陳棟

（中央美術學院，北京 100012）

1 建筑立面與構造設計

“優(yōu)美典雅的校園景色，可以稱為一所大學最具價值的財富之一?！盵1]校園建筑是構成校園景色的重要元素，建筑立面則最為直觀的體現校園整體風貌。

“立面”是指建筑外殼的可見表面，它將室內與室外、形式與功能、使用者與行人分開。[2]當前，伴隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，立面設計手法豐富多樣，建筑材料和施工技術不斷更新，從視覺層面來看，建筑立面獲得了來越多的關注，從建造層面來說，科學、合理的立面構造設計決定了建筑視覺呈現的最終效果。

2 既有建筑外立面改造的探索過程

2.1 工程概況

中央美術學院雕塑系樓加建工程總建筑面積4500m2，工程于2011年投入使用，該建筑主體結構為鋼結構，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，為適應學生人數的增長及教學需要，學校決策在原建筑上方加建新的教學用房，新建3層為設計學院汽車專業(yè)教學實驗室，外立面采用帶型長窗，4層為雕塑系教室，外立面因教學需要不設窗，以屋頂天窗采光；為實現與校園整體風貌的統(tǒng)一，原建筑采用了灰色面磚飾面，見圖1，建筑外表面積約1800m2。

圖1 加建工程原外立面

2.2 外立面構造設計的“非適應性”成因

雕塑系樓加建工程受場地狹小所限，在原有建筑之上新建，為最大限度的保護原有建筑的基礎不受侵擾，選用了與原建筑完全脫開的鋼結構形式，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，見圖2。

加建工程的鋼結構設計及技術方案在同時期的高校建筑中是具有特殊性，而鋼結構的結構形式直接決定了建筑整體的構造設計形式與層次差異，如概況中提及，為了與校園整體風貌相協(xié)調，加建工程選用了灰色面磚外飾面，此舉旨在保持校園風貌的整體性，卻因片面追求形象統(tǒng)一，以致外立面構造設計合理性不足，加之客觀因素影響導致安全隱患出現，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 外立面構造設計的顯著問題

2.3.1 結構體系與構造設計不匹配

從材料性能方面來分析，鋼結構與面磚材料的物理性能差別較大，其傳熱系數、共振頻率等大不相同，例如現代工業(yè)建筑大多選取金屬板材與鋼結構相結合構成建筑主體，多是因為建筑構造應與結構形式相適應，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，雖然在建筑構造設計中采取了大量措施，但終因結構體系與構造設計不匹配造成了面磚脫落現象的產生。

2.3.2 外墻構造材料的性能差異

經過多年來的實際使用，經歷了無數次凍融循環(huán)過程，加之鋼結構主體與面磚材料共振頻率、周期的不同，在長期風荷載作用下，鋼結構主體所產生的周期性“輕微”晃動，逐漸造成了外墻材料間構造層次的“分離”，外墻構造層的“分離”在雨水的侵蝕下加劇，“爬水”現象頻發(fā)，雨水通過“毛細現象”滲入到面磚與砂漿結合層一側，逐漸產生裂隙，并在不同周期的“共振”作用下出現了不同程度的面磚起拱、變形、脫落，受北京地區(qū)主導風向影響，建筑北側、西側外立面的破損程度較之于南側、東側尤為明顯。

2.3.3 結合層砂漿材料的錯誤選擇

除上述兩個顯著因素外，施工工藝也是面磚脫落的成因之一。建筑構造設計考慮到外墻材料結合的問題，并采取了相應措施，面磚與鋼結構無法直接相連接，需要某種結合層來將兩種不同性質的材料相協(xié)調，而此工程的結合層為水泥加壓板，板內側通過錨栓連接方式與主體龍骨進行固定，板外側需使用砂漿結合層與面磚進行粘接，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

經過長達半年時間的調研走訪，在充分論證問題出現的多重影響因素后，此次外立面改造確定了外墻材料與主體鋼結構相適應的構造設計策略，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，充分考慮改造過程中對已有建筑主體的擾動，避免出現結構安全問題，再次聘請原設計單位對外墻改造出具可行性意見書，形成了三種外墻改造的構造設計方案：

（1）在保留原鋼結構主體檁條、水泥增壓板的前提下，采取金屬質感的涂料飾面，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，此舉能夠較大程度的減輕了立面材料的自重，節(jié)約造價，但是勾勒的面磚形象略顯呆板。

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

（3）結合國內實際工程的成熟經驗，原設計單位推薦采用鋁單板幕墻，能夠最大限度的解決安全、防風、雨水侵蝕等多種問題，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，施工周期及造價相對可控。

2.5 “適應性”構造設計策略

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、豎龍骨連接構成幕墻的骨架部分，幕墻通過連接件固定于原主體結構上，鋁板通過角鋁連接在幕墻橫、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，為適應校園整體色調，選取建筑灰色面磚作為金屬漆的調色來源，并對外立面分格做了多次技術論證，經現場實際放樣后確定；外墻改造工程按照8度設防要求進行了結構安全性復核，最大限度的保證主體結構的安全性；嚴格遵照設計荷載數值及自然條件要求對改造工程相關材料進行約定，其中，基本風壓值Wo=0.45kN/m2、基本雪壓So=0.4kN/m2、地區(qū)粗糙度為C類；幕墻主要物理性能指標為抗風壓性能5級、水密性能4級、幕墻氣密性能4級，鋁板幕墻系統(tǒng)均滿足以上數據條件的要求，進一步證實了材料選取的正確性。

圖3 施工過程

圖4 竣工

與此同時，在外墻材料耐撞擊性能、承重力性能設計、防腐蝕及幕墻環(huán)保設計等方面也進行相應要求，形成了一套完整的“適應性”構造設計策略，為外立面改造項目的順利實施打下理論基礎和數據支持。

3 總結

本文以工程案例分析的方式，介紹了中央美術學院雕塑系樓加建工程外立面原有構造設計的缺陷成因，并對改造工程的應對策略做了闡述。

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，豐富了校園建筑的材料層次，為整個校園注入了新的質感。