清水混凝土建筑的构造设计

摘 要：当代,随着混凝土技术的不断发展,高性能混凝土的研制使用,混凝土建筑正在发生着一系列的变化.混凝土从单一的结构材料,正慢慢转化为结构兼饰面的材料.清水混凝土建筑正在复兴.

作为建筑师,我们直在关心建筑功能与形式的关系,但是对于建筑材料,技术对建筑形式生成的影响却研究不够.在国内,混凝土是目前使用最为广泛的建材,但是清水混凝土饰面的设计和施工还处于不成熟的阶段.对于这种普通但是颇具潜力的材料,深入研究其美学特征和技术特性具有实际意义.本文以笔者参与同济大学传媒学院的清水混凝土设计为例,谈谈清水混凝土设计中的构造问题,如图1.

关 键 词：清水混凝土建筑；构造设计；室外景观；节点构造

中图分类号：TU208

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2014）05-0115-03

1引言

构造设计是建筑永恒的主题.材料特性与构造逻辑联系紧密,不同的材料其结构的方式不同,构造的逻辑也不同.冯纪忠先生在<关于‘建构’的访谈>中谈到：“建构的本意无非是提示木,石等材料如何结合一类的问题,a.它包含了构造材料的内容；b.它要求考虑人加工的因素,也就是说使人的情感在细部处理之时融进去,从而使‘建构’显露出来,在构造的设计中融入感情才是做出好的设计的前提,这种情,起码是一种敬业精神吧.”

在清水混凝土建筑的设计中,许多特殊性使它的构造设计成为设计的重点,而且是达成“清水”建筑的关键.清水混凝土建筑的施工具有不可逆性,一旦浇筑完成,就无法更改.因而构造设计的预先思考是很重要的,很小的疏忽都会给以后的使用、装修带来许多头痛的问题.而且清水混凝土建筑没有外加的装饰,因而构造的连接必须精确、简洁、实用、耐久.精致的节点设计往往会使建筑增色,而反之会带来各种使用和视觉上的问题.

2清水混凝土墙体构造

清水混凝土墙体是清水混凝土建筑中最具有表现力的构件,清水混凝土墙体的构造可以分为几类：与墙体保温有关的构造；与接缝有关的构造,门窗洞口构造等.这些构造处理的成功与否是清水混凝土建筑是否美观、耐久的关键.

2.1与墙体保温有关的构造

混凝土外墙在气候寒冷地区和夏热冬冷地区都存在着热工性能差的缺点,在节能成为趋势的今天,进行墙体保温的设计是必须的.对于清水混凝土建筑,在其表面添加保温层将掩盖住清水墙体,使其失去清水混凝土的韵味.保温的方式有以下两种：a.双层钢筋混凝土墙中间带保温空腔的清水混凝土墙,当然这种工艺有一定的复杂性,在施工时也有较高的要求.b.目前国内常用的解决方法是内保温.

双层钢筋混凝土墙中间带保温空腔的方式,在国外一些重要的工程中已经被广泛使用,通常内侧的钢筋混凝土墙是承重墙.而外侧墙体则起到保护结构免受气候干扰的作用.这种功能的区分意味着外层混凝土可以表现出令人印象深刻的表面纹理而发挥出建筑元素的作用.外层混凝土可以是预制板,也可以现浇.在安藤的德国维尔-莱茵会议中心中,两层现浇的清水混凝土墙中空带有保温层,这保温层与屋顶保温相连,完全杜绝了冷桥的产生,同时由于双层清水混凝土墙的构造,室内外都保证了完美的清水混凝土效果.在慕尼黑的Munich-Riem公司总部建造中,也可以看到类似的处理,这种做法同时也简化了门窗洞口与混凝土连接的节点,具有很多优点.缺点在于双层墙导致墙体厚度增加至少400mm厚,有的可以达到700mm左右,从而使得荷载很大,对结构造成一定的负担.适用于低层和多层房屋.

内保温构造相对比较简单,在建筑物内侧设置保温层,从而保证外立面的清水混凝土形象.内保温易形成冷桥,有一定的缺陷.埃塞俄比亚的荷兰大使馆就是一个内保温的例子.在目前国内设计的工程中也广泛采用了内保温的方式.

2.2与墙体接缝有关的构造

清水混凝土墙的接缝分为施工缝和伸缩缝.施工缝是由于混凝土浇筑的需要而设置的,在垂直续浇的情况下各层设置接缝条,一般施工缝设在楼面线下侧,更易于保持二层以上墙面的垂直.当设计需要施工缝作为装饰时,则用接缝条得到明缝,而有些设计中要隐藏缝,即希望暗缝（蝉缝）时,就需要在支撑时精心留出空间,以便第二次浇筑时混凝土容易灌入.（图2）

伸缩缝的构造处理,墙体由于建筑和结构的原因要断开,留缝形成了伸缩缝.伸缩缝施工时在模板中放入三角形嵌条使缝两侧的混凝土边缘处形成倒角,这样可以使接合处产生一个清晰的线槽,以便于接缝剂的填充.外墙的接缝通常采用多硫化物聚氨酯或硅酮的密封材料嵌固在混凝土上,密封条向内微微凹陷成浅弧形,密封剂把它胶结在混凝土上,然后加盖缝条.盖缝条的做法因节点的不同可以盖在外侧也可以嵌入墙中.

