干掛石材作為一種具有更好耐久性、更貼近自然、莊重華貴的建筑材料，正在逐步取代早期廣泛流行的大面積采用玻璃的幕墻設計，建筑師更加重視如何在新的建筑物上突出建筑的藝術效果和自然美的效果，尤其是代表實體的石材幕墻與代表虛幻的玻璃幕墻的有機結合更是很多建筑師的首選。

  干掛石材幕墻所使用的石材主要為天然花崗巖?；◢弾r具有較高的抗壓強度和硬度、耐風化、抗腐蝕能力強，耐用年限久，天然色素均勻，是建筑中較為理想的外墻面裝飾材料。天然石材美觀、自然，用天然石材作為外墻裝飾材料的建筑具有穩(wěn)健、古樸的歷史底韻。天然石材已逐漸為大眾所認識和接受，被廣泛地應用于各類建筑，其特點是既能營造出宏偉壯觀的建筑藝術效果，又能給人帶來清新舒適的自然觀感。干掛花崗巖幕墻大約起始于60年代后期，80 年代中期引入中國，經(jīng)過三十多年實踐和發(fā)展，在材料和構造方面均優(yōu)于濕貼石材幕墻。目前，干掛花崗巖工藝已被廣泛應用于大型公共建筑的內外墻飾面，尤其在建筑物裙房以及高度在 30m 以下的幕墻工程中使用最為廣泛。

  位于北京市五四大街與王府井大街大街交口的西南角的“北京嘉德藝術中心”項目就是在裙樓使用天然花崗石以實現(xiàn)建筑師特殊的設計理念的典型代表。該項目由“北京皇都房地產(chǎn)開發(fā)有限公司”開發(fā),“泰康之家(北京)投資有限公司”投資興建，著名德國建筑師奧雷·舍人與北京市建筑設計研究院合作設計。該項目位于北京市區(qū)的繁華區(qū)段，建筑高度有限高要求，同時考慮到該項目的實際使用功能，無論其建筑設計、結構設計，還是幕墻系統(tǒng)設計以及工程施工，都將面臨諸多困難和高難度的挑戰(zhàn)。

  這棟樓位于北京的城市中心處，對面是美術館，旁邊是一塊歷史胡同區(qū)，它前面正對著的就是扎哈·哈迪德設計的銀河SOHO和OMA事務所設計的CCTV央視大樓總部，這座坐落于北京故宮附近的“嘉德藝術中心”將成為中國最早藝術品拍賣行的新總部。該建筑嵌進北京中心的歷史文脈中，其下部像素化的體量，從紋理、顏色和繁雜的規(guī)模與建筑周邊的城市胡同肌理相融合，建筑上部則通過大尺度玻璃磚與北京現(xiàn)代城市相呼應，其建筑肌理與鄰近的胡同及四合院產(chǎn)生共鳴。與皇家的紫禁城相比，磚顯得更具普適性，更能代表民間社會與其價值觀念，一種中國文化中謙卑的、非精英主義觀念。建筑下部的外立面由像灰色石頭一樣的像素化圖案組成，建筑師通過成千上萬的穿孔將中國歷史上最重要的山水畫“富春山居圖”投映在立面上。

  按照建筑師對外墻的設計理念，外墻采用“青磚”樣式的磚石“像素”放置在建筑底部，以元代畫家黃公望的著名山水畫《富春山居圖》為模板，通過精煉提取的數(shù)千個圓孔像素嵌入墻體之中，創(chuàng)造出抽象的山水輪廓。要實現(xiàn)上述建筑師的設計理念，外墻幕墻的設計與施工將面臨巨大的挑戰(zhàn)，這座體量并不大的建筑，其幕墻的設計和施工都將顛覆傳統(tǒng)的幕墻設計和施工理念。本文僅介紹本建筑底部特殊的干掛石材幕墻的設計施工難點。

