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pola艺术博物馆建筑结构设计 1 日本家公园图7 bola艺术博物馆收藏了5200多种艺术，包括西方绘画（包括日本画家的西方绘画作品）、日本绘画、东方陶瓷、玻璃雕塑和化妆工具。博物馆位于神奈川县的富士箱根伊豆国家公园内。该国家公园是日本的著名旅游胜地之一,座落于一片具有300多年树龄的山毛榉木和高大落叶灌木的原始森林里(图1)。为了最大限度地减少对当地植物和动物生态系统的直接和潜在的破坏,确保建筑和自然环境的共生,建筑高度被限制在距离地面不超过8m,建筑和施工范围也被限制在直径为76m的范围内。 参观者从博物馆正面的道路,走过一个引桥后,便进入位于二楼的博物馆入口大厅。走进博物馆后,可以通过左侧的玻璃天窗眺望箱根小冢山的美丽景色,还可以通过一直落至地下二层的中庭,清楚地俯视博物馆的整个布局(图2和图3)。休息室和餐厅设在一楼,展室设置在地下一层和地下二层,地下三层为储藏室和机房等(图4和图5)。 2 基底隔震结构体系 从博物馆鸟瞰图和平面图都可以看到博物馆的平面形状为十字形。为了确保大地震时的人命安全以及确保艺术品免遭地震的破坏,结构设计时采用了基底隔震结构体系,即将整个十字形的博物馆建筑设计在一个隔震层上。这里,我们将隔震层以下的结构称为基底结构,将隔震层以上的结构称为上部结构,分别对其进行介绍。 2.1 向上扩展的建筑造型 结合博物馆的十字形平面形状,基底结构设计成一个盆状的钢筋混凝土结构,上部结构坐落在这个盆状基底结构中。基底结构由最大板厚3m的圆形底板和最大墙厚2m的倾斜挡土墙构成一体,利用以底板为基点的悬挑效果和平面的圆环效果抵抗平时以及地震时的土压和水压。为有效利用这个盆状的基底结构,博物馆的断面被设计成和基底结构形状相匹配的向上扩展的建筑造型(图6)。 为了在极恶劣的自然环境下也能保持良好的耐久性,设计上选用了16个直径为800mm～1000mm的叠层天然橡胶隔震支座做隔震元件,又选用了20个铅阻尼器做吸能元件。布置在上部结构底层平面上的主、次桁架,使上部结构的重量得以集中,减少了用以支撑上部结构的叠层天然橡胶隔震支座的数量。隔震层的合理设计,使坐落在隔震层上的上部结构的自振周期超过了4s,有效地衰减了地震作用。大地震时,位于建筑楼层下方的展室和储藏室楼面的水平地震加速度反应被控制在100cm·s-2以下,保证了艺术珍藏品不至于因突如其来的巨大水平加速度而飞出或倒下。 为了进一步保证大地震时艺术珍藏品的安全,在建筑楼层上方的重要结构部位的梁下安装了调频质量阻尼器。同时,又在建筑楼层的最下方,也就是上部结构的底层大跨度梁下,安装了可以追随水平位移的带有轨道的粘滞型阻尼器。这些阻尼器将竖向地震加速度反应减小到了无设置情况下的1/2～1/3(图7)。 上部结构和基底结构之间留有70cm以上的间距,既便于隔震层的维修保养,也防止二者之间发生相互碰撞。 2.2 主次桁架布置 上部结构主要为钢桁架结构体系,局部通过钢筋混凝土进行加固。在上部结构底层的十字形内部空间与三角形室外平台的交界处,布置了“井字型”的4个主桁架(图8和图9)。这些主桁架梁跨度为27m,支撑和集中了向上扩展的博物馆建筑的整体重量,大大减少了隔震层隔震支座的设置数量。在主桁架27m跨内的每一层外墙处都布置了次桁架,主次桁架的共同作用使上部结构更趋有效合理。 桁架系统承担了几乎所有的传至上部结构的地震作用,它将9m间距的中柱从地震作用中解放出来,从而使展室和门厅的柱实现了象征建筑形状的“十字型”截面设计(图10)。 3 大空间玻璃盒 主桁架和次桁架为结构提供了足够的刚度和重力承载力。基底隔震体系和主次桁架的组合,实现了贯穿整个博物馆的玻璃天窗和明亮中庭的建筑设计规划。在中庭,参观者可以沐浴在从地上二层一直照射到地下二层的明媚阳光中;在白天,外部的蓝天绿树映照在博物馆内;在夜里,博物馆内部的灯光又将这个20m高的大空间玻璃盒映照得晶莹剔透(图11和图12)。 这个大空间玻璃盒的玻璃天窗、玻璃天花板和门厅的玻璃采光墙,由间距2.25m、直径89mm的钢管柱构成的L型钢框架结构系统支撑。玻璃天窗呈45°倾斜,材质选用叠层保温玻璃(厚度t=19mm+19mm)。L型钢框架梁上又设置了2块1组的玻璃悬挑梁,使玻璃天窗的玻璃加劲肋可以上下支在玻璃悬挑梁和楼板之间,实现了建筑设想的玻璃天窗折角处的高度透明设计效果。 玻璃加劲肋与玻璃悬挑梁及楼板之间的连接均为铰接,而且在与玻璃悬挑梁的连接处,玻璃加劲肋的锐角插入玻璃悬挑梁的2块玻璃之间,用螺栓连接后,玻璃天窗不仅能够承担自重、抵抗风荷载和雪荷载,而且还能追随地震时的结构变形。