組合式幕墻在醫(yī)療建筑立面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

李尚

中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司

1 平面設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)布置

在常規(guī)的醫(yī)療建筑柱網(wǎng)設(shè)計(jì)中，建筑師習(xí)慣將二層及以上各層的外圈結(jié)構(gòu)梁貼近柱外側(cè)邊界布置，同時(shí)將梁外邊界作為樓板的邊界，這樣形成的室內(nèi)空間完整性較好，結(jié)構(gòu)邏輯清晰。但這種梁、柱、板的結(jié)構(gòu)關(guān)系約束了采用組合式幕墻的立面設(shè)計(jì)，即外側(cè)結(jié)構(gòu)柱會(huì)在外窗中明顯地體現(xiàn)出來(lái)。在實(shí)際案例中，通常將立面中柱子投影的部分設(shè)計(jì)為不透明幕墻遮罩，或者采用窗后設(shè)置灰色背襯板的方式形成“假窗”等手法，削弱因柱子在立面外窗中透出的通高形象而形成的對(duì)比。而采用出挑板的結(jié)構(gòu)形式則能夠相對(duì)容易地削弱結(jié)構(gòu)柱對(duì)于立面設(shè)計(jì)的約束，通過(guò)將結(jié)構(gòu)樓板出挑900mm以上增大結(jié)構(gòu)柱距離幕墻的距離，改變?cè)谑彝馊艘朁c(diǎn)中柱子與幕墻的相對(duì)位置，加上玻璃的折射、反射等因素影響，柱子在外窗中呈現(xiàn)出的輪廓明顯弱化。

另外，采用出挑板的結(jié)構(gòu)形式可以為醫(yī)療建筑室內(nèi)公共空間創(chuàng)造橫向連續(xù)通透的落地窗；對(duì)于護(hù)理單元內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)病房、附屬用房等有隔墻的房間，可以利用幕墻立柱與隔墻結(jié)合的方式分隔空間，因此采用此種結(jié)構(gòu)布置形式可使立面設(shè)計(jì)更加靈活。

1.2 幕墻立柱布置原則確定

病房、居室等房間的平面通常采用等分一柱跨的方式對(duì)稱(chēng)布置，跨中點(diǎn)的位置為隔墻的位置，通過(guò)采用偶數(shù)份窗洞等分柱跨的原則，使幕墻立柱居于中點(diǎn)，以便與室內(nèi)隔墻結(jié)合。醫(yī)療建筑幕墻窗以懸窗開(kāi)啟的方式居多，幕墻窗的常用經(jīng)濟(jì)寬度為600～1 400mm，在《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中要求設(shè)置的消防救援窗的凈寬度大于1m。寧夏寶豐醫(yī)院及養(yǎng)護(hù)院工程（圖1）外窗采用隱框玻璃上懸窗，幕墻立柱加外掛鋁板截面寬度為300mm×300mm，以組合幕墻立柱軸線間距為跨內(nèi)等分模數(shù)，模數(shù)應(yīng)大于1 000+300=1 300mm，這是窗扇不開(kāi)啟時(shí)的最小模數(shù)；當(dāng)窗扇為可開(kāi)啟時(shí)應(yīng)較固定扇額外考慮開(kāi)啟扇窗后窗框的寬度（圖2）。本方案柱網(wǎng)尺寸為8 400mm×8 400mm，當(dāng)跨內(nèi)四等分時(shí)，8 400/4-300=1 800mm，玻璃窗過(guò)寬不符合經(jīng)濟(jì)性要求；當(dāng)采用跨內(nèi)八等分時(shí)，8 400/8-300=750mm，玻璃窗寬不滿(mǎn)足設(shè)消防救援窗的要求；當(dāng)采用跨內(nèi)六等分時(shí)，8 400/6-300=1 100mm，既滿(mǎn)足玻璃窗經(jīng)濟(jì)性寬度的要求，又滿(mǎn)足設(shè)置消防救援窗凈寬度的要求（圖3）。由于方案平面多為弧形，上述等分原則及模數(shù)的確定也有利于減少幕墻單元模數(shù)尺寸種類(lèi)，提高現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件施工的精確性。

