具有代表性的保護性隔震改造──歷史文物性建築的保護及恢復
正立面
正立面
〈初建時的建築概要〉
地址:東京都台東區上野公園7-7
主要用途:美術館
設計者:勒‧柯布西耶(初步及施工役計)‧?倉准三‧前川國男‧吉阪隆正(施工圖設計)(橫山不學:結構設計)
施工者:清水建設
建設用地面積:9287.88㎡
建 築 面 積:1587.00㎡
總建築面積:3995.67㎡。〔改造後為4200.30㎡(擴建部分的204.63㎡)〕
層數:地上3層、地下1層、屋頂間一層
檐高:10.0lm,最大高度18.86m
竣工年月:1959年5月
這棟建築其實皆有比意的五大元素
(結構概要)
結構類 別:鋼筋混凝土造
結構類型:框架抗震牆結構
基礎類型:直接基礎
(隔震改造後的房建概要)
隔震設計者:建設省關東地方建設局營繕部(今:國土文通省關東地方整備局營繕部)、前川建築設計事務所、橫山建築結構設計事務所‧清水建設(設計合作)
施工者:清水建設
施工期間:1996年5月-1998年3月
隔震改造概要:於上部結構與基礎之間設置隔震部(高阻尼層壓橡膠墊),屬於保護性隔震改造
前言
位於東京上野的這座國立西洋美術館是以收藏印象派的作品和由勒 ‧柯市西耶大師所設計,而使其主館名揚天下的。國立西洋美術館收藏的“松方藏品”是已故松方幸次郎先生生前在歐洲各地收集的繪畫、雕塑等世界珍品的美術藏品。儘管這些藏品在第二次世界大戰,根據舊金山和平條約,已經歸還了法國政府,但是,作為法國向日本申請返還時所規定的條件,要求在日本設置法國美術館,同時,該館的設計者決定由法國的建築師勒 ‧柯布西耶先生擔任。此外,日本方面參與設計的人員則是勒‧柯市西耶的學生?倉准三、前川國男和吉阪隆正等三位先生,設計的從頭到尾的全過程成了建築界廣為傳頌的佳話。
地獄門,這應是複製品,不過是要看是第幾件的複製品
國立西洋美術館主館作為戰後日法兩國之間的邦交恢複和關係改善的紀念,同時‧又作為近代建築的理論家和導師的勒 ‧柯布西耶在東亞惟一的一個建築作品在曆史價值和文物價值上,獲得了高度評價。國立西洋美術館在1959年主館竣工之後,曾擴建了禮堂、辦公樓、售票處,並於1979年又計畫新建一座新館,作為計畫中的藏品展覽館之用。於是,在前面庭院的地下和主館西側計畫擴建這座藏品展覽館,並以擴建為中心,對整個美術館進行了一次全面重新調整。這樣一來主館作為整個美術館的中心,起到了舉足輕重的作用。由於1995年1月的兵庫縣南部地震的發生,使得眾多的建築物和美術品蒙受損傷和破壞,為此,作為防災措施的一環,採取了正規的抗震措施。
現場展示的防工法
2‧日本最早的保護性隔震改造
考慮到國立西洋美術館在文化上的寶貴價值,在抗震措施的選擇上,僅僅防止結構本身出現重大損害是不充分的,還必須做到確保勒柯布西耶設計的原創風格不變,美術品得到應有的保護,以及來館參展和觀眾們的安全等等。為探討能夠滿足上述種種條件的抗震措施,成立了有結構和建築史專家 ‧以及當初參與設計的有關人士參加的“國立西洋美術館主館等改造研討委員會”(委員長:東京大學生產技術研究所教授岡田恒男)經過慎重的反復研討之後,提出了未取隔震構造的改造方案。當時的建設省關東地方建設局(令:國土交通省關東地方整備局)接受了這個方案,又對該方案的施工可能性和經濟性做了綜合研究和探討,結果,日本最早的保護性隔震改造措施獲得了通過,隔震構造取得了批准,並決定付諸實施。
現場展示的防震工法
3‧設計概要
在設計時,為了能夠使由勒‧柯布西耶大師創制的以人體為依據的設計基本模數確定的主館結構設計符合該建築物的建築設計特點和滿足作為地震多發國的日本的抗震標準這兩方面的要求,曾過細地研究了所有細節‧包括同勒‧柯市西耶大師的對話。
在當時,作為時代的特點,在材料方面是在圓截面的鋼筋混凝土柱中採用螺旋箍筋,而在構件方面,則是採用了懸掛照明燈具的ψ150的鋼筋混凝土柱等。
(1)地基概要
建設用地的地質是從地表向下,順次為關東亞黏土層、上洪積砂層、洪積黏土層、下洪積砂層,地下水位為GL-l8m。根據平時微震的測定結果,地基的固有週期為0‧36秒,相當於第二類地基。這次改造後,仍然是直接基礎(板式基礎)置於關東亞黏土和部分砂層的持力層上。
(2)主體結構的退行性改變
為了對該樓宇的老化情況做出判斷‧進行了混凝土的抗壓強度試驗、中性化試驗和主體結構的裂縫調查。
調查是在竣工後的第37個年頭進行的,雖然時間很長,但開末發現明顯的老化現象。因此,認為當時的結構仍然保持著竣工時同等程度的承載能力。
從雕塑遠眺本館
(3)抗震檢查
自從1959年竣工以來,己經進行過數次改建,這次是根據當時(1995年)執行的抗震規範對其抗震性能加以判斷,以便為改造計畫提供必要的依據。
檢查方法是以“官廳設施的抗震檢查及改建要領”為依據,條件則按照老化係數U=0.9,重要性係數I=1.1(II類)。結果,得出了”儘快加以抗震改造”的結論。
