磚在工業(yè)建筑改建中的應(yīng)用研究

文/中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司一合建筑設(shè)計(jì)研究中心 張 華 潘 超

0 引言

磚城是位于首鋼二通廠區(qū)的舊廠房改造和加建項(xiàng)目。原始場(chǎng)地中央內(nèi)有典型排架結(jié)構(gòu)廠房，且在南側(cè)與西側(cè)散落若干高大樹木。業(yè)主希望將原有廠房改造成西餐廳、酒窖、中餐廳。為尊重歷史、盡量不破壞原有環(huán)境，設(shè)計(jì)盡量采用“讓”策略：①“讓”廠房結(jié)構(gòu) 在廠房?jī)?nèi)挖地下室作酒窖，上部新建2層西餐廳，酒窖與餐廳均為獨(dú)立基礎(chǔ)，與原廠房脫開；②“讓”樹 在場(chǎng)地西側(cè)、樹木夾縫安插建筑，最大程度保留原有高大樹木。磚城內(nèi)建筑功能排布與體量生成順理成章，但立面材料選擇是挑戰(zhàn)。

當(dāng)下，新型建筑材料層出不窮，為建筑師提供了表達(dá)所有設(shè)計(jì)思路的可能性。越來越多的新技術(shù)與數(shù)字科技成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，但仍無(wú)法跳開“空間是建筑創(chuàng)作的核心”這一問題?？臻g是空氣和物質(zhì)之間的關(guān)系，由材料圍合產(chǎn)生，故人們可通過視覺、觸覺，甚至聽覺與嗅覺體驗(yàn)。通過選擇材料控制光和聲的反射、吸收程度，照明氣氛、顏色以及室內(nèi)聲學(xué)效果，以營(yíng)造人們所期望的氛圍。憑借掌握的建筑材料特性知識(shí)，可創(chuàng)造各種空間可能性。

建筑問題是建設(shè)問題，而建設(shè)問題也是建筑問題。廠區(qū)內(nèi)二十世紀(jì)五六十年代的磚、鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)相互交織，磚城設(shè)計(jì)尊重此種氛圍，選擇磚為主要建筑材料，查閱東方、西方的各類資料全方位了解磚的歷史、特性、模數(shù)、砌筑方式等（見圖1）。

圖1 改造后的磚城中心院落

1 磚的歷史

幾千年前，風(fēng)干黏土磚就已被用于建造房屋。公元前5000年左右，人們發(fā)現(xiàn)泥和黏土可在烤箱內(nèi)通過火硬化。尼羅河最古老的金字塔就是用燒磚建成?？脊艑W(xué)家在印度河和沿印度河的古城哈拉帕發(fā)現(xiàn)4000年前燒磚砌成的城鎮(zhèn)，城內(nèi)建筑類似古埃及或美索不達(dá)米亞風(fēng)格，高5層。據(jù)考證，上述城鎮(zhèn)約建于公元前1700年，后被遺棄。我國(guó)和兩河流域部分國(guó)家較早開始使用不同顏色的釉面磚。而在歐洲，伊特魯里亞人、羅馬人先后開始使用磚材料，其中羅馬人是磚砌建筑大師，羅馬建筑至今仍令人嘆為觀止。在基督教發(fā)展早期，意大利北部發(fā)展了一種獨(dú)立磚石建造方法；10～11世紀(jì)，倫巴第人進(jìn)一步使用磚材料，俄羅斯沃洛格達(dá)州的圣索菲亞大教堂是該時(shí)期磚砌建筑的代表；中世紀(jì)，北歐沿海國(guó)家的磚石建筑發(fā)展處于全盛時(shí)期，隨后，不同地區(qū)出現(xiàn)許多獨(dú)立的磚砌風(fēng)格建筑；18～19世紀(jì)，在英格蘭、德國(guó)和北美，使用烘烤的未抹灰磚建造了許多住宅和工業(yè)建筑；19～20世紀(jì)初，哥特式和表現(xiàn)主義風(fēng)格的元素被添加于磚砌建筑。

