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行政院公共工程委員會 第十四屆公共工程金質獎得獎作品之一 |
| 象徵工程界最高榮譽的行政院公共工程金質獎已於2014年12月12日假台北市中油大樓國光廳舉行，在工程界與媒體大眾的見証下，共頒發公共品質優良獎計有特優獎6件、優等獎15件及佳作獎12件，本刊依循往例，從本期起以專題報導方式陸續介紹得獎作品，分享營建工程界，敬請期待。 本刊編輯部 啟 |
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高雄市立圖書館總館新建工程 主辦機關：高雄市政府文化局／高雄市立圖書館 代辦單位：高雄市政府工務局新建工程處 專案管理：張瑪龍建築師事務所 設計單位：劉培森建築師事務所 監造單位：劉培森建築師事務所 |
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| 施工單位：春原營造股份有限公司／萬鼎工程服務股份有限公司／福林工程股份有限公司 | ||
| □春原營造股份有限公司／蘇明朝 副總經理 □春原營造股份有限公司 高雄總圖工務所／黃東光 專案經理 □春原營造股份有限公司 高雄總圖工務所／王萬枝 工地主任 |
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一、計畫源起 高雄市立圖書館成立於民國43年，服務據點遍佈各行政區，除提供書刊閱覽及資訊檢索等服務外，更兼負推廣書香之重任，原有總館於民國70年啟用，規劃為民眾活動中心之用，僅提供自修室、閱報服務及中興堂、展覽室辦理各類藝文展演活動，無法提供完整圖書借閱、參考諮詢服務，因此在市長大力支持下興建新圖書總館，以滿足資訊、閱讀之需求；並藉由強而有力的總館統籌規劃與推動，提供民眾更完善之圖書資訊服務，弭平城鄉圖書資源和數位落差。二、工程概述 (一)建築概要： (二)位置與周邊環境 新總館位於新光路、中華五路、成功路及林森路間之街廊，鄰近高雄水岸，周邊目前進行中的工程計畫多案，包含：海洋文化及流行音樂中心、高雄港旅運專區、功能經貿園區、環狀輕軌... 等，基地位於大型公共建設簇群中，未來將形成都市文化資訊金三角。  三、設計與結構 (一)設計理念「地面開闊性，標準層通透性」為本案最重要的特點，為滿足此條件，採用綜合了板凳與吊橋的結構行為，以座落於四角落之服務核與八樓桁架層組成巨型構架作為主要抗側力及垂直力系統，並採高張力鋼棒懸吊三樓至七樓之樓版，猶如三向度且複層橋面版之吊橋，有效縮小柱斷面尺寸，創造最佳之空間使用及最高之視覺穿透性，同時實現了地面層無柱之開放空間。  
(二)設計構想1.彈性使用的極簡空間 圖書館的「空間彈性隔間」是配合室內階段性功能變更，不可缺少的實用要素，因此在66.2公尺乘66.2公尺的大型樓板上僅於四個端角設立結構服務核，以懸吊樓板的方法將傳統直徑90公分的結構柱轉換成12公分鋼棒，大幅度提升內部空間的穿透性及彈性功能，並增加使用面積。 2.天候因素的環境考量 (1)東西兩側綠色走廊大量種植樹木，並配置沿著步道的景觀水池，創造樹蔭下親切尺寸的散步休閒環境。 (2)圖書館西、南兩側設4.5公尺深的密林陽台，除了能遮蔽午后陽光的直射外，更創造優質的綠化閱讀場所。 3.自然原理的節能運用 (1)圖書館各層中央區位設置一座空中庭園，以營造綠色環境的恬靜氛圍、引入大量自然光源、節省能源，並藉此戶外庭園加強空氣對流，促進室內空氣流動與循環。 (2)全館採高架地板管線流通系統，中央空調經地板內渠道送風，僅供應兩公尺高度的室內舒適度，節省大量空調虛耗。 (三)結構設計概要 1.結構系統：本工程結構量體為地上八層，地下一層之鋼構造建物。圖４為圖書總館結構透視圖，主要結構系統可分為巨型柱、八樓巨型桁架層、鋼棒及格子梁系統，以懸吊系統之傳力方式，藉由高張力鋼棒將垂直載重向上傳遞至桁架層，再透過巨型柱將力量傳遞至基礎。巨型柱依平面配置及使用情形可分為定義為四種型態(Core A-D)，除作為整棟建築垂直方向之動線連結外，亦為本建物主要維生管線之配置空間；圖5為巨型柱與巨型構架3D示意圖，其亦為本工程主要之抗垂直力、側力之結構系統。  3.樓板：本工程一樓室內採用25cm RC樓版，室外(超挖區)為抵抗浮力，因此使用厚度40cm之RC樓板壓重，其餘地上樓層以12.5cm之鋼承版複合樓版為主，所有樓層均可符合１～2小時防火時效之要求，並於樓版上方架設高架地版。 4.柱配置規劃：本工程主要結構柱為四個巨型柱，巨柱向下延伸至地下一樓，直接坐落於3.0m實心基礎厚版上，依平面配置及使用情形可分別定義為Core A-D。分別簡述如下： (1)Core A：由鋼構立面BRB斜撐構架組成立體之巨型柱。 (2)Core B：各層交錯之圓形鋼管組成直徑14.4m(1F)~8.4m(R2F)漸變筒狀結構。 (3)Core C：由鋼構立面BRB斜撐構架組成立體之巨型柱。 (4)Core D：由四支各自獨立之筒狀圓柱組成，直徑分別為3m兩座與4.4m兩座。 5.斜撐(BRB)：本工程於Core A與Core C內配置BRB斜撐。 6.鋼棒配置及規劃：本工程之懸吊系統，採用高張力鋼棒，由八樓之巨型桁架層向下吊放，於室內標準區採10.5mx10.5m之方形網狀配置；並配合中庭(天井區)作倒錐形環狀配置(圖6)。在各鋼棒接頭間，皆使用H型鋼作連接，組成10. 5m x 10.5m之格子梁系統配置(圖7)。  懸吊系統為本案設計要點，本工程鋼棒標準模矩採10.5mx10.5m之配置，上下層鋼棒採續接器之方法作串接。配合正反向車牙，亦可於有限範圍內調整梁頂高程。續接器之材料與鋼棒相同，採用符合CNS G3063之SCM 440(同JIS 4051標準，fy=8.5t/cm2)以上進行設計。本工程鋼棒之設計理念為使用受純軸拉力、具超額強度之鋼棒，搭配具超額強度之鋼梁組成網狀懸吊系統，設計上提供一安全機制(圖8)。  四、施工規劃與技術挑戰 (一)整體施工計畫規劃依據合約規定要求，本工程需於開工後670日曆天取得使用執照，且整體工期需於745日曆天完工，而各主要工項中土方開挖數量約75,000m3，基礎工程混凝土用量約29,000m3，鋼構工程用量約5,400噸，外牆惟幕工程約8,600m2，建築裝修工程約37,000m2。因此施工順序如何規劃，使後續外牆帷幕及建築裝修工程(含機電、空調系統)加上機電、空調系統，要控制在745日曆天內完工，能提早施作是需事先有良好得規劃及因應策略。 (二)鋼構規劃及施工 經由工程內容評估及了解，本工程主要特色為結構採國內首創之懸吊式施工方式，因此鋼構工程吊裝施工即為本工程在施工作業上首要注重及考量之課題。因為鋼構工程用量約5,400噸，吊裝施工過程耗時最久且結構安全及穩定性必須被先行考量之作業，因此在鋼構工程之施工順序上初步研擬兩種施工方式(圖9)，並比較其施工難易性及工期。  由於鋼構工程為本案主要徑工程項目，整體鋼構工程需在344日曆天安裝完成，因此如何使四個塔柱能快速安裝，以及各樓層安裝順序，如何搭配外牆帷幕及水電、空調、建築裝修工程進場安裝，是攸關本案施工成敗的關鍵課題。 