(4)改造規劃
這座主館乃是公認具有高度歷史價值和文物價值的建築物,因此,“保護”、“利用”和確保“安全”的三全改造規劃自然也就成了至關重要的研究課題了。由於主館並未被列為文物保護單位,因此,只需根據主體結構的調查和抗震檢驗的結果,開視其重要程度,依據現行基準法進行了有關其安全性的分析和探討。
最初曾提出,在首層的周圍設置新的牆體,用以確保強度的加固方案,但是,滿足不了主館的功能和建築外觀的要求。後來,還提出過能夠吸收地震時的變形所產生的能量的加固方案。用這個方案進行抗震加固時‧只能在建築功能容許的範圍內設置抗震牆,而對於柱子是既不能改變其尺寸,又不能改變其設計。
此外,在主館改造研討委員會內,在深入研究這些方案的過程中,特別強調了這次主館的改造方案必須做到對“原創設計風格的保護”。所謂保護原創設計風格是指在改造規劃中,哪怕是將來真的出現了預計的大地震時,仍能使建築物的文化價值得到充分的保護。
在具體實現的萬法上,探討了隔震構造、同時,還討論了必須滿足與毗鄰的主體結構之間的變位元不得超過容許變位元的設計目標。
隔震構造在保護建築物的原創設計風格和保護美術藏品和美術館的功能等方面,都要比抗震加固方案效果更好,既可做到對原有建築物保護和有效利用,又可確保抗震安全性。
(5)隔震加固
由於未用的是基礎下邊隔震,所以,地上樓層在結構上無需採取任何措施,因此,對原有建築物的結構和外觀造型基本上沒有什麼變化。
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設計時,將遵循當初矽樓時的建築基準法,以及相關法規所設計的原有建築與這次擴建部分形成一個整體並針對整個建築物,確保在其使用期間內出現設計預計的地震時的抗震安全性。
首先,鑒於原有建築部分是遵循建設當時的基準法設計的事實,應為包括地下一層在內的全部樓層設定剪力系數為0.2的均勻分市的設計地震荷載。根據按該設計地震荷載作用下的地震反應分析結果來驗證每一構件的截前強度,確保截面應力小於短期容許應力值。
其次,將地震烈度標準化為隔震層下部的最大速度值,並設定如表1所示的設計準則,然後‧再進行在不同的地震波作用下的地震反應分析‧對作用於建築物的層剪力是否小於設計地震荷載作用下的剪力值加以確認。
(6)隔震部件的設計
在確定隔震構件的規格時,隔震裝置的設置位置受到了限制,因為這幢建築物的地下部分的形狀複雜,所以,考慮到維修方便,採用了上部結構支承功能與阻尼功能結合在一起的裝置,此外,為了在結構功能上能夠在發生中小地震時的隔震效果,採用了高阻尼層壓橡膠墊。建築物所採用的隔震部件的設計目標如表2所示,而隔震部件的簡介則如表3所示。
4‧施工
施工計畫中的主要課題是在原有的基礎底下安裝隔震裝置和設置新的隔震。原有建築物的基礎是置於關東亞黏土的持力層上的板式基礎。這次隔震改造工程屬
於複雜的基礎托換工程‧包括沒有地下室的部分,擴建的地下部分和有地下室的部分。首先,鏟去一層原有地面的混凝土層,沿基礎周圍向下開挖。其次,對原有基礎進行加固,並將自重當作反力,一邊對承載力和下沉加以仔細關照的情況下,借助壓入地下的鋼管樁將建築物臨時支承起來。
其次,構築板式基礎,並安裝隔震裝置,使其與原有基礎形成一個整體。最後,將由臨時設置的鋼管樁支承整個建築物的重量的狀態,在嚴密監測沉降的條件下,移至新設置的隔震裝置上來。
為了確保建築物在施工過程中的安全性,在地面標高處設置臨時限制側移構件。這種側限構件一方面可以監測各個施工階段的安全性,同時,又可以隨時照料施工進程。
5‧結語
隨著時光的流逝,建築物在長期的使用過程中,其外觀要不斷地做出適應時代需要的改變。在這樣的情況下,當進行擴建和大規模的修繕(變更建築裝修)時,就一定要遵循當時的規範和標準。這樣一來,如果建築物是遵循舊的基準法建成的話‧那麼,抗震安全性和建築造型的保護及活用的觀點就會出現相反的情形。
至於國立西洋美術主館,由於該建築物採取了隔震措施,儘管其地上的結構部分水曾採取任何抗震措施,竟能使地震輸入下降到1/3-1/5的程度,擁有高於現行規範所要求的抗震性能,同時,又使得具有世界價值的勒‧柯市西耶的原創風格的保護成為可能。此外,還可以收到進一步提高本館作為美術館的功能(美術藏品的保護和消除來館參觀者在地震發生時的恐怖感)的效果,使其得到比以往更加有效的利用。通過該美術館的改造又一次證明了隔震措施是對歷史性建築物的抗震改造和保護利用的有效手段。
(田島 智)
See:日本建築構造技術者協會編,滕徵本、滕煜先、周耀坤、滕百譯,《日本結構技術典型實例100選──戰後50餘年的創新歷程》,北京,中國建築出版社,初版,2005年九月,p358-361。
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