我國(guó)是世界上最早生產(chǎn)燒結(jié)磚瓦的國(guó)家之一，5500年前，形體概念的燒結(jié)磚就已出現(xiàn)。秦始皇統(tǒng)一六國(guó)后，興都城、建宮殿、修馳道、筑陵墓，燒制、應(yīng)用大量磚。1949年后，我國(guó)各地相繼建設(shè)大批機(jī)磚廠，在磚瓦機(jī)械制造方面取得進(jìn)步，并在多孔磚和空心磚研究、生產(chǎn)方面獲得技術(shù)突破。該時(shí)期，各類建筑普遍采用磚混結(jié)構(gòu)。本項(xiàng)目所在的首鋼二通廠區(qū)是建于該時(shí)期的磚混建筑，廠內(nèi)建筑基本保存完好，具有一定保留價(jià)值。

2 磚的特點(diǎn)

磚是最古老的預(yù)制墻體建筑元素，使用方便且具有較高的抗壓性和良好的吸濕性，由黏土、壤土加熱到800～1200℃制成，主要用于建筑結(jié)構(gòu)。市場(chǎng)上的磚產(chǎn)品類型多樣，在材料、顏色和密度等方面均不同。在德國(guó)，各類磚的尺寸和質(zhì)量特性在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN 1053中被嚴(yán)格規(guī)定。磚內(nèi)不得包含任何有害的夾雜物，如石灰、鹽，上述雜物可能會(huì)導(dǎo)致起霜，磚因此而被破壞。工業(yè)生產(chǎn)的磚與傳統(tǒng)手法制作的燒結(jié)磚有極大不同。傳統(tǒng)手法燒制的燒結(jié)磚因取土毀田、工藝落后，漸漸被市場(chǎng)淘汰。為適應(yīng)建筑工業(yè)化需要，滿足建筑節(jié)能要求，研制出保溫隔熱、復(fù)合、多功能的高孔隙率機(jī)制磚，因其外觀與20世紀(jì)六七十年代的工業(yè)廠房采用的磚相仿，進(jìn)入設(shè)計(jì)終選材料名單。

3 磚的模數(shù)

老式磚的模數(shù)的決定性因素是人手的尺度，即工人必須能一手握住磚塊、另一手抹灰。磚和各個(gè)接縫產(chǎn)生的比例尺稱為八度尺，基本模數(shù)為12.5cm，相當(dāng)于1塊磚（11.5cm）加1個(gè)灰泥縫（1.0cm）。對(duì)大多數(shù)磚結(jié)構(gòu)砌體而言，八度尺量度至關(guān)重要。除八度測(cè)量系統(tǒng)外，各個(gè)國(guó)家、地區(qū)還具有其他磚規(guī)格和測(cè)量系統(tǒng)。在國(guó)際上，常見尺寸是普通規(guī)格（240mm×115mm×71mm）、精簡(jiǎn)規(guī)格（240mm×115mm×52mm）和雙層精簡(jiǎn)規(guī)格（240mm×115mm×113mm）。建筑物即使不用磚建造，也建議以八度尺為單位進(jìn)行規(guī)劃，五金商店中的大多數(shù)產(chǎn)品，如半成品和組件（石膏板、門、衛(wèi)生用品等）都應(yīng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。偏離標(biāo)準(zhǔn)通常需要特殊設(shè)計(jì)，會(huì)造成浪費(fèi)并產(chǎn)生額外費(fèi)用。

4 磚在磚城項(xiàng)目設(shè)計(jì)建造過程中的應(yīng)用

4.1 磚的砌筑方式

砌體墻的外觀在很大程度上取決于砌體的類型、大小以及磚的顏色和形式。磚的不同砌筑方式呈現(xiàn)風(fēng)格迥異的效果，常見砌筑方式如圖2所示。磚城項(xiàng)目遵循廠內(nèi)原有廠房“一層丁一層順”的砌筑方法。

