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アメリカ自然史博物館の充填建物の起伏は、吹き付け吹き付けコンクリートを使用した場合でも形成するのが困難でした。写真提供: Nadine M. Post/ENR

10年近く前、マンハッタンのアメリカ自然史博物館に追加される23万平方フィートの埋め込み工事の概念設計の初期段階で、潜在的な請負業者との話し合いで、波状で反復性のない内部耐力壁用の従来の剛型型枠が、設計されたものであることが明らかになった。高さ80フィートの渓谷を思わせるコンクリートは、法外に高価で無駄が多いでしょう。

「コンクリートは流動的ですが、型枠は流動的ではありません」と、設計建築家スタジオ・ギャングの設立校長でありパートナーでもあるジャンヌ・ギャング氏は、4月26日に開館予定の4億6,500万ドルをかけて博物館に建設されたリチャード・ギルダー科学・教育・イノベーションセンターでの説明会後に語った。 5 月 4 日。「曲線に対する障壁となるのは、多くの場合、型枠です」とギャング氏は付け加えた。

設計チームはすぐに、6 階建てのアトリウム ロビーの無数の曲線を形作るためのより良い方法を見つけました。 Gang 氏によると、ブレーンストーミング セッション中に、プロジェクトの構造エンジニアである Arup 氏が「吹付けコンクリートはどうですか?」と言いました。

続いて、マンハッタンのイーストサイドアクセス鉄道トンネルのアーチ型吹き​​付けコンクリート壁で進行中の作業を見学する旅行が続きました。 ギャングはその手法を売りにしていた。

峡谷を想起させるように設計されたロビー アトリウムの耐力壁は、不定形の形状のおかげで設計および建設チームにとって複雑さをもたらしました。写真提供: Nadine M. Post/ENR

彼女は、吹付けコンクリートの壁が峡谷を形作る可能性を「自分の目で見た」と語り、吹付けコンクリートは峡谷の構造と「それを作った人々の技術と工芸」を表現するのにも役立ったと付け加えた。

468,000 立方フィートの天窓アトリウムを取り囲む 6 層の説明を無視した曲線の耐力壁にとって、ショットコンクリート (緻密な金属メッシュで裏打ちされた鉄筋に圧力をかけて吹き付けられたコンクリート スラリー) が、堅い型枠よりも簡単な解決策であったことには異論の余地はありません。

しかし、2 つのレベルでボリュームを横切る非直線的な「石」の橋と、従来の建物への不定形の「洞窟の入り口」を備えた景観を実現する任務を負ったチームは、自分たちが岩と硬い場所の間にあることに気づきました。 渓谷の壁が文字通り格子から外れているだけでなく、吹き付けコンクリートの構造にも繰り返しがありません。 また、このような規模で建築的に表現された非対称吹付けコンクリート構造は前例がありませんでした。

そこでチームは、起伏のある壁のすべてのバーを 3D モデリングしたり、建設に必要な大規模な仮設作業をモデリングしたりするなど、あらゆる手段を講じました。

設計支援契約に基づいてウィスコンシン州のCOST社が製造・建設した吹付けコンクリート構造物がプロジェクトを推進したが、「簡単ではなかった」と建設マネージャーでAECOMティッシュマン社執行副社長のカーラ・シャラ氏は語る。 非常に厳しい作業だったので、ティシュマン社では、品質を確保するために作業を監視するためだけに、毎日 3 人のスタッフを現場に配置していました。

当初のプロジェクト予算は 3 億 8,300 万ドルでした。 博物館は、8,200万ドルのコスト増加は、建設のエスカレーション、周囲の公園への建物の侵入に関連する訴訟の解決、そしてサプライチェーンの混乱を含む新型コロナウイルス感染症の影響によるものであると考えている。 資金は市、州、および寄付者のリチャード・ギルダーを含む民間の資金源から提供されます。