1.3 功能約束

在平面設(shè)計(jì)中合理量化了組合幕墻的跨內(nèi)等分份數(shù)及立柱間距模數(shù)后，可以得到立面中的窗洞部分。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，有大量的設(shè)備機(jī)房對(duì)建筑立面提出了開(kāi)百葉窗以得到有效的通風(fēng)面積的需求。當(dāng)建筑中防火分區(qū)的防火墻位于轉(zhuǎn)角處時(shí)，內(nèi)轉(zhuǎn)角兩側(cè)墻上的門(mén)、窗、洞口之間最近邊緣的水平距離不應(yīng)小于4m，如建筑表皮仍需帶窗洞的組合幕墻覆蓋，則需考慮采用在規(guī)定范圍之內(nèi)設(shè)置乙級(jí)防火窗，或者在窗洞后用實(shí)墻密封等防火措施。雖然在設(shè)計(jì)初期，無(wú)法準(zhǔn)確設(shè)置通風(fēng)百葉窗、防火分區(qū)分界處限制開(kāi)窗的位置，但建筑專(zhuān)業(yè)立面設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)從設(shè)計(jì)初期開(kāi)始對(duì)此保持清楚的認(rèn)知，從而在后續(xù)的立面深化過(guò)程中同各專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行優(yōu)化布置。

2 立面設(shè)計(jì)

2.1 立面系統(tǒng)劃分

在商業(yè)、辦公、酒店等常以單體形式存在的建筑類(lèi)型中，外立面設(shè)計(jì)常采用一種表皮類(lèi)型使建筑顯得簡(jiǎn)潔大氣。當(dāng)代醫(yī)療建筑發(fā)展愈發(fā)呈現(xiàn)出組群式形體布置的趨勢(shì)，單一表皮容易造成整個(gè)院區(qū)視覺(jué)效果缺乏細(xì)部層次。因而醫(yī)療建筑立面設(shè)計(jì)過(guò)程中常采用劃分立面系統(tǒng)的方式：高層病房樓與底部裙房交接層次立面系統(tǒng)、高層病房樓山墻立面系統(tǒng)、門(mén)診大廳外立面系統(tǒng)、裙房天井外立面系統(tǒng)等。

2.2 立面系統(tǒng)深化

在立面系統(tǒng)劃分完成后，可從以下幾個(gè)方面深化立面設(shè)計(jì)：細(xì)分組合式幕墻各模塊單元的材質(zhì)比例及模塊在立面中所形成的二維圖形韻律；優(yōu)化落實(shí)外立面開(kāi)設(shè)通風(fēng)百葉窗的位置，保證其位置不出現(xiàn)在立面的明顯位置或玻璃幕墻處，宜將其納入到組合幕墻的整體模塊排布設(shè)計(jì)中，相得益彰（圖4）；檢查與消防相關(guān)的立面細(xì)節(jié)，從實(shí)際消防經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，病房走道兩側(cè)的窗扇宜為消防救援窗。

1 寧夏寶豐醫(yī)院及養(yǎng)護(hù)院工程效果圖

2 開(kāi)啟扇與固定扇凈寬度對(duì)比

3 8 400mm 軸網(wǎng)六等分幕墻立柱布置

4 通風(fēng)百葉的設(shè)置同立面設(shè)計(jì)相結(jié)合

5 陽(yáng)光廳頂部曲面造型

6 健康中心頂部曲面造型

7 三種類(lèi)型弧形幕墻節(jié)點(diǎn)

8 各段弧長(zhǎng)長(zhǎng)度相差小于10mm 示意

9 起居室內(nèi)通過(guò)設(shè)置Z 形輕質(zhì)隔斷適應(yīng)幕墻立柱

10 特殊房間幕墻與室內(nèi)隔墻的結(jié)合

2.3 立面造型與平面輪廓定位

立面中的曲線在平面圖中的表達(dá)是切片式的，單純通過(guò)平面圖紙無(wú)法為結(jié)構(gòu)、幕墻專(zhuān)業(yè)提供準(zhǔn)確、全面的結(jié)構(gòu)板邊定位尺寸，因而需要繪制局部立面大樣圖，亦可輔以軸測(cè)示意圖，從而為結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)提供準(zhǔn)確的板邊界定位，為幕墻專(zhuān)業(yè)提供準(zhǔn)確的埋件可埋置范圍。

3 幕墻設(shè)計(jì)

