博物馆建筑设计及结构设计概述

博物馆建筑设计及结构设计概述
关键词：建筑设计结构设计博物馆框架结构
摘要：此次的博物馆设计的用地位于甘肃省张掖市，博物馆主题为“黑水国遗址博物馆”。

博物馆建筑属于文化类的建筑，对于空间的品质与场所感是设计重点。

主要的功能有门厅接待、展览区、藏品库以及办公管理用房。

在立面的设计方面主要是表达出博物馆厚重的历史感。

为满足平面灵活布置的要求，建筑采用框架结构。

屋顶天窗出采用平板网架结构。

通过博物馆建筑的设计，掌握和了解博物馆建筑的使用功能，已经框架结构和网架结构的基本知识及使用范围。

1.建筑设计部分
1.1建筑设计类型：展览型建筑---遗址博物馆
1.2建筑设计的背景及周围环境：
此次的博物馆设计的用地位于甘肃省张掖市，博物馆的主题定位黑水国遗址博物馆。

黑水国遗址位于张掖西北12.5公里处，南北长15公里，东西长10公里，是新石器时期的古文化遗址。

因傍黑河故名黑水国黑水国分南北两城相聚两公里。

图1黑水国遗址1 图2黑水国遗址2
1.3建筑设计原则
博物馆建筑属于文化建筑的一种，其主要作用是以一定的主题展示某一种客观存在的事物，同时博物馆建筑业具有一定的教育意义，向社会公众传播某种方面的的知识，并且也是为市民提供休闲的交往空间的一个场所。

所以博物馆类型的建筑，应该除了要满足合理的交通流线，方便的使用外，对建筑的精神性场所感的构筑也尤为主要。

空间的品质，营造的氛围均是博物馆设计的重点内容。

1.4建筑设计思路概述
1.4.1建筑总平面
此次基地的面积为3150㎡，建筑面积为4200㎡，建筑占地面积为1488㎡，容积率0.77。

建筑主入口在南侧的道路，次入口为北侧到路。

1.4.2 建筑平面功能及流线分析
通过对建筑功能及流线的分析，本方案博物馆建筑总面积为4200平方米。

建筑共有4层，其中三层在地上，一层在地下。

建筑总高度为16m。

主要的功能有门厅接待、展览区、藏品库以及办公管理用房。

入口门厅兼接待处约100㎡，主要用作是对游客进行引导，方便其进入各自不同的展区，并且具有人流的集散作用。

展览区分布在四层的建筑空间内，面积约为2500㎡。

主要分为了5个展区。

每个展区更具主题的不同，分别展览不同的展品。

藏品库分为一般藏品库与珍品库，面积约为1000㎡。

珍品库设置了良好的安保措施。

办公用房位于1、2层，面积为300㎡。

（红色为办公藏品区，橘黄色为展览区，紫色为交流空间，蓝色为报告厅。

1.4.3建筑竖向设计
建筑的垂直方向上主要由一个中庭空间贯通，中庭顶部为桁架支撑的屋顶。

一层进入二
图3一层平面图图4二层平面图
图5三层平面图图6负一层平面图
层的部分，除了由楼梯外，更增设了一部长的坡道，主要是因为坡道更具有良好的流动性，
是游客在参观的过程中获得一个较为完整的空间体验。

报告厅的屋顶以及一层的屋顶可以作为一个室外露台，让参观着在参观过程中可以获得室内外的相互渗透的感觉。

除了地上三层之外，博物馆在地下还设有一层，放在地下的原因是首先因为高度的限制，其次是因为这样可以更加突出“遗址”二字。

放在地下，从室外入口处可以直接进入负一层，参观者经过一条长的封闭的走廊，渐渐感觉到历史的重量感。

1.4.3建筑立面设计
博物馆的主题为“黑水国遗址”，既然是遗址博物馆，最终设计者想要表达的目的是让博物馆传递出一种厚重的历史感。

所以整个博物馆的形体没有使用曲线的造型，转而全部是棱角分明的几何体。

在建筑外立面上，主要采用清水混凝土的材质，灰色的色调更能显示出博物馆所要表达的历史文化重量感。

基于对室内氛围的考虑，设计者想要营造出一种神秘切略带压抑感的气氛。

所以立面上的开窗只是在某些需要的部位开设了面积不大的窗户。

最后是通过对“黑水国遗址”的形体造型进行分析之后，在博物馆的东南立面的墙体进行的与地面约60°的倾斜，是博物馆表达的主题更加贴近遗址本身，同样是博物馆更具表现力。

