淺淡裝配式外墻在湘雅五醫院項目中的應用

楊 芳

(湖南省建筑設計院有限公司,湖南 長沙 410012)

1 前言

近年來隨著民眾對建筑可持續性與節能環保理念的深入了解,以裝配式為特色的建筑工業化正成為一種發展趨勢,同時在政府的鼓勵與推動下,各部門積極響應,與之同時出臺了一些設計標準與評價標準,如2017年06月01日實施的《裝配式混凝土建筑技術標準》、2018年02月01日實施的《裝配式建筑評價標準》、2018年06月01日實施的 《裝配式住宅建筑設計標準》等等,在此環境之下,裝配式建筑的發展與研究具有十分重要的戰略意義。

裝配式建筑是由預制部品部件在工地裝配而成的建筑,其包含了外墻板,內墻板,樓梯,預制梁,預制柱等。湘雅五醫院結合了項目的實際情況選擇了裝配式外墻系統做為研究方向,后文將會著重闡述本案例的方案創意,選擇裝配式外墻的原因以及優勢,以及把裝配式用到項目中產生的一些技術問題。

2 工程概況

湘雅五醫院位于湖南長沙市天心區,果子園路以東、新谷路以南,是一座大型三甲綜合醫院,地下室負一層、負二層為醫療配套、設備機房與車庫,地上分為南北兩個獨立建筑單體(北棟為VIP醫療,不在一期建設范圍之內),每個單體分別含四層裙房與六層塔樓,裙房為門診及醫療技術中心,五層到十層塔樓為病房。總建筑面積為50萬平方米,建筑高度46.60米,一類高層建筑,結構形式為框架剪力墻。本項目方案由美國帕耶特建筑事務所設計,整體造型上可以看出,病房樓像兩條“龍”盤踞在裙房之上(圖1),塔樓標準層的每間病房外窗沿窗框外挑一圈飄板,有韻律感的形成了一片片立起來的“龍鱗”,這種挑板既能起到遮陽的效果,又顯得這條龍栩栩如生；立面除了挑板外,塔樓采用300x1300mm和600x1300mm兩種類型的板塊通過錯縫組合形式編織成立面,形成龍紋的肌理,襯托出龍的造型更加豐滿與生動。

圖1

3 方案

對于本案例來說,立面表現效果對于整個建筑的重要性不言而喻,而外窗挑板的實現情況又影響到立面效果的成敗,隨著對方案的深入了解與溝通,這些看似規律又整齊的挑板其實并不簡單,設計師綜合考慮了太陽負荷對能源消耗的情況、眩光及人體舒適度、室內太陽光季節性變化、自然通風、建筑自遮陽等因素,根據長沙夏熱冬冷的氣候特點,希望建筑能在過剩的日照之中實現高效的自遮陽,因此,隨著建筑形體的“蜿蜒”,簡單的挑板順其自然的形成許多種不同的形狀,其投影面有三角形、矩形與梯形,凸出外墻最深處有500mm,最長邊達到了2600mm,挑板的厚度在水平與垂直方向均有找坡,最薄處90mm,最厚處100mm(圖2)；原方案中外立面采用傳統的外掛式幕墻系統,并且為了實現這些形狀各異的挑板我們考慮過使用混凝土板和定制鋁板模具,并考察了一些廠家的成品與模型,也與技術人員深入溝通過,由于挑板的找坡面比較多,混凝土板在折面與邊角上的處理不夠細膩,施工周期長,成本低；而定制鋁板模具由于體量的原因也不能做到四塊板一體成型,拼接縫隙明顯,成本高,同時鋁板時間長久后易變形；綜合以上原因,我們打算做另一種嘗試,雖然裝配式外墻已經不算新鮮事物,但是在本案例中能否實現,還有其自身的難點需要突破。

