建筑設計是建筑師將自己的建筑思想與設計理念實現的過程，一定程度上是感性的；而結構設計則是工程師利用結構技術支持建筑實現的過程，更多地表現為理性。因此建筑設計與結構設計的合作，體現出感性和理性的融合。隨著現代建筑的發(fā)展，建筑在造型上不斷創(chuàng)新，空間構成的變化使結構設計理念發(fā)生了重大變革，特別是中庭空間的出現和底部空間的變化對結構的實現提出了更高的要求，也需要結構形式不斷創(chuàng)新。而經濟和科技的發(fā)展，結構材料、結構體系、結構設計概念的創(chuàng)新則為實現現代建筑的特殊效果提供了依托。本文以廣東省博物館新館及廣州美術館這兩個項目為例，來展現結構師如何通過結構技術創(chuàng)新配合建筑師實現建筑設計構想的過程和心得。

廣東省博物館新館

建筑設計

廣東省博物館新館位于廣州市珠江新城核心區(qū)花城廣場東南側，設計構思源于中國精雕細琢的傳統寶盒，承載著歷史傳統、智慧及文化。項目方案設計為香港許李嚴建筑師事務所有限公司，建筑合作設計及結構設計為廣東省建筑設計研究院。

源于寶盒的設計概念使博物館建筑體形富有創(chuàng)意，建筑物四周懸挑，底部形成廣場，整體效果宛如放置在絨綢布上納藏寶物的文化器皿。博物館的空間組織概念取材于廣東傳統的象牙球工藝技術，室內空間效果富于變化且層次深遠，要求展廳內形成一個大跨度無柱式空間，中間設置大面積的中庭。博物館的外立面設計也非常獨特，與象牙球的概念同出一轍，建筑外墻采用拉絲金屬板和穿孔金屬板，與玻璃和飾面屏風相結合，塑造出玲瓏剔透的整體效果，形成強烈的視覺沖擊。

結構設計與創(chuàng)新

廣東省博物館新館總建筑面積6.6萬m²，總高度為44.65m，共6層（地下1層，地上5層）。地面以上建筑平面外輪廓尺寸為114m×114m，對稱懸挑部分跨度23m；展廳內形成內部中庭，外部展廳為大跨度無柱式空間，內庭58m×58m。內外不同的大跨度空間且周邊無立柱對結構設計提出了特殊的技術要求。為了實現建筑特殊的效果，地面以上的結構體系采用了創(chuàng)新的鋼一混凝土組合懸掛結構，主要受力構件為內置鋼管的鋼筋混凝土剪力墻、跨層雙向矩形鋼管混凝土預應力桁架、鋼管與預應力拉索組合吊桿、鋼一混凝土組合樓蓋。

根據建筑平面布局，結構設計利用建筑的豎向交通區(qū)域設置剪力墻作為結構的抗側構件和豎向承重構件，平面上四個角筒對稱布置在中部68.5m×68.5m范圍的四個角部，角筒之間再均勻設置兩片剪力墻。為了增加其延性和整個結構的抗震性能，保證剪力墻與鋼梁間的連接，剪力墻內設置鋼管暗柱形成內置鋼管的混凝土剪力墻并延伸至頂部大桁架下弦桿處，與桁架下弦桿剛接。對于外圍23.5m的展廳，考慮到建筑頂層的使用功能主要為博物館的辦公區(qū)及屋頂花園，對空間跨度要求不是特別高，結構上利用該層設置大跨度的懸臂桁架作為主要受力體系，通過在桁架上設置吊桿懸吊外圍展廳，以實現建筑在最外圈無落地柱的效果。

懸掛結構外周邊的豎向傳力采用內設預應力鋼索的矩形截面吊桿，其中鋼吊桿為主受力桿件，加強結構的側向剛度及減小懸吊各樓層的振動，軟吊桿預應力鋼索作為懸掛體系的二次防線。對于中庭回廊，同樣利用桁架上設置的鋼管吊桿作為豎向受力構件，既能實現建筑中庭的大跨度無柱式空間，又能平衡一部分由桁架外懸臂產生的彎矩。