3.1 特殊節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，而在平面、立面、剖面上都體現(xiàn)出大量的曲線形態(tài)，許多凹凸、弧線的造型無(wú)法僅靠幕墻與幕墻輕型龍骨實(shí)現(xiàn)，需要在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上預(yù)埋鋼結(jié)構(gòu)埋件、設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)從而為幕墻提供結(jié)構(gòu)支撐，幕墻專(zhuān)業(yè)通過(guò)在鋼結(jié)構(gòu)上設(shè)置小埋件設(shè)計(jì)龍骨體系，從而完成表皮敷設(shè)。例如，養(yǎng)護(hù)區(qū)裙房中的二層陽(yáng)光廳頂部弧形鋁板節(jié)點(diǎn)（圖5），經(jīng)結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)柱、梁、板設(shè)計(jì)與鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)弧梁設(shè)計(jì)結(jié)合后，為幕墻設(shè)計(jì)提供了基本骨架，從而形成清晰的“由直變曲”的結(jié)構(gòu)層次。又如高層健康中心屋面頂部弧形穿孔鋁板節(jié)點(diǎn)（圖6），根據(jù)其投影下方功能、結(jié)構(gòu)位置的不同分為三種類(lèi)型（圖7）：1）當(dāng)其下部為室外空間時(shí)，結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)設(shè)置混凝土柱墩、女兒墻，分別為鋼柱、鋼弧梁提供支撐，弧梁為幕墻提供支撐；2）當(dāng)其下部為功能房間且屋面結(jié)構(gòu)板邊未設(shè)于梁邊時(shí)，需在結(jié)構(gòu)梁上部澆筑與幕墻為同心圓的混凝土圍護(hù)墻分隔室內(nèi)外空間，同時(shí)需在板邊結(jié)構(gòu)女兒墻上設(shè)鋼弧梁為幕墻提供支撐；3）當(dāng)其下部為功能房間且屋面結(jié)構(gòu)板邊位于梁邊時(shí)，可直接利用板邊結(jié)構(gòu)女兒墻升高并使其與幕墻呈同心圓，直接為幕墻提供結(jié)構(gòu)支撐。此項(xiàng)工作宜在幕墻深化工作開(kāi)始前介入討論，以便為在鋼筋混凝土中預(yù)留埋件提供足夠時(shí)間。

3.2 幕墻深化

當(dāng)建筑外輪廓為圓弧形且與之相交的軸線通過(guò)該圓弧的圓心并與輪廓垂直時(shí)，輪廓被均分為若干弧長(zhǎng)相等且圓心角相等的圓弧，此時(shí)采用跨內(nèi)幕墻立柱均分的原則即可；當(dāng)與圓弧輪廓相交的軸線相互平行且與輪廓不平行時(shí)，被軸線切割的輪廓弧長(zhǎng)不相等，因軸線間距8 400mm，各段弧長(zhǎng)差別不超過(guò)±10mm，亦可采用跨內(nèi)立柱定數(shù)等分原則并采用同一立柱間距模數(shù)（圖8），誤差在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件安裝中可以忽略。

3.3 內(nèi)部平面調(diào)整

在立面形式確定后，內(nèi)部空間的平面細(xì)節(jié)會(huì)根據(jù)幕墻立柱的位置進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。本項(xiàng)目中養(yǎng)護(hù)樓的柱網(wǎng)為6 600mm×6 600mm，每一跨即為一間養(yǎng)護(hù)居室，不需要采取對(duì)稱(chēng)等分一個(gè)柱網(wǎng)的方式布置幕墻立柱。當(dāng)幕墻立柱采用跨內(nèi)五等分時(shí)，窗洞尺寸為6 600/5-300=1 020mm，不滿(mǎn)足窗扇開(kāi)啟時(shí)凈寬大于1 000mm的消防救援窗設(shè)置要求。因此選用跨內(nèi)四等分，窗洞尺寸為6 600/4-300=1 350mm，滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)要求。由于養(yǎng)護(hù)居室的套型為起居室與臥室組合，兩個(gè)空間需由輕質(zhì)隔斷分隔，同時(shí)需滿(mǎn)足衛(wèi)生間前留有能夠平推病床進(jìn)入的空間，從而使得起居室與臥室的隔墻在外輪廓處無(wú)法與幕墻立柱結(jié)合。在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中考慮將隔墻在外墻處設(shè)Z形轉(zhuǎn)折，使隔墻與幕墻立柱交接，并在窗下設(shè)置儲(chǔ)物柜（圖9）。對(duì)于核心筒周邊或者端部等特殊平面類(lèi)型的房間，當(dāng)室內(nèi)隔墻無(wú)法與幕墻立柱結(jié)合而導(dǎo)致房間無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)物理隔離時(shí)，可采用在與隔墻相接的窗扇后設(shè)灰色背襯板并封堵的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)與室內(nèi)隔墻的結(jié)合（圖10）。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用組合式幕墻來(lái)創(chuàng)造模塊化的視覺(jué)效果，對(duì)功能復(fù)雜、體量龐大的醫(yī)療建筑的立面設(shè)計(jì)提供了新的可能。好的立面效果的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)前期完善的平面組織、形體生成、立面系統(tǒng)劃分；而項(xiàng)目的高完成度離不開(kāi)各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員的密切配合與在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)調(diào)整。在深入研究組合式幕墻應(yīng)用于醫(yī)療建筑時(shí)的特點(diǎn)之后，可以在各階段的設(shè)計(jì)工作中進(jìn)行充分準(zhǔn)備，避免后續(xù)返工。