230,000平方フィートのこの建物は、デイビス・ブロディ・ボンドをエグゼクティブアーキテクトとしてスタジオ・ギャングが設計し、190,000平方フィートの増築部分と、既存の美術館を改装した40,000平方フィートのスペースで構成されています。 ギルダー氏は、10 の既存の博物館建物への 33 の接続を作成し、その一部は 1874 年に遡ります。これにより、博物館ツアーの行き止まりがなくなり、循環と訪問者の体験が改善されたとギャング氏は言います。

このプロジェクトのために 3 つの建物が撤去されました。 これにより、追加部分の約 80% を既存の博物館の敷地内に配置することが可能になりました。 そしてそれは、18エーカーのキャンパスのセオドア・ルーズベルト・パークのわずか11,600平方フィートに侵入したことになる、と博物館は述べている。

新しいギャラリーや展示品には、5,000 平方フィートの昆虫館、2,500 平方フィートの蝶の展示館、5,800 平方フィートのイマーシブ シアター、レストラン、ミュージアム ショップ、図書館および学習センターなどがあります。 しかし、このデザインで視覚的に注目を集めるのは、チームにとって最も困難な問題である渓谷です。

平板の床スラブを備えた鉄筋コンクリート構造の内部吹付けコンクリート壁の厚さは 6 インチから 14 インチの範囲です。 壁には、建物の廊下や部屋に循環するための不定形の開口部があります。

隠れ家的な新しい建物の周囲には、西側入口の吹き付けコンクリートの壁を除いて、普通のコンクリート柱があります。 斜めのパターンに設置されたミルフォード ピンクの花崗岩のパネルと、鳥の衝突を防ぐフリット ガラスを備えた窓を支える起伏のある西壁の構造も吹き付けコンクリートですが、露出しているのは内面だけです。

ショットクリートは、硬い型枠を必要としないため、湾曲した形状によく使用されます。 ギルダー センターの耐力壁の場合、材料は圧力下で湾曲した鉄筋に適用されました。 写真提供：AMNH / D. Finnin

ショットクリートは、湿ったコンクリートを高速で噴射して近接施工する工法です。 アメリカコンクリート協会によると、混合物はホースを通して受け面にポンプで送られる。 塗布によって生じる衝撃によりコンクリートが強化されます。

ショットクリートの硬化特性は従来の現場打ちコンクリートの特性と似ていますが、「打設プロセスの性質により、ほとんどの下地との優れた接着が得られ、特に複雑な形状や形状に対して迅速かつ即時に機能します」と同氏は述べています。 ACI。

吹付けコンクリートは、博物館、テーマパーク、動物園の展示品など、非直線的な形状によく使用されます。 博物館や歴史書によると、剥製師カール・エイクリーは、アメリカ自然史博物館で働き始める数年前の1907年に、最初にグナイトと呼ばれる塗布法を発明した。 最初の用途は、シカゴのフィールド自然史博物館の崩れかけたファサードを修復するために使用された石膏混合物でした。

ショットクリートを使用すると、従来の両面硬質型枠が不要になります。 代わりに、柔軟で緻密な金属メッシュが、撮影後も所定の位置に留まり、「撮影」時に吹付けコンクリートが背面からこぼれるのを防ぐ背景として機能します。 美術館では、鉄筋が壁を形作り、本質的には形の役割を果たしています。

峡谷の壁の構造設計は、建物の直下に既存のサービスヤードがあるため、わずか 6 つの主要な接地ポイントへの荷重経路を見つける必要があり、複雑でした。 峡谷を形成する吹付けコンクリート耐力壁の解析では、アトリウムに架かる 2 つの橋 (モデルの中央) が示されています。峡谷の壁の構造解析モデルは Arup 提供によるものです。

作業員はまず建物の 3 面の周りに従来の鉄筋コンクリートの周囲柱を構築し、続いて平板の床スラブを構築しました。これも吹付けコンクリートの壁が所定の位置に設置される前に周囲の構造から基礎まで一時的にまたがっていた点を除き、これも従来通りに構築されました。

アラップの副校長ミシェル・ロエロフス氏は、建設管理者は仮設工事を3Dでモデル化させたが、これは一般的ではないと語る。 次に、Arup は、構造全体と峡谷の壁の鉄筋について、仮工事モデルを独自の 3D モデルに重ね合わせました。

