组合式幕墙在医疗建筑立面设计中的应用研究

李尚

中国中元国际工程有限公司

1 平面设计

1.1 结构布置

在常规的医疗建筑柱网设计中，建筑师习惯将二层及以上各层的外圈结构梁贴近柱外侧边界布置，同时将梁外边界作为楼板的边界，这样形成的室内空间完整性较好，结构逻辑清晰。但这种梁、柱、板的结构关系约束了采用组合式幕墙的立面设计，即外侧结构柱会在外窗中明显地体现出来。在实际案例中，通常将立面中柱子投影的部分设计为不透明幕墙遮罩，或者采用窗后设置灰色背衬板的方式形成“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对比。而采用出挑板的结构形式则能够相对容易地削弱结构柱对于立面设计的约束，通过将结构楼板出挑900mm以上增大结构柱距离幕墙的距离，改变在室外人视点中柱子与幕墙的相对位置，加上玻璃的折射、反射等因素影响，柱子在外窗中呈现出的轮廓明显弱化。

另外，采用出挑板的结构形式可以为医疗建筑室内公共空间创造横向连续通透的落地窗；对于护理单元内标准病房、附属用房等有隔墙的房间，可以利用幕墙立柱与隔墙结合的方式分隔空间，因此采用此种结构布置形式可使立面设计更加灵活。

1.2 幕墙立柱布置原则确定

病房、居室等房间的平面通常采用等分一柱跨的方式对称布置，跨中点的位置为隔墙的位置，通过采用偶数份窗洞等分柱跨的原则，使幕墙立柱居于中点，以便与室内隔墙结合。医疗建筑幕墙窗以悬窗开启的方式居多，幕墙窗的常用经济宽度为600～1 400mm，在《建筑设计防火规范》中要求设置的消防救援窗的净宽度大于1m。宁夏宝丰医院及养护院工程（图1）外窗采用隐框玻璃上悬窗，幕墙立柱加外挂铝板截面宽度为300mm×300mm，以组合幕墙立柱轴线间距为跨内等分模数，模数应大于1 000+300=1 300mm，这是窗扇不开启时的最小模数；当窗扇为可开启时应较固定扇额外考虑开启扇窗后窗框的宽度（图2）。本方案柱网尺寸为8 400mm×8 400mm，当跨内四等分时，8 400/4-300=1 800mm，玻璃窗过宽不符合经济性要求；当采用跨内八等分时，8 400/8-300=750mm，玻璃窗宽不满足设消防救援窗的要求；当采用跨内六等分时，8 400/6-300=1 100mm，既满足玻璃窗经济性宽度的要求，又满足设置消防救援窗净宽度的要求（图3）。由于方案平面多为弧形，上述等分原则及模数的确定也有利于减少幕墙单元模数尺寸种类，提高现场构件施工的精确性。

1.3 功能约束

在平面设计中合理量化了组合幕墙的跨内等分份数及立柱间距模数后，可以得到立面中的窗洞部分。在实际工程设计中，有大量的设备机房对建筑立面提出了开百叶窗以得到有效的通风面积的需求。当建筑中防火分区的防火墙位于转角处时，内转角两侧墙上的门、窗、洞口之间最近边缘的水平距离不应小于4m，如建筑表皮仍需带窗洞的组合幕墙覆盖，则需考虑采用在规定范围之内设置乙级防火窗，或者在窗洞后用实墙密封等防火措施。虽然在设计初期，无法准确设置通风百叶窗、防火分区分界处限制开窗的位置，但建筑专业立面设计人员应当从设计初期开始对此保持清楚的认知，从而在后续的立面深化过程中同各专业人员进行优化布置。

2 立面设计

2.1 立面系统划分

在商业、办公、酒店等常以单体形式存在的建筑类型中，外立面设计常采用一种表皮类型使建筑显得简洁大气。当代医疗建筑发展愈发呈现出组群式形体布置的趋势，单一表皮容易造成整个院区视觉效果缺乏细部层次。因而医疗建筑立面设计过程中常采用划分立面系统的方式：高层病房楼与底部裙房交接层次立面系统、高层病房楼山墙立面系统、门诊大厅外立面系统、裙房天井外立面系统等。

2.2 立面系统深化

在立面系统划分完成后，可从以下几个方面深化立面设计：细分组合式幕墙各模块单元的材质比例及模块在立面中所形成的二维图形韵律；优化落实外立面开设通风百叶窗的位置，保证其位置不出现在立面的明显位置或玻璃幕墙处，宜将其纳入到组合幕墙的整体模块排布设计中，相得益彰（图4）；检查与消防相关的立面细节，从实际消防经验出发，病房走道两侧的窗扇宜为消防救援窗。