由于本工程材料和構件的特殊性，而且懸掛結構體系對節(jié)點的要求特別高，節(jié)點的處理非常復雜，對不同的節(jié)點作不同的技術處理。除了要滿足實際受力要求外，同時還要滿足施工的可操作性以及起重機的吊裝能力等多方面要求。其中吊桿與三層樓面主框架梁連接節(jié)點采用不傳遞彎矩的構造，使吊桿受力更簡單、更直接。

由于結構的特殊性，設計要求施工受力模式與設計使用受力模式盡可能相一致。本工程最終選用高空拼裝和累計滑移方案，利用核心筒鋼管混凝土柱作為滑移的軌道支撐，屋蓋桁架采用液壓爬行器同步滑移就位。

本項目由于建筑造型獨特，六面幕墻洞口凹凸有致，而且部分洞口尺寸較大，完全通過幕墻來實現建筑立面效果有一定的難度。結構上設置約3m×3m的空間鋼架作為外墻主支撐骨架，該體系跟隨建筑上凹凸或開洞的位置下沉或斷開，以實現建筑的立面效果。

廣州美術館

廣州美術館位于廣州市珠江南岸嶺南廣場東北側，以“水中盛放的英雄花”為題，突出建筑所反映的嶺南風格和廣州地域特色，打造獨具特色的綠色建筑。項目方案設計為Herzog+Partners Asia（德國赫爾佐格與合伙人建筑設計事務所）和華南理工大學，結構設計為廣東省建筑設計研究院。

廣州美術館總建筑面積8萬m²，高度為40m，建筑平面尺寸為97m×97m，內部設40m跨度中庭天光照明采集系統。建筑以廣州市花木棉花為造型概念，二層立面出挑，形成獨特地域氣候特色的“騎樓”建筑空間，建筑立面圍護結構和屋頂設計為多層光伏發(fā)電的“傘面”式結構，起到獨特的裝飾及節(jié)能效果。

由于美術館主要功能為各種展覽空間，建筑對內部柱網的跨度要求約20m，周邊懸挑跨度最大8m，且對結構構件截面限制較嚴。結構設計有針對性地采用了鋼管混凝土框架一鋼筋混凝土核心筒混合結構，結構體系由外部鋼管混凝土柱鋼框架、內部鋼管混凝土柱一鋼筋混凝土柱鉸接框架，及設置消能減震裝置的分散式剪力墻筒體組成。由于本項目框架剛度較弱，剪力墻承受水平作用較大但豎向作用較小，需采取措施有效改善剪力墻抗震性能；結構設計在各層采用了梁柱互為鉸接而彎矩連續(xù)的新型鋼管混凝土柱梁柱節(jié)點，并通過分散式的剪力墻布置及創(chuàng)新的連梁阻尼器設計，可有效減小構件尺寸、保證結構的抗側力剛度及提高整體結構的抗震性能。

建筑外立面為設置光伏發(fā)電構件的花瓣造型幕墻，外圍框架柱采用與建筑外立面傾斜角度一致的斜向柱，以懸臂承托幕墻剛架。為保證建筑室內豎直柱的效果要求，并控制各層懸挑跨度一致，外框柱為新型的變截面長橢圓鋼管混凝土斜柱，斜柱符合建筑效果要求，也可為長懸挑梁提供可靠的支座剛度，結構受力合理。頂層區(qū)域則結合建筑辦公空間間隔采用了局部設置斜腹桿的空腹鋼桁架及輕鋼桁架結構，中庭光屋蓋采用了簡潔的單層網殼結構，實現了建筑屋面效果及通透采光要求。

結語

廣東省博物館新館項目結構設計提出創(chuàng)新的結構體系，廣州美術館項目提出新型結構構件及結構解決思路，全過程的精細化結構設計及復雜結構的整體、構件、節(jié)點的承載力及抗震分析，以多種結構試驗提供科學的數據作為設計參考，結構設計通過技術創(chuàng)新成就了特別的建筑效果。