浅淡装配式外墙在湘雅五医院项目中的应用

杨 芳

(湖南省建筑设计院有限公司,湖南 长沙 410012)

1 前言

近年来随着民众对建筑可持续性与节能环保理念的深入了解,以装配式为特色的建筑工业化正成为一种发展趋势,同时在政府的鼓励与推动下,各部门积极响应,与之同时出台了一些设计标准与评价标准,如2017年06月01日实施的《装配式混凝土建筑技术标准》、2018年02月01日实施的《装配式建筑评价标准》、2018年06月01日实施的 《装配式住宅建筑设计标准》等等,在此环境之下,装配式建筑的发展与研究具有十分重要的战略意义。

装配式建筑是由预制部品部件在工地装配而成的建筑,其包含了外墙板,内墙板,楼梯,预制梁,预制柱等。湘雅五医院结合了项目的实际情况选择了装配式外墙系统做为研究方向,后文将会着重阐述本案例的方案创意,选择装配式外墙的原因以及优势,以及把装配式用到项目中产生的一些技术问题。

2 工程概况

湘雅五医院位于湖南长沙市天心区,果子园路以东、新谷路以南,是一座大型三甲综合医院,地下室负一层、负二层为医疗配套、设备机房与车库,地上分为南北两个独立建筑单体(北栋为VIP医疗,不在一期建设范围之内),每个单体分别含四层裙房与六层塔楼,裙房为门诊及医疗技术中心,五层到十层塔楼为病房。总建筑面积为50万平方米,建筑高度46.60米,一类高层建筑,结构形式为框架剪力墙。本项目方案由美国帕耶特建筑事务所设计,整体造型上可以看出,病房楼像两条“龙”盘踞在裙房之上(图1),塔楼标准层的每间病房外窗沿窗框外挑一圈飘板,有韵律感的形成了一片片立起来的“龙鳞”,这种挑板既能起到遮阳的效果,又显得这条龙栩栩如生；立面除了挑板外,塔楼采用300x1300mm和600x1300mm两种类型的板块通过错缝组合形式编织成立面,形成龙纹的肌理,衬托出龙的造型更加丰满与生动。

图1

3 方案

对于本案例来说,立面表现效果对于整个建筑的重要性不言而喻,而外窗挑板的实现情况又影响到立面效果的成败,随着对方案的深入了解与沟通,这些看似规律又整齐的挑板其实并不简单,设计师综合考虑了太阳负荷对能源消耗的情况、眩光及人体舒适度、室内太阳光季节性变化、自然通风、建筑自遮阳等因素,根据长沙夏热冬冷的气候特点,希望建筑能在过剩的日照之中实现高效的自遮阳,因此,随着建筑形体的“蜿蜒”,简单的挑板顺其自然的形成许多种不同的形状,其投影面有三角形、矩形与梯形,凸出外墙最深处有500mm,最长边达到了2600mm,挑板的厚度在水平与垂直方向均有找坡,最薄处90mm,最厚处100mm(图2)；原方案中外立面采用传统的外挂式幕墙系统,并且为了实现这些形状各异的挑板我们考虑过使用混凝土板和定制铝板模具,并考察了一些厂家的成品与模型,也与技术人员深入沟通过,由于挑板的找坡面比较多,混凝土板在折面与边角上的处理不够细腻,施工周期长,成本低；而定制铝板模具由于体量的原因也不能做到四块板一体成型,拼接缝隙明显,成本高,同时铝板时间长久后易变形；综合以上原因,我们打算做另一种尝试,虽然装配式外墙已经不算新鲜事物,但是在本案例中能否实现,还有其自身的难点需要突破。

图2

从建筑设计的角度来说,塔楼80%以上的窗为病房窗,轴距均为8400mm,这为选择装配式外墙提供了一个基础。结合本案例的实际情况,使用装配式外墙的优点很明显：首先,外墙墙面造型美观、耐久性好、整体性好,单元模板由电脑输入参数,精准定位,外墙与挑板一次成型,最大程度避免由于施工误差造成外墙渗水,尤其外墙板之间的勾缝,保持2cm的精准宽度,线条优美光滑,这类细节的效果无法靠人工干挂石材幕墙完成；其次,装配式复合型外墙材料有很多,本项目主要考察的是玻璃纤维增强水泥外墙板,俗称GRC,此材料有其自身的优点：韧性好,模塑成型,可以实现复杂造型,无机材料,耐久性好,且单块面积可以做到40以上。具体的外墙构造是由两层20mm厚的GRC板中间填充憎水性岩棉板,这类复合型墙板集保温、装饰功能于一体,同时满足耐火极限一个小时,计权隔声量51分贝的要求；最后,预制化单元模块在工厂完成,生产速度快。按照8400的柱跨,每个单元模块的整体尺寸为4200mm宽,3900mm高,在工厂一次成型之后,通过四个安装点与主体结构相连接,模块与模块之间用密封胶封堵,隔绝了板缝间冷热桥,整体性好,施工相对简单,有效节约了时间成本,施工垃圾与噪音都可以大幅度减少。但是, 相比较传统外墙而言,复合型墙体成本会更高,且安装需要更专业的施工团队；然而在本项目中,比起前面提到过的定制铝板模具加上外墙结构的成本,装配式外墙反而成本更低,出现这种情况也是由于案例本身特点的缘故。

图3

联系了配合厂家之后,我们做了第一批实验模板(图3),在支模的过程中也非一帆风顺,由于技术的壁垒与成本的控制,我们也做了一些调整：其一,单元模板的种类需控制在尽可能少的范围内,挑板的类型对单元模块的种类影响最大,经过与方案设计师多次沟通,整合了一部分变化极少的挑板,控制在三十种以内；其二,外墙是由两种类型的板块错缝组合,板的长度为1300mm,正好与层高3900mm和外窗高度2600mm形成模数,而外窗离地高度为300mm,为了保证外墙板的完整性,单元模块的上下边界线并非在楼层线位置,而是设在楼层线以下1000mm的位置,保证了窗台下的水平通缝效果；与水平通缝相反,垂直方向的立面效果是必须错缝,而两个单元模块拼接起来,边缘处总会有一条垂直拼缝无法避免,为了解决这个问题,在每两个单元的拼接位置左右各预留出一块300mm宽的板,在两个单元拼装完成之后,再外挂一块600mm宽的面板,在不增加一条多余拼缝的前提下,复原了方案的立面效果(图2)；其三,原方案中垂直与水平方向的挑板各有找坡,但由于两块挑板之间的缝隙宽度太窄,不好操作,模板成型损坏率高,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创作意图。其四,由于窗台与挑板是一个整体不存在接缝,且设置了0.2%的找坡,这对防水方面非常有利,但还不够,为了保障防水挡水,上下的两块挑板均设了滴水线,同时在单元模块完成后,在工厂把铝合金外窗框嵌入到窗台下1cm,密封胶封堵,完成装配式外墙的拼接之后,再安装玻璃。

4 结束语

总而言之,本案例还在建设中,可以预见,随着施工进度的发展将会有更多的问题涌现出来,但就总体的趋势而言,工业化技术是在不断进步与完善的,作为建筑设计师,找到工业化技术与建筑艺术相互融合的那个平衡点至关重要,才能在装配式这条路上走得更远。