图7博物馆南北立面图
图8博物馆效果图
2．结构设计思路
2.1 工程地点
工程位于甘肃省张掖市，抗震设防烈度为7度，设计基本加速度值为0.15g。

2.2工程概况
平面尺寸，4层，每层层高为4m，室内外高差0.6m，走廊宽度2.5，设计使用年限50年。

混凝土：采用C35-C25混凝土。

活荷载：门厅接带、展览厅、：2.5KN/㎡办公室：2.0KN/㎡藏品库：3.0KN/㎡
2. 3 框架结构选择
框架结构是由梁和住连接而成的结构体系。

梁祝连接处一般为刚性的连接。

选择框架结构的主要原因是采用框架结构体系，可以在内部形成大的空间，能进行灵活的建筑平面的布置。

在本次的博物馆设计中，门厅接待以及展厅部分充分连通，几乎没有墙体的阻隔，这样的设计，传统的砖混结构显然无法满足灵活的平面布置，所以说框架结构是最好的选择。

2.4柱网的布置与计算（图9）：
2.4.1框架柱的布置应满足的几个要求：
柱网布置应满足建筑功能的要求。

（建筑结构选型，P42）
（1）柱网布置应规则、整齐、间距适中、穿力体系明确，结构受力合理。

（2）因为框架结构是全部由梁、柱构件组成的，承受竖向荷载并同时承受水平荷载，并且框架结构只能承受自身平面内的水平力，因此应沿建筑物的两个主轴方向都应设置框架；柱网的尺寸还收到梁跨度的限制，一般的梁跨度在6—9m为宜。

（3）柱网布置应便于施工
结构布置应考虑施工方便，以加快施工进度，降低工程造价。

设计时应尽量考虑到构件尺寸的模数化、标准化，尽量减少构件规格，柱网布置是应尽量使梁、板布置简单规则。

2.4.2梁截面尺寸的确定
框架梁：
H=(1/8—1/12) L b=(1/2—1/3)H
框架连系梁：
H=(1/12—1/18)L b=(1/2—1/3)H由这组估算的计算公式。

已知Lmax=9000。

取1/10L 所以框架梁H=900 b=450
框架柱截面尺寸估算
经验值S=b+100即S=550。

采用正方形截面的柱。

2.4关于抗震的考虑
关于《建筑抗震设计规范》中的规定，在7级烈度区且建筑高度小于24m的建筑属于三级抗震结构。

张掖地区处于祁连山地震带上，属于地震的多发区，所以框架结构防震很重要。

关于柱的防震措施：柱截面尺寸：柱的平均应力太大，会使柱产生脆性的剪切破坏。

为了使柱有足够的延性。

柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，此次设计中
柱高为4000mm，柱截面宽度550mm，均大于300mm。

（浅谈建筑框架结构设计中存在的问题及对策，梁丽芳）
图9平面柱网布置
2.5关于楼板开大洞的问题
由于中庭空间的存在，这次楼板的开洞面积约330㎡，每层建筑面积约1000㎡，已经超过面积的30%，属于不规整的，在计算时，应将全楼所有楼板定义为弹性膜比，也可以将该层洞口边缘节点定义为弹性节点。

（浅谈建筑框架结构设计中存在的问题及对策，梁丽芳）
2.6顶部网架结构（图10）
网架结构是由很多杆件通过节点，按照一定的规律组成的网状空间。

它是一种空间的杆件体系结构，具有三维受力的特点，能够承受个方向的作用力，并且网架结构一般为高次超静定结构，倘若一杆局部失效，仅少一次超静定的次数，内力可重新调整，整个结构一般并不失效，具有较高的安全性。

网架的跨度可以做的比较大，屋顶跨度接近30m.，网架结构经济的框架跨度为30，而且在中间要求不宜设置柱子是，框架结构无法满足这样的跨度。

故选择网架结构，并且可以形成丰富的光影关系。

3.总结
通过对博物馆的设计，掌握了博物馆相关的设计原理以及处理手法。

而对于结构的设计，主要通过对使用空间功能的要求，确定了框架结构和网架结构。

具体涉及结构的计算与推演，这里不做过多的论述。

图10屋顶网架
参考资料
《建筑设计资料集》
《博物馆建筑设计原理》
《建筑结构选型（第二版）》
《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》
《浅谈建筑框架结构设计中存在的问题及对策》梁丽芳。