圖2 磚的常見砌筑方式

4.2 砌筑砂漿與磚縫

砂漿由砂、黏合劑（石灰、水泥）、添加劑和水組成。砂漿是一種具有自身強(qiáng)度的油性物質(zhì)，不是黏合劑而是找平層，專門用于補(bǔ)償磚承載表面的不平整和磚的尺寸誤差，以確保磚面內(nèi)壓力的均勻傳遞。

磚縫對(duì)于磚墻的外觀至關(guān)重要，不同磚縫的形式、顏色、深淺會(huì)賦予建筑不同效果（見圖3）。磚城項(xiàng)目采用深縫型磚縫，最大程度表現(xiàn)磚墻立體感，每塊磚既可獨(dú)立表達(dá)，又不影響整體效果。

圖3 不同的磚縫形式

4.3 墻體

與輕型結(jié)構(gòu)相反，實(shí)體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將所有要求組合，如承重、隔熱、防潮、隔聲、防火、防雨等。原則上，單層磚砌體墻可滿足所有要求。安全的防潮保護(hù)是最初開發(fā)雙殼砌體墻的決定性因素，外墻設(shè)計(jì)使建筑能承受雨淋。下雨時(shí)，墻壁暴露在雨中，同時(shí)風(fēng)會(huì)吹到外墻，因墻壁表面的毛細(xì)吸力作用或背壓，雨水可通過裂縫、縫隙或密封不良處滲入墻體。墻體無(wú)法通過蒸發(fā)釋放吸收的雨水，故須采取建設(shè)性措施（如外墻覆層、飾面砌體、建筑物內(nèi)部保護(hù)層）來防止墻體被雨淋。采取的措施取決于雨的強(qiáng)度，雨的強(qiáng)度取決于風(fēng)、降雨以及建筑物的位置和類型。

在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，建筑物理性能要求高，磚墻外立面可見度高（裸露的磚砌體），故將單層砌體分為2層，即在二四墻基礎(chǔ)上，外墻加保溫層，保溫層外砌筑1/2磚墻作為面層，既保證保溫、隔熱、防水的物理性能，又保證磚墻外在美感。

4.4 洞口

洞口可將2個(gè)區(qū)域分隔，故墻壁開口對(duì)于人員的通行，光線或空氣穿過墻壁尤為重要。磚砌體結(jié)構(gòu)作為承重系統(tǒng)可提供開口，開口既是墻壁凹槽又是結(jié)構(gòu)之間的接縫。砌體墻具有緊密性特點(diǎn)，開口是結(jié)構(gòu)性擾動(dòng)，須經(jīng)特殊處理。在傳統(tǒng)的磚砌體結(jié)構(gòu)中，由于門、窗在墻體開口，故須在堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)中切掉部分承重墻作為開口，即結(jié)構(gòu)被打斷。墻壁和開口以相互矛盾的關(guān)系連接，故各開口都應(yīng)適應(yīng)磚砌體材料的物理性能與規(guī)格。

5 結(jié)語(yǔ)

路德維?！っ芩埂し兜铝_曾說：“磚是一位老師，適用于各種建筑，小巧、手工感、方便的規(guī)格是如此巧妙，連接的肌理是多么有邏輯，勾縫是多么充滿活力，墻面是多么豐富多彩，這種材料是多么有持續(xù)性！”通過磚城項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造，體會(huì)到小小磚塊的魅力，在建筑立面材料和建造技術(shù)急速發(fā)展的當(dāng)下，磚又重新煥發(fā)生命力，越來越多建筑師開始將目光投向磚。磚既承載結(jié)構(gòu)作用，又通過不同砌筑方式表現(xiàn)不同形式的建筑表皮。磚既可還原舊建筑的建筑風(fēng)格，又可通過新型砌筑方式乃至利用幕墻體系成為現(xiàn)代建筑立面上濃墨重彩的一筆。