アラップは、峡谷の壁の鉄筋をすべてモデル化しました。峡谷の壁の鉄筋モデルの提供: Arup

渓谷の工事がプロジェクトに影を落とした。 しかし、他にも問題がありました。 大きな障害となったのは敷地だった。 平面図で約 250 フィート x 200 フィートのこの建物は、アクティブなユーティリティ ランと 4 年間の建設中オープンし続けた 18 エーカーのキャンパス全体の荷積みドックが充実した地下サービスヤードに位置しています。 すべての建物システムは稼働し続ける必要がありました。

AECOM Tishman は、下水管、送電線、その他の公共施設の配管を損傷するリスクを軽減するために、特定の地域では掘削機や土木機械ではなく、繊細な手掘りが必要になることを当初から認識していました。 「まるで取り壊しではなく、サルベージをしているようでした」とシャラは言う。

ロエロフス氏によると、峡谷壁の地下柱とその基礎の位置が主要な 6 か所に限定されていたため、構造技術者の手を縛られたのは地下の状況でした。

荷重パスを手書きした後、Arup は Studio Gang によって生成された 3D 形状モデルを使用して独自の 3D モデルを実行し、それを構造解析モデルに変換しました。 ロエロフス氏は、プログラムのニーズに基づいて壁の開口部と峡谷の橋を配置し、タッチダウンポイントまでの論理的な荷重経路を作成する設計中は「押したり引いたりの作業でした」と述べています。 「モデリングのせん断動作は技術的な挑戦でした」と彼女は付け加えました。

アモルファス輪郭の形状として機能するキャニオン鉄筋のレイアウトには、座標幾何学を適用する必要がありました。 バーの多くは事前に曲げる必要がありました。 平板の床を受け入れるためと、花崗岩の外装クラッディング パネルを吊るすための両方の壁埋め込みの公差が厳しくなりました。

ウィスコンシン州の COST 社は、西側の入り口の壁に鉄筋ケージを工場でプレハブしましたが、峡谷の壁には従来どおりに鉄筋を設置しました。

壁に関しては、現場での最初の主要なステップは、プレハブ鉄筋ケージの着陸経路をガイドするために、将来の壁の一般的な輪郭に沿って垂直パイプ型枠を設置することでした。 作業員は、床から床にまたがるパイプ型枠を上のスラブの底から吊り下げるか、下の床に設置しました。

各パイプの形状を正確な位置に測量しました。 1 ～ 2 フィートごとに間隔をあけたパイプには、スタンドオフ (溶接されたねじ付きナット) があり、それぞれが色分けされており、鉄筋ケージ上の同様にコード化されたボルトに割り当てられていました。

作業員は金属メッシュの「バック スプラッシュ」をスタンドオフに取り付け、次に鉄筋を取り付けました。これも形状を形作るために正確にレイアウトされました。 すべてのバーには個別にラベルが付けられ、特定の場所に移動できるようにタグが付けられました。

次に、資格のあるノズルマンが、基部から灰色の吹き付けコンクリートの層を塗布していきました。 典型的なスプレー部分はありませんでした。 サイズはセクションの複雑さによって異なり、長さは 5 フィートから 20 フィートまでありましたが、リフトの高さは通常 8 フィートでした。深さも異なりました。

カーテンウォール パネルは、既存の建物の間に設置された増築の湾曲した外壁の吹き付けコンクリートに設置された埋め込みから吊り下げられます。 写真提供：AMNH

灰色の層の作業は基礎から始まり、建物の上部まで進みました。 乗組員は上部の白い仕上げコートから始めて、下に向かって作業を進めました。

灰色の層は、建設荷重がかかった仮の状態で建物を支持し、支保工を除去できるように設計されていました。

AECOM Tishman 氏によると、吹き付けコンクリートの作業には 2 人の作業員が作業していました。 鉄筋は 1/2 インチで包まれる必要がありました。 灰色の素材の厚いカバー。

アトリウムにかかる 2 つの橋の建設中、仮設の鋼製梁が吹き付けコンクリートの重量を支えました。 橋梁建設の順序は、鋼製梁、鉄筋、吹付けコンクリート、梁の撤去でした。