  干掛石材幕墻位于建筑的下部1層~4層，與上部中規(guī)中矩的矩形玻璃幕墻相比，下部的干掛石材幕墻外表面則形成巨大的反差，不僅立面有突出的凹凸、懸挑與退臺，而且石材立面上有近四千個大小不一的孔洞，通過這些孔洞的有機排列組合，抽象形成了《富春山居圖》的像素。為了這些像素的完整性，石材接縫均須呈菱形布置，并須將41個幾何體形成連續(xù)貫通的石材拼縫，從而形成“搭積木”式的整體裙樓，由此可以想象，這與其說是建筑裙樓，不如說是一件雕塑藝術品更為恰當。因為僅從外表面看，怎么看也找不到一般建筑中的柱網(wǎng)、樓層、采光、通風等基本的建筑功能元素，但這又確實是一個特殊的建筑裙樓，所有的建筑功能都在這種特殊的外形設計下巧妙地實現(xiàn)了。下面分別就其干掛石材幕墻的結構形式、與主體鋼結構的錨固設計、石材幕墻構造系統(tǒng)設計等三個方面分析其特殊性。

一、干掛石材幕墻的特殊結構形式

  本項目干掛石材幕墻的結構形式與傳統(tǒng)各種干掛石材幕墻形式均不相同，既不是單元式，也不是普通的構件式，這些多種結構系統(tǒng)經(jīng)過多次論證后均被否定，最終選用了一種獨特的幕墻結構系統(tǒng)，即“整體預制型菱形鋼骨架系統(tǒng)”。

石材面板均呈菱形方向布置

  從上圖中可以看出，石材立面為了形成整體的有機肌理，并便于石材面板開孔，石材面板設計為1131×1131的菱形布局，對角線長度為1600，故裙樓41個幾何體按照1600/2=800的模數(shù)進行排列組合，形成有機的幾何整體;特別強調的是，由于41個幾何體形成了多個陰角和陽角，菱形立面所組成的陽角是整體效果的點睛之筆。為了整體效果美觀，建筑師要求進行了多次實物樣板的安裝比較，最終選擇所有的陽角均須采用整體石材進行裝配。除此以外，石材面板上無規(guī)律的開孔布置，且孔洞中須安裝深度達300mm的燈筒透鏡，這些透鏡必須安裝在主次龍骨之間，不能打斷主次龍骨。以上要求完全打破了石材幕墻的結構形式常規(guī)，即常規(guī)的橫平豎直的龍骨框架不能使用，只能依照菱形石材的網(wǎng)絡方向布置主次龍骨了。

  這種特殊的龍骨結構設計形式無論從設計、結構計算，還是龍骨加工、安裝等都給設計工程師和工廠構件加工及現(xiàn)場安裝增添了很大的難度。為保證加工安裝精度，本項目采用了特殊的鋼骨架布置形式，針對各不同幾何體的不同立面，對鋼龍骨進行分塊劃分布置，選擇“單元格”，對標準“單元格”的主次龍骨采用整體預制方式進行設計和施工，以減小現(xiàn)場的作業(yè)量，并大大提高加工及安裝質量，有效縮短工期。

石材幾何體各立面展開示意圖

  從以上各幾何體的石材幕墻展開圖看，所有的各折面上的石材拼縫均須貫通，全部41個幾何體的石材拼縫均須貫通，僅此一項要求，就需要在BIM模型中反復調整，直至達到上述要求。為達到此目的，主體鋼結構、室內各種管網(wǎng)均須建筑與結構專業(yè)的多次反復配合調整，并充分借助BIM技術才得以順利實現(xiàn)。

菱形布置的石材立面圖

  為順利而精確地實現(xiàn)上述立面效果，經(jīng)過多方案的反復比選，最后選擇了如下圖所示的“整體預制菱形鋼骨架”的小單元幕墻結構形式，即按立面規(guī)律將斜向的標準跨設計為整體鋼框架單元，主龍骨140×6的熱鍍鋅方鋼管與次龍骨60×4的熱鍍鋅方鋼管整體預制焊接組裝，現(xiàn)場進行整體吊裝，相鄰兩跨單元鋼框架之間在現(xiàn)場再補充安裝次龍骨。最后形成完整的鋼骨架立面。

  后續(xù)文章請見《一種特殊造型裝配式干掛石材幕墻設計探討（2）》。

作者：姜清海

來源：2018《建筑門窗幕墻創(chuàng)新與發(fā)展》、中國幕墻網(wǎng)