由於本工程採全國首創結構懸吊式工法施工，施工過程分三個主要部分，分別為鋼柱結構吊裝、桁架及鋼棒與樓版結構安裝、樓版澆置作業順序與載重關係等。 1.鋼骨結構體吊裝施工 為本工程結構系統主要分別由CORE A、B、C、D由四根巨型筒狀結構體組成(圖10)，作為抵抗垂直力、側力結構的塔柱結構，分述如下： Core A、C：由鋼構立面斜撐桁架組成的立體巨型柱，其平面尺度為10.5m×10.5m。 Core B：由各層交錯的72根圓形鋼管組成的筒狀結構，各層桿件交點以鋼梁連結，並藉由鋼梁與各層樓版連結。 Core D：由四個各自獨立的筒狀圓柱組成，直徑分別為3m與4.4m，四支巨型圓柱於各樓層均與鋼梁結合。     (三)樓板澆置作業順序與載重關係 本工程由於懸吊式工法的特性關係，施工前評估由上而下施工方式，結構的穩定性及變位量評估是必須被考量的重點。因此為控制各樓層變位量，各樓層RC澆置作業顯格外重要，尤其在8F的樓板RC澆置作業，經結構分析結果需採2部高揚程之泵送車進行澆置作業，同時配合分區澆置作業原則進行，避免載重不平衡造成不均勻變位產生，且8F因為桁架層主要承載下部各樓層重量，為避免在載重未達容許條件下，造成樓板結構龜裂問題，亦在8F樓板中間縱、橫向四面各設置約1M寬施工接縫，以避免因結構施工問題造成破壞。另外，7F~3F各樓層之樓板澆置作業，亦考量結構平衡穩定問題，同樣採分區規劃澆置作業方式以2部高揚程之泵送車進行現場各樓層混凝土澆置作業，以準確控制結構體變位影響，有效達成結構體施工穩定效果。  1.本棟建築物結構體採用懸吊式工法，由頂層往下延伸樓板，當初在進行風雨試驗時，風壓及位移的要求就比較嚴格。在玻璃帷幕設計時，採一端固定另一端可活動(允許變位)之傳統式玻璃帷幕接合方式，亦即樓層與樓層間連接方式係採懸掛之活動套筒式。故本帷幕牆工程之接合方式可抵抗懸吊式鋼構層間變位，因帷幕牆本身與鋼構接合方式亦屬懸掛式。 2.玻璃帷幕性能測試 為驗證本案所設計開發之玻璃帷幕框架是否符合規範需求，本案特地取樣依CNS規範進行試驗，由於該試驗係模擬屋頂框架單元來辦理風雨試驗。本建物玻璃帷幕風壓採用正風壓：±325kgf/㎡(+3187Pa)；負風壓-570kgf/㎡(-5590Pa)及1.5倍設計值水平向層間變位性能試驗，經仿真颱風實體方式進行測試。 3.玻璃帷幕視覺模型 其用意是將實體的一部分依據業主及建築師的顏色需求，做成實體將鋁擠型框架、鋁板飾條顏色、玻璃顏色及矽利康顏色、幾何玻璃顏色等製成實品，供業主及建築師選色及修改，在還沒全面施工訂料前，還可做修改，以免造成損失。一方面也可作為日後工程施工上之品質的要求及顏色比對之依據，達到外觀整體之完美。 4.透光阻熱性佳的外牆帷幕系統 (1)四周外牆全面採用低輻射(Low-E)玻璃帷幕牆面積高達8,600m2。 (2)高透光率、低反射率、高熱阻絕與環保節能的要求。 (3)太陽光中可見光透入室內多，且顏色自然，採光佳，減少室內燈具的使用，節省能源。 5.依太陽光照射方位之燈光控制性統 照明透過排程機制建立照明時控制系統。室內通道設置照度感應器考依太陽光照射方位進行光源辨識及室內明亮度適當關閉照明設備。  五、工程特色與獲獎事蹟 (一)施工特色特色一：由上而下的施工構想 高雄市立圖書館總館整棟建築重量傳遞方式與一般梁柱系統建築不同，本案除四角的塔柱外就沒有其他柱子。