因材施策
——以中央美術(shù)學(xué)院雕塑系樓外立面改造為例

陳棟

（中央美術(shù)學(xué)院，北京 100012）

1 建筑立面與構(gòu)造設(shè)計(jì)

“優(yōu)美典雅的校園景色，可以稱(chēng)為一所大學(xué)最具價(jià)值的財(cái)富之一?！盵1]校園建筑是構(gòu)成校園景色的重要元素，建筑立面則最為直觀的體現(xiàn)校園整體風(fēng)貌。

“立面”是指建筑外殼的可見(jiàn)表面，它將室內(nèi)與室外、形式與功能、使用者與行人分開(kāi)。[2]當(dāng)前，伴隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，立面設(shè)計(jì)手法豐富多樣，建筑材料和施工技術(shù)不斷更新，從視覺(jué)層面來(lái)看，建筑立面獲得了來(lái)越多的關(guān)注，從建造層面來(lái)說(shuō)，科學(xué)、合理的立面構(gòu)造設(shè)計(jì)決定了建筑視覺(jué)呈現(xiàn)的最終效果。

2 既有建筑外立面改造的探索過(guò)程

2.1 工程概況

中央美術(shù)學(xué)院雕塑系樓加建工程總建筑面積4500m2，工程于2011年投入使用，該建筑主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，建筑造型規(guī)整，如同漂浮在空中的方形堡壘；原有雕塑系樓建筑為地上2層，為適應(yīng)學(xué)生人數(shù)的增長(zhǎng)及教學(xué)需要，學(xué)校決策在原建筑上方加建新的教學(xué)用房，新建3層為設(shè)計(jì)學(xué)院汽車(chē)專(zhuān)業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，外立面采用帶型長(zhǎng)窗，4層為雕塑系教室，外立面因教學(xué)需要不設(shè)窗，以屋頂天窗采光；為實(shí)現(xiàn)與校園整體風(fēng)貌的統(tǒng)一，原建筑采用了灰色面磚飾面，見(jiàn)圖1，建筑外表面積約1800m2。

圖1 加建工程原外立面

2.2 外立面構(gòu)造設(shè)計(jì)的“非適應(yīng)性”成因

雕塑系樓加建工程受場(chǎng)地狹小所限，在原有建筑之上新建，為最大限度的保護(hù)原有建筑的基礎(chǔ)不受侵?jǐn)_，選用了與原建筑完全脫開(kāi)的鋼結(jié)構(gòu)形式，并由中庭部位四處巨大的鋼筋混凝土核心筒支撐起上部建筑，建筑整體呈向外懸挑之勢(shì)，見(jiàn)圖2。

加建工程的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及技術(shù)方案在同時(shí)期的高校建筑中是具有特殊性，而鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式直接決定了建筑整體的構(gòu)造設(shè)計(jì)形式與層次差異，如概況中提及，為了與校園整體風(fēng)貌相協(xié)調(diào)，加建工程選用了灰色面磚外飾面，此舉旨在保持校園風(fēng)貌的整體性，卻因片面追求形象統(tǒng)一，以致外立面構(gòu)造設(shè)計(jì)合理性不足，加之客觀因素影響導(dǎo)致安全隱患出現(xiàn)，為外立面改造與飾面更換提供了可能。

圖2 加建工程原外立面

2.3 外立面構(gòu)造設(shè)計(jì)的顯著問(wèn)題

2.3.1 結(jié)構(gòu)體系與構(gòu)造設(shè)計(jì)不匹配

從材料性能方面來(lái)分析，鋼結(jié)構(gòu)與面磚材料的物理性能差別較大，其傳熱系數(shù)、共振頻率等大不相同，例如現(xiàn)代工業(yè)建筑大多選取金屬板材與鋼結(jié)構(gòu)相結(jié)合構(gòu)成建筑主體，多是因?yàn)榻ㄖ?gòu)造應(yīng)與結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)，金屬材料間的各方面性能較為接近，此加建工程的外墻飾面材料選用忽視了材料物理性能的特點(diǎn)，雖然在建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)中采取了大量措施，但終因結(jié)構(gòu)體系與構(gòu)造設(shè)計(jì)不匹配造成了面磚脫落現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.3.2 外墻構(gòu)造材料的性能差異

經(jīng)過(guò)多年來(lái)的實(shí)際使用，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次凍融循環(huán)過(guò)程，加之鋼結(jié)構(gòu)主體與面磚材料共振頻率、周期的不同，在長(zhǎng)期風(fēng)荷載作用下，鋼結(jié)構(gòu)主體所產(chǎn)生的周期性“輕微”晃動(dòng)，逐漸造成了外墻材料間構(gòu)造層次的“分離”，外墻構(gòu)造層的“分離”在雨水的侵蝕下加劇，“爬水”現(xiàn)象頻發(fā)，雨水通過(guò)“毛細(xì)現(xiàn)象”滲入到面磚與砂漿結(jié)合層一側(cè)，逐漸產(chǎn)生裂隙，并在不同周期的“共振”作用下出現(xiàn)了不同程度的面磚起拱、變形、脫落，受北京地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向影響，建筑北側(cè)、西側(cè)外立面的破損程度較之于南側(cè)、東側(cè)尤為明顯。

