[分享]艺术至上——加州大学艺术博物馆

这是依灵感而作的艺术品，具有田野风格的外观，有山坡、多样化的地块、房屋顶盖和整体罩棚。这就是加州大学新建的艺术博物馆，建筑师努力使这幢建筑成为一件艺术品，他的灵感来自于田野的自然景色。这项工程包括形状规则的单层和2层的展厅建筑，有不同质感和颜色的地块，它们无一是孤立的。罩棚是敞开的、透空的，是可渗透的自由艺术。画廊、研究室、会议室、办公室、服务间，全部用低矮和起伏的屋面板连成一个整体，钢罩棚面积达5万ft.2（4,645㎡）。

这个标志性的罩棚覆盖着建筑及其余大部分场地，它变化着的角度和孔口，加上内衬件对日光的过滤和反射作用，产生了随日照和季节变化而有所不同的效果，建筑因有罩棚的延伸产生了令人愉快的感觉，氛围柔和、舒适并有富丽堂皇的观感，罩棚的设计起到了关键性的作用。

由于展厅的外形不规则，跨度大、体形薄，美观、精致，要把内容和结构外观结合起来，钢构是最理想的材料。3个展厅的总面积为3万ft.2（2,787㎡），包括主画廊建筑，它是高开间和长跨度的；一幢包括教室、公众会议空间、艺术工作室和功能性区域的单层建筑，以及2层翼楼的休息室、办公室、门厅和机房。

展厅采用了组合楼板，由钢梁支承，钢柱支承在扩大的基础和地基梁上。钢框架有效地支承着大画廊的屋盖和复杂系杆，形成有坡度的相交屋盖和各种悬臂区。悬臂区最长达28.6ft.（8.7m）。因为博物馆位于强震区，因此展厅的抗侧力体系采用了屈曲约束支撑。当时也考虑过混凝土剪力墙，但由于建筑的几何形状不规则，在支撑结构端部采用了最谨慎的选择。因为支撑可加强孔口位置，也与总体柔性相协调。在每个展厅都采取了抗侧力体系平衡措施。

在外部，最初考虑的是采用轻型金属幕墙板，但最终选择了肋型预制板并对支撑框架的层间位移做了谨慎的节点设计。罩棚次梁和主梁采用HSS14×10轧制成复杂的曲面形状，支承在铝制三角形截面多孔梁上。主梁支承在高度15至35in.（381~889mm）的变截面圆管上。罩棚的每根柱支承在单独的混凝土钻孔桩基础上，形成旗杆式的悬臂柱。罩棚在建筑的展厅中就是这样固定的，悬臂柱和屈曲约束支撑以及罩棚主梁都起着抗震主梁的作用。

设计团队对组合框架的重力设计采用了RAM结构体系，用SAP 2000软件对房屋和罩棚进行了在风荷载和地震作用下的动力分析，对选择的连接节点采用了细致的有限元分析，对构件和连接设计进行了优化。团队聘请风荷载顾问对罩棚在罕遇风荷载下的极端情况提出了意见。由于采用了三角形大跨多孔填充梁，因此建筑形式多样且间距各不相同。顾问还参考了场地类别系数，地块南面是开阔农田、北面是树林，结果是不同方向的风荷载是不同的。

这栋建筑的设计遇到了结构方面的多重挑战，有以下几方面；

1. 扭转平衡。展厅和罩棚的高度不等，几何形状、质量和动力特性都不同，而它们在规划中整体结构是连在一起的。要仔细地考虑屈曲约束支撑和悬臂柱的位置、大小才能满足扭转平衡并使展厅间的荷载传递以及罩棚边缘的水平位移都降低到可接受的程度。因为罩棚的东北端有很大偏心，需要进行严格计算，努力阻止其撬动结构。柱的尺寸和柱基的标高是不同的，这考虑了风荷载和地震作用下抗侧力体系的最佳性能要求。

2. 倾斜的屋盖和横隔板连接。展厅的屋盖形状不同，出现很多错位、夹层和悬臂情况，有的地方高位屋面坡度较陡，当与低位屋面连接时产生了复杂的层间位移，要进行特殊构造处理。

3. HSS有效受弯。最初罩棚的建筑造型有很多针对HSS主梁的双向弯曲，通过与制作厂和型钢厂的共同研究选择了节点优化位置，减少了复杂曲面，简化了弯曲，在不影响美观的情况下尽量把构件取直，在达到相同建筑造型要求的情况下节省了很多开支。

罩棚上需要弯曲的构件，HSS14×10截面在10in.（254mm）方向弯曲较为方便，而在14in.（355.6mm）方向弯曲较困难，这为难于界定的部分数值提供了确定的标准，包括哪些构件需要两个方向都弯曲，而不是一概而论的，节省了加工费用。同时还确定了有些长构件可以截为两段减小弯曲程度但仍可满足罩棚的造型要求。在43根须弯曲构件中，26根需要多向弯曲，幸而有些要多向弯曲的构件只是沿构件轴线稍加转动即可。对于半径足够大的构件可以进行冷弯，比热弯要简单得多。

4. 复杂几何形状。宽翼缘柱的纵向和斜向特殊受弯连接、罩棚管线以高度精角度交汇的节点、为了展示罩棚整体造型而设的连接点、柱顶截面变小做成与下方主梁连接处有部分约束的外观精致的连接节点等。

Olson室内构造公司了解了该项目的建筑模型后，指出原模型包含的部分曲线可能无法制作和安装，而构造团队提供了修改方案后才使得它的建造最终成为现实。

5. 该项目是特殊的建筑外露钢结构（AESS）。罩棚钢框架是全部外露的建筑钢结构。规范规定2层的建筑外露钢结构，例如安排紧凑的商店，其现场允许偏差和高质量构件表面，以及焊缝制作和表面抛光，关键部位的密配要求和美观程度，若不够严格或不符合经济要求，只能用于建筑的非重要部分。

剖面和高外观要求的钢结构制备，要求外表面精度高，涂覆以高性能涂层，表面制备应符合《商业喷砂清理要求》（SSPC-SP6/NACE 3）的规定，采用特定牌号的工厂施工底漆、现场涂覆底漆、中间涂层和面漆等。

6. 节点和允许偏差。对于柱偏移引起的重力弯矩以及平面上弯曲构件在风荷载和地震作用下的扭矩应进行校核，HSS间的连接节点应采用抗弯连接，连接构造应按几种不同思路进行校核，必要时连续和贯通的板件尺寸应提供加严的允许偏差。

7. 模拟。足尺模型包括预制墙板、玻璃和罩棚，通常应采用建筑师可视的模型，特别是含有外露钢结构的建筑。与建筑师合作，对加州大学艺术博物馆的结构和构造制作了坚固模型，包括曲线和斜角部位。对HSS节点模型进行了非破坏性试验，还对之前焊接的焊缝进行了检验。

本项目采用何种具体焊接技术和方法由安装工程师和施工负责人通过观察连接的允许偏差来确定，项目中罩棚共采用了900多根次梁，连接点多达1,800余个。

加州大学艺术博物馆的罩棚结构

罩棚下产生的阴影交错的光影效果

罩棚的3D模型

罩棚共采用了900多根次梁