因此施工團隊利用此建築特色，顛覆傳統施工方式，在四角塔柱完成後，將八樓大桁架吊裝完成，再利用懸吊鋼棒逐層往下安裝各層樓版，其特色是採用鋼棒懸吊式方式將各樓層重量向上傳遞至頂層桁架，再經由桁架傳遞至四個角隅塔柱，各樓層有分別使用60、80、100及120mm∮等四種不同直徑鋼棒，為方便鋼棒吊裝，由春源鋼構自行研發吊架，將整串鋼棒(含十字接頭)於地面組裝後，再行安裝；該吊架是鋼棒組裝平台，亦是避免鋼棒吊裝過程因變形太大造成鋼棒降伏破壞之機制；整串鋼棒安裝完成後，在鋼棒下方以鋼索固定於地面，避免地震或颱風造成整串鋼棒變形而損壞。如此施工除了安全並可節省工期，當上層樓板完成後可立即由上而下再進行水電、裝修等工程，以達如期完工之效。 特色二：只有四角塔柱 本案有A、B、C、D四塔柱，其中，A、C塔柱為正常鋼柱結構，供電梯安裝空間。另外B、D塔柱則是非規則型圓形柱，其造型特殊且複雜，經施工團隊創新建構模組化施工方式並順利完成。 特色三：八樓大桁架施工精確度及安全性檢核 本案八樓樓板設置於鋼骨桁架下弦處，當樓板與鋼骨桁架結合後再承受三至七樓版的重量，八樓樓板因張力區受力後會有局部混凝土開裂而產生裂縫，因此採取設置施工縫方式克服，俟所有樓層版澆置完成後再填補施工縫。故施工前應力的計算檢核、工廠內預拱值製造控制及現場吊裝的精準度等，皆是本案成敗的關鍵。 特色四：懸吊鋼棒 在建築物上的使用也是一項創新，像是傳統建築物的柱子經樓板的重量傳到基礎，每樓層鋼棒承受樓板自重而產生2~3mm伸長量，為了控制各樓層高程精度，安裝鋼棒時先採每支鋼棒預短3mm，並配合頂層桁架承受樓板自重產生撓度，將各層鋼梁預拱；使用鋼棒懸吊其最大特色是讓空間的穿透性變佳，猶如置身在完全無柱通透空間中，讓人心曠神怡。 特色五：玻璃帷幕及植栽 本案除四周牆面採用熱硬化低輻射層玻璃帷幕，共計8,600平方公尺。且在西側、南側陽台設置植栽花台；另六樓至屋頂有個中央杯型烤漆玻璃帷幕的天井，裡面也有綠化植栽。工程會對本案得獎評語-書中有樹、樹中有書的綠建築，再貼切不過了。 (二)工程創新 本工程在創新上共有七項的全球或全國首創與第一，包括： 1.全球最大懸吊景觀中庭 2.全球景觀穿透性最高圖書館 3.全球首座挑高7.5米無柱遮蔽式廣場 4.全國首創由上而下施工建築物 5.全國首創鋼棒懸吊建築 6.全國首座全方位系統建築 7.全國最具功能彈性建築物 此外，本工程在綠建築方面，亦符合候選綠建築銀級，共計七項指標，包括：綠化量、基地保水、日常節能、CO2減量、室內環境、水資源、汙水處理及垃圾改善等。 (三)工程獲獎事蹟 1.榮獲101年度第二十屆中華建築金石獎－規劃設計類及金石首獎。 2.榮獲103年度第二十二屆中華建築金石獎－優秀公共建設類施工組。 3.榮獲103年度第一屆高雄市新建建築物工程品質－金質獎。 4.榮獲103年度第十四屆行政院公共工程委員會公共工程金質獎建築工程類－特優。 六、結語 高雄市立圖書館結合了藝廊、圖書中心、多媒體… 等服務，就像是一座生命體，讓人與人的交流在圖書館內產生更多的閱讀享受，在一座館中有樹、樹中有館的大樹下全民書房，讓閱讀沉浸在綠意與光影中，使得知識之美與自然空間交融合而為一，這是全體工程團隊歷時2年精心打造送給高雄市民的禮物，103年11月13日在陳菊市長主持啟用典禮，宣告高雄市立圖書總館將引領高雄城市轉型，打造永續發展的知識殿堂。本工程亦榮獲多項工程獎項及公共工程金質獎特優的佳績，也為這一群默默付出兩年辛勞與心血的工程人員獻上最高的肯定與鼓勵。
參考文獻 1.春原營造股份有限公司，高雄市立圖書館總館施工全紀錄，2015年3月。2.春源鋼鐵工業(股)公司暨相關企業，今日春源第193期，2014年12月。 3.劉培森建築師事務所/築遠工程顧問有限公司，工程簡報資料。 |