2.3.3 結(jié)合層砂漿材料的錯(cuò)誤選擇

除上述兩個(gè)顯著因素外，施工工藝也是面磚脫落的成因之一。建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)考慮到外墻材料結(jié)合的問(wèn)題，并采取了相應(yīng)措施，面磚與鋼結(jié)構(gòu)無(wú)法直接相連接，需要某種結(jié)合層來(lái)將兩種不同性質(zhì)的材料相協(xié)調(diào)，而此工程的結(jié)合層為水泥加壓板，板內(nèi)側(cè)通過(guò)錨栓連接方式與主體龍骨進(jìn)行固定，板外側(cè)需使用砂漿結(jié)合層與面磚進(jìn)行粘接，而施工方使用了水性砂漿材料，在水分揮發(fā)、材料收縮后，砂漿與水泥加壓板的粘結(jié)力變得有限，與面磚的摩擦力、附著力變小，成為面磚脫落的重要影響因素。

2.4 外立面材料的選擇

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)半年時(shí)間的調(diào)研走訪(fǎng)，在充分論證問(wèn)題出現(xiàn)的多重影響因素后，此次外立面改造確定了外墻材料與主體鋼結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的構(gòu)造設(shè)計(jì)策略，放棄了單純追求外觀統(tǒng)一、忽略材料物理性能的做法；與此同時(shí)，充分考慮改造過(guò)程中對(duì)已有建筑主體的擾動(dòng)，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題，再次聘請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位對(duì)外墻改造出具可行性意見(jiàn)書(shū)，形成了三種外墻改造的構(gòu)造設(shè)計(jì)方案：

（1）在保留原鋼結(jié)構(gòu)主體檁條、水泥增壓板的前提下，采取金屬質(zhì)感的涂料飾面，以涂料分隔縫取代面磚材料，勾勒出灰色面磚樣式，與校園整體建筑形象相呼應(yīng)，此舉能夠較大程度的減輕了立面材料的自重，節(jié)約造價(jià)，但是勾勒的面磚形象略顯呆板。

（2）選用奧地利進(jìn)口的Max板，它是一種工業(yè)白松木纖維牛皮紙輔以酚醛樹(shù)脂等材料在高溫、高壓下等作用下生產(chǎn)出的雙面飾色的層壓強(qiáng)化板，可以實(shí)現(xiàn)多種木紋、面磚、金屬等多種外立面效果，材料需全面進(jìn)口，加工周期長(zhǎng)，造價(jià)不菲。

（3）結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際工程的成熟經(jīng)驗(yàn)，原設(shè)計(jì)單位推薦采用鋁單板幕墻，能夠最大限度的解決安全、防風(fēng)、雨水侵蝕等多種問(wèn)題，保證建筑生命周期的安全性，從而完全擺脫灰色面磚的束縛，建筑材料自重輕，施工工藝成熟，施工周期及造價(jià)相對(duì)可控。

2.5 “適應(yīng)性”構(gòu)造設(shè)計(jì)策略

以鋁單板作為外立面更新改造的首選材料，使用鋁板幕墻系統(tǒng)（圖3、圖4），由橫、豎龍骨連接構(gòu)成幕墻的骨架部分，幕墻通過(guò)連接件固定于原主體結(jié)構(gòu)上，鋁板通過(guò)角鋁連接在幕墻橫、豎龍骨上，龍骨采用熱浸鍍鋅鋼管，鋁板采用3mm氟碳噴涂鋁板，為適應(yīng)校園整體色調(diào)，選取建筑灰色面磚作為金屬漆的調(diào)色來(lái)源，并對(duì)外立面分格做了多次技術(shù)論證，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際放樣后確定；外墻改造工程按照8度設(shè)防要求進(jìn)行了結(jié)構(gòu)安全性復(fù)核，最大限度的保證主體結(jié)構(gòu)的安全性；嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)荷載數(shù)值及自然條件要求對(duì)改造工程相關(guān)材料進(jìn)行約定，其中，基本風(fēng)壓值Wo=0.45kN/m2、基本雪壓So=0.4kN/m2、地區(qū)粗糙度為C類(lèi)；幕墻主要物理性能指標(biāo)為抗風(fēng)壓性能5級(jí)、水密性能4級(jí)、幕墻氣密性能4級(jí)，鋁板幕墻系統(tǒng)均滿(mǎn)足以上數(shù)據(jù)條件的要求，進(jìn)一步證實(shí)了材料選取的正確性。

圖3 施工過(guò)程

圖4 竣工

與此同時(shí)，在外墻材料耐撞擊性能、承重力性能設(shè)計(jì)、防腐蝕及幕墻環(huán)保設(shè)計(jì)等方面也進(jìn)行相應(yīng)要求，形成了一套完整的“適應(yīng)性”構(gòu)造設(shè)計(jì)策略，為外立面改造項(xiàng)目的順利實(shí)施打下理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。

3 總結(jié)

本文以工程案例分析的方式，介紹了中央美術(shù)學(xué)院雕塑系樓加建工程外立面原有構(gòu)造設(shè)計(jì)的缺陷成因，并對(duì)改造工程的應(yīng)對(duì)策略做了闡述。

此次改造成功地將“新材料”引入到校園之中，在打破校園建筑普遍采用灰色面磚外墻裝飾的同時(shí)，豐富了校園建筑的材料層次，為整個(gè)校園注入了新的質(zhì)感。