2.3门窗洞口的设计处理

在门窗洞口的设计中,根据效果的要求,要对清水混凝土现浇部分作精确的构造设计,并确定预埋件的大小和位置,才能达到以后的使用效果.在笔者参与设计的同济大学传媒学院楼中,落地玻璃窗和地面的交接处理也很有意思.为了使完成后在室内看不到固定玻璃的框,故将部分清水混凝土挑板面降低20mm,以满足框子安装的要求.同时在此20mm中可以做成保温层,防止冷桥的产生.水平交接处的构造也考虑了模数的关系,在窗框节点中,仔细地设计了披水,防止混凝土在今后的使用中受污变色,同时也充分考虑了玻璃与内侧梁柱之间的距离,以及吊顶的做法,使得最后的外立面效果有所保障.（图3）

在安藤的光的教堂中,参观者往往十分惊讶于混凝土与玻璃之间没有任何连接的金属框,玻璃似乎平嵌在清水混凝土中,给人以纯净的感觉,仿佛只有光和实体的对比,最终的效果十分出色.在节点设计中,我们可以看到,窗框被隐藏在混凝土凹口中,构造的精心设计和施工的完美最终达到了极少主义的效果.同时混凝土外墙门窗洞口的滴水线,水槽都是清水混凝土构造需要留意的地方.（图4）在安藤忠雄设计的德国维尔-莱茵会议中心,双层外墙带空腔保温的墙体构造也给门窗的设计带来了变化,窗框的固定与保温空腔的位置一致,从而使得建筑外墙不会产生冷桥,同时也使清水混凝土构件边缘的凹凸减少,简化了清水混凝土的施工.

在慕尼黑Munich-Riem总部的设计中,也可以看到类似的节点,可以看到在门窗洞口的构造设计中,考虑窗帘的安装和滴水、排水做法,都有可能影响到清水混凝土构件的形式,因而做好充分的设计是保证效果的关键.

在一些内保温构造的清水混凝土门窗洞口构造中,也有一些值得注意的地方,如在德国柏林某独立住宅中,木制窗子与墙体内侧平,故实际上窗框是侧向固定在清水混凝土墙上,其厚度与保温层厚度一致.这种做法也使得清水混凝土浇筑更为简单易行,保证了施工的简便易行.

3与设备有关的节点构造

建筑是一个复杂的系统,它包含着建筑、结构、水、电、暖通多个工种,只有这些工种配合得顺畅,才能使建筑真正成为一个宜人的空间.清水混凝土建筑的不可逆性对于这种配合又提出了苛刻的要求.清水混凝土建筑要求土建完成后的设备安装顺畅进行,尽量不要后期打洞,因而必须在设计时几个专业相互配合留好洞口,并精心做出构造设计,保证施工的顺利进行.

3.1与暖通专业有关的构造节点

暖通专业在设备中管线体量最大,排布也最复杂,因而它的处理对于管线综合有很大的意义.所选的空调类型对于机房、风管等的形式都有很大的影响.从影响建筑美观的角度,我们应该注意的是以下几点：风管高度影响下的吊顶高度；送回风形式及排风排烟口的形式；外墙的排风排烟口及新风取风口与清水混凝土的关系.

对吊顶高度影响最大的自然是风管,吊顶高度涉及到建筑使用的舒适感和经济性,在设计时将几个工种相协调,从而拍出合适的吊顶高度是一件很重要的工作,同时在清水混凝土建筑中,特殊的装饰要求也会要求在设计时就准确地确定吊顶高度.比如在安藤忠雄设计的建筑中,吊顶常常要求与清水混凝土梁或挂板构件的下缘齐平,以显示一种清晰的逻辑,因此在设计时就要预先拍定管线,以便确定混凝土挂板的高度.吊顶与玻璃外墙之间的处理也很重要,在上海国际设计中心的节点中,吊顶以45斜面与外侧的梁相接,以免外立面看到很高的梁的阴影.（图5）

送回风形式及排风排烟的形式,对室内效果的影响很大,尤其在大型的公共空间更是如此,顶送风是常见的形式,但是在高大的公共空间里,侧送风和地板送风更为合适,这样能使气流组织更完善,节约能源.在安藤的清水混凝土建筑中,侧送风喷口或百页与清水混凝土墙体结合,使得吊顶显得简洁干净,这种风口的预留也是需要精心设计整合的.

外墙的排风、新风、排烟口的设计要由设备的大走向而定,同时要善于与建筑立面的装饰相结合,风口有成品风口,也可以用百页风口,在安藤忠雄的建筑中,这些成品风口有韵律的组合,使得它成为立面的一种装饰,大型百页风口也和建筑立面相结合,更有一些富有雕塑感的成品大型铁皮风管出风口和进风口,以大片的混凝土墙作为背景,成为一组陈列的艺术品.这也是安藤先生匠心独运之处吧.（图6）

3.2与电气专业有关的构造节点

电气专业负责整栋建筑的照明、消防报警、各级配电、设备用电、弱电控制等方面,在清水混凝土建筑中,由于没有二次的附加装饰层,对于电气的走线,配电箱和开关插座的埋设都有一定的要求.