圖2

從建筑設計的角度來說,塔樓80%以上的窗為病房窗,軸距均為8400mm,這為選擇裝配式外墻提供了一個基礎。結合本案例的實際情況,使用裝配式外墻的優點很明顯：首先,外墻墻面造型美觀、耐久性好、整體性好,單元模板由電腦輸入參數,精準定位,外墻與挑板一次成型,最大程度避免由于施工誤差造成外墻滲水,尤其外墻板之間的勾縫,保持2cm的精準寬度,線條優美光滑,這類細節的效果無法靠人工干掛石材幕墻完成；其次,裝配式復合型外墻材料有很多,本項目主要考察的是玻璃纖維增強水泥外墻板,俗稱GRC,此材料有其自身的優點：韌性好,模塑成型,可以實現復雜造型,無機材料,耐久性好,且單塊面積可以做到40以上。具體的外墻構造是由兩層20mm厚的GRC板中間填充憎水性巖棉板,這類復合型墻板集保溫、裝飾功能于一體,同時滿足耐火極限一個小時,計權隔聲量51分貝的要求；最后,預制化單元模塊在工廠完成,生產速度快。按照8400的柱跨,每個單元模塊的整體尺寸為4200mm寬,3900mm高,在工廠一次成型之后,通過四個安裝點與主體結構相連接,模塊與模塊之間用密封膠封堵,隔絕了板縫間冷熱橋,整體性好,施工相對簡單,有效節約了時間成本,施工垃圾與噪音都可以大幅度減少。但是, 相比較傳統外墻而言,復合型墻體成本會更高,且安裝需要更專業的施工團隊；然而在本項目中,比起前面提到過的定制鋁板模具加上外墻結構的成本,裝配式外墻反而成本更低,出現這種情況也是由于案例本身特點的緣故。

圖3

聯系了配合廠家之后,我們做了第一批實驗模板(圖3),在支模的過程中也非一帆風順,由于技術的壁壘與成本的控制,我們也做了一些調整：其一,單元模板的種類需控制在盡可能少的范圍內,挑板的類型對單元模塊的種類影響最大,經過與方案設計師多次溝通,整合了一部分變化極少的挑板,控制在三十種以內；其二,外墻是由兩種類型的板塊錯縫組合,板的長度為1300mm,正好與層高3900mm和外窗高度2600mm形成模數,而外窗離地高度為300mm,為了保證外墻板的完整性,單元模塊的上下邊界線并非在樓層線位置,而是設在樓層線以下1000mm的位置,保證了窗臺下的水平通縫效果；與水平通縫相反,垂直方向的立面效果是必須錯縫,而兩個單元模塊拼接起來,邊緣處總會有一條垂直拼縫無法避免,為了解決這個問題,在每兩個單元的拼接位置左右各預留出一塊300mm寬的板,在兩個單元拼裝完成之后,再外掛一塊600mm寬的面板,在不增加一條多余拼縫的前提下,復原了方案的立面效果(圖2)；其三,原方案中垂直與水平方向的挑板各有找坡,但由于兩塊挑板之間的縫隙寬度太窄,不好操作,模板成型損壞率高,出于成本的控制,取消了垂直方向挑板的找坡,保留了水平方向挑板的坡度,一定程度保留了原方案的創作意圖。其四,由于窗臺與挑板是一個整體不存在接縫,且設置了0.2%的找坡,這對防水方面非常有利,但還不夠,為了保障防水擋水,上下的兩塊挑板均設了滴水線,同時在單元模塊完成后,在工廠把鋁合金外窗框嵌入到窗臺下1cm,密封膠封堵,完成裝配式外墻的拼接之后,再安裝玻璃。

4 結束語

總而言之,本案例還在建設中,可以預見,隨著施工進度的發展將會有更多的問題涌現出來,但就總體的趨勢而言,工業化技術是在不斷進步與完善的,作為建筑設計師,找到工業化技術與建筑藝術相互融合的那個平衡點至關重要,才能在裝配式這條路上走得更遠。