免收進尺寸在某層過大（可逐層收進），加強豎向構件配筋。

5.4 椽與挑檐板有很好的疊合能力，兩者可以整體受力，對于挑檐挑出長度過大的挑檐板，按疊合板設計可以減小板厚，減輕自重。

5.5 對于柱頭截面“收分”影響，可考慮增加抗震墻，使大部分地震作用由抗震墻承擔，避免柱頭‘“收分”造成的強度、剛度突變。

5.6 該工程斗拱采用混凝土預制，不受力，作為裝飾構件。因混凝土自重大，在滿足自身強度和連接要求的前提下，盡量采用輕質材料，如泡沫混凝土、GRC預制件。

參考文獻：

[1]高層建筑混凝土結構技術規程：JGJ3-2010 [S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2]建筑結構荷載規范：GB 50009-2012[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3]建筑抗震設計規范：GB 50011-2010[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2010.