因材施策
——以中央美术学院雕塑系楼外立面改造为例

陈栋

（中央美术学院，北京 100012）

1 建筑立面与构造设计

“优美典雅的校园景色，可以称为一所大学最具价值的财富之一。”[1]校园建筑是构成校园景色的重要元素，建筑立面则最为直观的体现校园整体风貌。

“立面”是指建筑外壳的可见表面，它将室内与室外、形式与功能、使用者与行人分开。[2]当前，伴随着建筑行业的发展，立面设计手法丰富多样，建筑材料和施工技术不断更新，从视觉层面来看，建筑立面获得了来越多的关注，从建造层面来说，科学、合理的立面构造设计决定了建筑视觉呈现的最终效果。

2 既有建筑外立面改造的探索过程

2.1 工程概况

中央美术学院雕塑系楼加建工程总建筑面积4500m2，工程于2011年投入使用，该建筑主体结构为钢结构，建筑造型规整，如同漂浮在空中的方形堡垒；原有雕塑系楼建筑为地上2层，为适应学生人数的增长及教学需要，学校决策在原建筑上方加建新的教学用房，新建3层为设计学院汽车专业教学实验室，外立面采用带型长窗，4层为雕塑系教室，外立面因教学需要不设窗，以屋顶天窗采光；为实现与校园整体风貌的统一，原建筑采用了灰色面砖饰面，见图1，建筑外表面积约1800m2。

图1 加建工程原外立面

2.2 外立面构造设计的“非适应性”成因

雕塑系楼加建工程受场地狭小所限，在原有建筑之上新建，为最大限度的保护原有建筑的基础不受侵扰，选用了与原建筑完全脱开的钢结构形式，并由中庭部位四处巨大的钢筋混凝土核心筒支撑起上部建筑，建筑整体呈向外悬挑之势，见图2。

加建工程的钢结构设计及技术方案在同时期的高校建筑中是具有特殊性，而钢结构的结构形式直接决定了建筑整体的构造设计形式与层次差异，如概况中提及，为了与校园整体风貌相协调，加建工程选用了灰色面砖外饰面，此举旨在保持校园风貌的整体性，却因片面追求形象统一，以致外立面构造设计合理性不足，加之客观因素影响导致安全隐患出现，为外立面改造与饰面更换提供了可能。

图2 加建工程原外立面

2.3 外立面构造设计的显著问题

2.3.1 结构体系与构造设计不匹配

从材料性能方面来分析，钢结构与面砖材料的物理性能差别较大，其传热系数、共振频率等大不相同，例如现代工业建筑大多选取金属板材与钢结构相结合构成建筑主体，多是因为建筑构造应与结构形式相适应，金属材料间的各方面性能较为接近，此加建工程的外墙饰面材料选用忽视了材料物理性能的特点，虽然在建筑构造设计中采取了大量措施，但终因结构体系与构造设计不匹配造成了面砖脱落现象的产生。

2.3.2 外墙构造材料的性能差异

经过多年来的实际使用，经历了无数次冻融循环过程，加之钢结构主体与面砖材料共振频率、周期的不同，在长期风荷载作用下，钢结构主体所产生的周期性“轻微”晃动，逐渐造成了外墙材料间构造层次的“分离”，外墙构造层的“分离”在雨水的侵蚀下加剧，“爬水”现象频发，雨水通过“毛细现象”渗入到面砖与砂浆结合层一侧，逐渐产生裂隙，并在不同周期的“共振”作用下出现了不同程度的面砖起拱、变形、脱落，受北京地区主导风向影响，建筑北侧、西侧外立面的破损程度较之于南侧、东侧尤为明显。

2.3.3 结合层砂浆材料的错误选择

除上述两个显著因素外，施工工艺也是面砖脱落的成因之一。建筑构造设计考虑到外墙材料结合的问题，并采取了相应措施，面砖与钢结构无法直接相连接，需要某种结合层来将两种不同性质的材料相协调，而此工程的结合层为水泥加压板，板内侧通过锚栓连接方式与主体龙骨进行固定，板外侧需使用砂浆结合层与面砖进行粘接，而施工方使用了水性砂浆材料，在水分挥发、材料收缩后，砂浆与水泥加压板的粘结力变得有限，与面砖的摩擦力、附着力变小，成为面砖脱落的重要影响因素。

2.4 外立面材料的选择

经过长达半年时间的调研走访，在充分论证问题出现的多重影响因素后，此次外立面改造确定了外墙材料与主体钢结构相适应的构造设计策略，放弃了单纯追求外观统一、忽略材料物理性能的做法；与此同时，充分考虑改造过程中对已有建筑主体的扰动，避免出现结构安全问题，再次聘请原设计单位对外墙改造出具可行性意见书，形成了三种外墙改造的构造设计方案：

（1）在保留原钢结构主体檩条、水泥增压板的前提下，采取金属质感的涂料饰面，以涂料分隔缝取代面砖材料，勾勒出灰色面砖样式，与校园整体建筑形象相呼应，此举能够较大程度的减轻了立面材料的自重，节约造价，但是勾勒的面砖形象略显呆板。

（2）选用奥地利进口的Max板，它是一种工业白松木纤维牛皮纸辅以酚醛树脂等材料在高温、高压下等作用下生产出的双面饰色的层压强化板，可以实现多种木纹、面砖、金属等多种外立面效果，材料需全面进口，加工周期长，造价不菲。

（3）结合国内实际工程的成熟经验，原设计单位推荐采用铝单板幕墙，能够最大限度的解决安全、防风、雨水侵蚀等多种问题，保证建筑生命周期的安全性，从而完全摆脱灰色面砖的束缚，建筑材料自重轻，施工工艺成熟，施工周期及造价相对可控。

2.5 “适应性”构造设计策略

以铝单板作为外立面更新改造的首选材料，使用铝板幕墙系统（图3、图4），由横、竖龙骨连接构成幕墙的骨架部分，幕墙通过连接件固定于原主体结构上，铝板通过角铝连接在幕墙横、竖龙骨上，龙骨采用热浸镀锌钢管，铝板采用3mm氟碳喷涂铝板，为适应校园整体色调，选取建筑灰色面砖作为金属漆的调色来源，并对外立面分格做了多次技术论证，经现场实际放样后确定；外墙改造工程按照8度设防要求进行了结构安全性复核，最大限度的保证主体结构的安全性；严格遵照设计荷载数值及自然条件要求对改造工程相关材料进行约定，其中，基本风压值Wo=0.45kN/m2、基本雪压So=0.4kN/m2、地区粗糙度为C类；幕墙主要物理性能指标为抗风压性能5级、水密性能4级、幕墙气密性能4级，铝板幕墙系统均满足以上数据条件的要求，进一步证实了材料选取的正确性。

图3 施工过程

图4 竣工

与此同时，在外墙材料耐撞击性能、承重力性能设计、防腐蚀及幕墙环保设计等方面也进行相应要求，形成了一套完整的“适应性”构造设计策略，为外立面改造项目的顺利实施打下理论基础和数据支持。

3 总结

本文以工程案例分析的方式，介绍了中央美术学院雕塑系楼加建工程外立面原有构造设计的缺陷成因，并对改造工程的应对策略做了阐述。

此次改造成功地将“新材料”引入到校园之中，在打破校园建筑普遍采用灰色面砖外墙装饰的同时，丰富了校园建筑的材料层次，为整个校园注入了新的质感。