电气走线在地面通常埋在楼板中,到墙上时埋在抹灰层中,而清水混凝土墙面于没有抹灰的,就得要求结构在事先考虑到这个问题,并且留出线槽,在联想（北京）研发基地的清水混凝土墙圆柱中,结构的配筋和设计就预留了走线的线槽,以保证使用和美观的要求.

同样的,在清水混凝土墙上安装配电箱、开关、插座、疏散指示牌等电气装置时,也必须预留洞口.当然,尽量少在清水墙上安装这些装置或集中设计,是正确的处理之道,一方面减少施工的复杂性,另一方面也能保证清水混凝土墙体的完整性.

照明设施如有埋墙设计要求的,应当设计其构造,并与结构专业配合,预留其位置.安藤忠雄设计的嵌墙壁灯显示出清水混凝土的特点、简洁、几何性强.无论是顶或墙的嵌设,都应预先考虑,尤其要注意线槽的预留.

3.3与给排水专业有关的构造节点

给排水专业在建筑中的体现有各种给、排水管线、消防水管线、喷淋设施、消防箱设施、雨水管设施等.这些管线留洞需要设计,特别值得注意的是雨水管和消防箱的设计在清水混凝土建筑中有着其特殊性.

雨水排放有内落水和外落水之分,外落水的雨水管作为立面装饰的一部分,应在设计时就作为立面元素进行考虑,并且在清水混凝土墙上预留孔洞使屋顶雨水可以排放到立管中,立管的固定件也需要预留.安藤忠雄建筑中,雨水管用金属材料制成,与建筑等高,为立面增添了几分现代感.消防箱也是需要在清水混凝土建筑室内设计中着重注意的设计元素.通常室内效果要求消防箱嵌墙,因而要在设计时就选定消防箱的型号大小,在清水混凝土墙上预留出洞口,同时也要考虑消防立管的设立和消防箱背火衬墙的耐火时间.（图7）

4室外景观的构造

清水混凝土在室外景观的营造这个方面也有很多例子,它作为绿化的挡墙,作为空间雕塑的材料,作为水池的结构,作为台阶、坡道、扶手等由于清水混凝土的建造特性,它几乎可以作为任何景观元素的载体.在构造上,这些景观的构造做法千差万别,却又不离根本.在景观混凝土的构造中,应该考虑的是其耐久性问题,防水、排水问题以及承载力问题.

景观设计是建筑的延伸,以清水混凝土墙的构成与围合,营造宁静水深流,远离尘嚣的意境.应该说室外环境设计与建筑是一个整体,丰富的灰空间的塑造也是建筑设计特点之一.在他的建筑中,半室外的楼梯、走廊、挑台,相互穿插,与建筑相互沟通,形成复杂的构成关系.水池、白砂、清水墙、光影的互动,朴素的质感,给人一种平静却动人心魄,朴素而又无比神圣的感觉.这种感觉无法用文字描述,只有亲身走在其中感受这种自由而又理性的空间,才能体会.在同济大学传媒学院楼我们也作了景观上的尝试.（图8、图9、图10）

台阶、室外楼梯、坡道、平台在建筑中成为主角.丰富的空间是由这些高差起伏而营造成的.清水混凝土也是这些景观元素的主要材质.地面铺装则一般为小块石块或是水刷石和混凝土分割条相结合的方式.混凝土分割带把地面划分为几何形式的大小块,再由水刷石或石材来饰面.台阶坡道铺地也是如此.值得注意的是这些台阶坡道侧墙的照明灯,通常是嵌在清水混凝土中的灯具.清水混凝土栏板表现出台阶、坡道的形态,其上的扶手一般是简洁的扁钢或圆钢.而楼梯的做法通常是由中间一片混凝土墙悬挑板式楼梯,平台和楼梯均为厚板,出挑端部收薄形成细致的弧形收头,显示出优美的姿态.花坛、树池的构造做法详细考虑了混凝土与防水、导水层的做法,保证绿化的成活,同时也使施工方便,形态干净简洁.水池、景观墙：浅水池由混凝土浇筑,池底由卵石铺砌,水池或平静或流动,都象是大自然中普通的水景.人工的精巧并没有在这里夺走与自然的溶合,混凝土在时间的流逝中呈现出岁月的痕迹,伴随着一份野趣.景观墙也是如此,这些混凝土的人为屏障却有着自然生根的感觉,爬有青苔和雨水的浸溃让它们与自然融为一体.

清水混凝土景观元素是自然的背景,在景观设计中,绿化、自然、环境才是主角,而混凝土的谦逊色彩和质感正是一种对自然的烘托,尽管没有太多精妙的做法,但这种朴实不也是呈现出自然的真意吗?