1 宁夏宝丰医院及养护院工程效果图

2 开启扇与固定扇净宽度对比

3 8 400mm 轴网六等分幕墙立柱布置

4 通风百叶的设置同立面设计相结合

5 阳光厅顶部曲面造型

6 健康中心顶部曲面造型

7 三种类型弧形幕墙节点

8 各段弧长长度相差小于10mm 示意

9 起居室内通过设置Z 形轻质隔断适应幕墙立柱

10 特殊房间幕墙与室内隔墙的结合

2.3 立面造型与平面轮廓定位

立面中的曲线在平面图中的表达是切片式的，单纯通过平面图纸无法为结构、幕墙专业提供准确、全面的结构板边定位尺寸，因而需要绘制局部立面大样图，亦可辅以轴测示意图，从而为结构专业提供准确的板边界定位，为幕墙专业提供准确的埋件可埋置范围。

3 幕墙设计

3.1 特殊节点设计

本项目结构形式为现浇钢筋混凝土框架—剪力墙结构，而在平面、立面、剖面上都体现出大量的曲线形态，许多凹凸、弧线的造型无法仅靠幕墙与幕墙轻型龙骨实现，需要在钢筋混凝土结构上预埋钢结构埋件、设计钢结构从而为幕墙提供结构支撑，幕墙专业通过在钢结构上设置小埋件设计龙骨体系，从而完成表皮敷设。例如，养护区裙房中的二层阳光厅顶部弧形铝板节点（图5），经结构专业柱、梁、板设计与钢结构专业弧梁设计结合后，为幕墙设计提供了基本骨架，从而形成清晰的“由直变曲”的结构层次。又如高层健康中心屋面顶部弧形穿孔铝板节点（图6），根据其投影下方功能、结构位置的不同分为三种类型（图7）：1）当其下部为室外空间时，结构专业设置混凝土柱墩、女儿墙，分别为钢柱、钢弧梁提供支撑，弧梁为幕墙提供支撑；2）当其下部为功能房间且屋面结构板边未设于梁边时，需在结构梁上部浇筑与幕墙为同心圆的混凝土围护墙分隔室内外空间，同时需在板边结构女儿墙上设钢弧梁为幕墙提供支撑；3）当其下部为功能房间且屋面结构板边位于梁边时，可直接利用板边结构女儿墙升高并使其与幕墙呈同心圆，直接为幕墙提供结构支撑。此项工作宜在幕墙深化工作开始前介入讨论，以便为在钢筋混凝土中预留埋件提供足够时间。

3.2 幕墙深化

当建筑外轮廓为圆弧形且与之相交的轴线通过该圆弧的圆心并与轮廓垂直时，轮廓被均分为若干弧长相等且圆心角相等的圆弧，此时采用跨内幕墙立柱均分的原则即可；当与圆弧轮廓相交的轴线相互平行且与轮廓不平行时，被轴线切割的轮廓弧长不相等，因轴线间距8 400mm，各段弧长差别不超过±10mm，亦可采用跨内立柱定数等分原则并采用同一立柱间距模数（图8），误差在实际的现场构件安装中可以忽略。

3.3 内部平面调整

在立面形式确定后，内部空间的平面细节会根据幕墙立柱的位置进行适应性调整。本项目中养护楼的柱网为6 600mm×6 600mm，每一跨即为一间养护居室，不需要采取对称等分一个柱网的方式布置幕墙立柱。当幕墙立柱采用跨内五等分时，窗洞尺寸为6 600/5-300=1 020mm，不满足窗扇开启时净宽大于1 000mm的消防救援窗设置要求。因此选用跨内四等分，窗洞尺寸为6 600/4-300=1 350mm，满足经济要求。由于养护居室的套型为起居室与卧室组合，两个空间需由轻质隔断分隔，同时需满足卫生间前留有能够平推病床进入的空间，从而使得起居室与卧室的隔墙在外轮廓处无法与幕墙立柱结合。在本项目设计中考虑将隔墙在外墙处设Z形转折，使隔墙与幕墙立柱交接，并在窗下设置储物柜（图9）。对于核心筒周边或者端部等特殊平面类型的房间，当室内隔墙无法与幕墙立柱结合而导致房间无法完全实现物理隔离时，可采用在与隔墙相接的窗扇后设灰色背衬板并封堵的方式来实现与室内隔墙的结合（图10）。

4 结语

通过采用组合式幕墙来创造模块化的视觉效果，对功能复杂、体量庞大的医疗建筑的立面设计提供了新的可能。好的立面效果的实现离不开前期完善的平面组织、形体生成、立面系统划分；而项目的高完成度离不开各专业设计人员的密切配合与在整个设计过程中的动态调整。在深入研究组合式幕墙应用于医疗建筑时的特点之后，可以在各阶段的设计工作中进行充分准备，避免后续返工。