吹付けコンクリートの作業は、寒さのため複雑で、コンクリートが適切に硬化するために作業エリアを加熱する必要がありました。構造壁の硬化には約 30 日かかりました。

アラップ氏によると、制御ジョイントは必要なかったという。 しかし、ウィスコンシン州コストは、垂直または水平の継ぎ目が自然な外観を妨げることを望まなかった建築家と協力して、建築上の白い層のコールド ジョイントを作成する必要がありました。

COSTは、パイプ、鉄筋、灰色の層を含む壁の建設を、レベル1のアトリウムスペースの北側で開始し、南側に作業を開始し、コルク栓抜きのように建物を上に移動してから、白い層を建設する計画を立てていました。仕上げコート。 しかし、ほとんどの場合、複雑な鉄筋の設置に続いて吹付けコンクリートが設置され、それがスケジュールを押し上げました。 渓谷の壁には 453 トンの鉄筋が使われています。

従業員は、ダンスフロアと呼ばれるアトリウムの空洞にある仮設プラットフォームなどを介してスペースにアクセスした。 入手可能なものに応じて、各シュートは 5 立方ヤードから 50 立方ヤードでした。

一般的な建設は 2019 年の春に始まりました。それに先立ち、博物館と AECOM ティシュマンは 2 年以上かけて敷地を撤去したり、必要に応じて博物館のサービスヤードから「生きている」重要なインフラのルートを変更したりしてきました。

掘削と基礎工事は2019年5月に始まり、2020年10月に完了しました。しかし、新型コロナウイルス感染症の影響で、2020年3月中旬から8月中旬までの約4か月半工事が中断されました。 同博物館によると、新型コロナウイルス感染症による供給ラインの遮断に関連したプロジェクトの遅延は他にもあったが、建設が完全に中断されることはなかったという。

外周柱を含む従来の上部構造コンクリートと、構造吹付けコンクリートの設置に先立って、仮のデッキとスラブ端の動的支保工で支えられたスラブが、2020年9月から2021年4月まで施工されました。

その後、作業員は 2021 年 4 月から昨年 9 月まで、吹き付けコンクリート壁のパイプと鉄筋を設置し、続いて構造層を設置しました。 それが完了すると、作業員はスラブの動的支保工を取り外しました。 次に、上から下に向かって、白い吹き付けコンクリート層を打ち、こて仕上げをしました。

2021年11月から昨年12月まで、作業員らがカーテンウォールを建設した。 博物館によると、2021年1月の時点で建物は閉鎖されており、天候も厳しかったという。 ほとんどの調整作業を含む実質的な完成は先月でした。

設計および建設チームの心の中には、無数の課題があったにもかかわらず、吹き付けコンクリートの作業が最も難しいものとして刻み込まれています。 AECOM Tishman の Sciara 氏は、すべての制約は入札時にわかっていたと述べています。 彼女はさらに、「私たちは事前に障害について知っていて、それをスケジュールに組み込んでいました。」と付け加えました。

編集者注: この記事は 5 月 5 日に更新されました。

ENR の建築設計・建設担当編集長であるナディーン M. ポストは、建築関連のトレンド、問題、革新、挑戦的なプロジェクトをカバーしてきた 40 年以上の経験を持つ、受賞歴のあるジャーナリストです。 ポストは、ENR 優秀賞受賞者 9 社を含む、多くの業界の巨人について書いています。 そして彼女は、1993 年の爆撃や 2001 年の世界貿易センター破壊などの災害、失敗、攻撃を取材してきました。 ポストのプロジェクト ストーリーのサンプルには、世界貿易センターの再開発が含まれます。 高さ828メートルのブルジュ・ハリファ。 ロサンゼルスのディズニーコンサートホール。 シアトルのエクスペリエンス ミュージック プロジェクト、中央図書館、ブリット センター、レーニア スクエア タワー。 1985年、ポストは修復の建築家であるリチャード・S・ヘイデンとティエリー・W・デスポントのためにマグロウヒルの著書『自由の女神の修復』（1986年）を執筆した。