江苏江海文化博物馆外观材料及构造设计

高曙光

(山东纬剑工程设计有限公司,山东 济南 250101)

江苏江海文化博物馆为江苏省省级博物馆，建筑外观形式为中国传统建筑的现代表达，随着我国经济技术飞速发展，通过外观材料和构造的创新表达，已是我国建筑外观设计的重要手段，国内一些重大、有影响的工程，如中国国家游泳中心(水立方)、中国国家大剧院等都是通过新颖的材料表现出独特的外观效果，该博物馆就是通过外观材料及构造上的设计创新，表达其沉厚有力且历久弥新的外观效果。

1 外观表皮设计面临的主要问题

早在该博物馆方案设计阶段就有采用新材料、新构造表达中国传统建筑外观形式的设计构想，在施工图设计阶段进一步落实深化。建筑外观设计是项系统工程，遇到的问题量多面广，问题具体且琐碎，建筑的外观按部位可分为屋顶和墙身两部分，下面就从屋顶和墙身两方面谈谈外观表皮设计面临的主要问题，最后谈谈其他外观小构件(如室外台阶等)的创新问题。

1.1 屋顶新材料面临的难题和其他构造问题

该博物馆屋顶大面积采用坡屋面，屋顶外观由屋面、檐口、檐下三部分组成，三部位面临的问题也有所不同。

为了表达熠熠生辉的屋面效果，屋面采用铝镁锰合金屋面板，这种材料耐久性好(1 mm厚板材使用寿命超过50 a)、重量轻(2.72 g/cm3)且自身具有防水功能，但当时这种材料在国内一般民用建筑中很少采用，面临着如何用铝镁锰板去模仿中国传统瓦屋面以及铝镁锰板固定件穿透防水层等难题[1]。

檐口的问题集中在外檐沟，现代拥有挑檐的建筑一般都做外檐沟，这是有组织排水建筑的必选项，而中国传统建筑挑檐是没有外檐沟的，建筑边缘部位的处理对建筑外观形态影响非常显著，外檐沟做还是不做，这又是一个难题。

檐下的问题主要在突出的大挑梁，屋面外挑檐向外悬挑最大长度高达3 m，大部分挑檐的外挑长度都在2 m以上，而且包括3 m在内的大悬挑外檐大部分集中在视觉敏感的出入口等关键部位。结构要求大悬挑檐下必须做挑梁，给出的最大悬挑的挑梁高度0.8 m，一般挑梁高度也要在0.6 m左右。

1.2 大面积干挂石材做浅浮雕效果等一系列墙身材料及构造问题

该博物馆由于内部功能及防盗需要，墙身只有少量开窗，外观追求坚实厚重的效果，设计墙身大量采用干挂石材，这身“服装”不仅“蕾丝”镶边(用合金装饰件镶边)，底层石材还做浅浮雕效果，其浅浮雕石材墙身面积高达3 709 m2，比半个足球场的面积还大，若全部采用厚石材做浅浮雕，不仅会造成墙身过重，还严重影响工程造价。当然墙身还存在着外装金属装饰件的处理、变形缝和暗门的隐蔽以及少量玻璃幕墙和开窗细节处理等问题。

1.3 其他外观小构件(如室外台阶等)容易被忽视的问题

建筑外观除屋顶、墙身以外，还有室外台阶、无障碍坡道等小构件，这些构件尺度不大，常常被建筑师所忽视，往往都是套国家标准图集，在施工图上一笔带过，从而造成这些小构件千篇一律。这些构件一般位于公众出入口等关键部位，是公众经常触及到的地方，这些“门面活儿”需要建筑师精心揣摩打造，进行重点设计。

2 外观一系列问题分析及具体解决方案

分析该博物馆外观材料及构造的一系列问题，有的问题难度大，常规的设计手段和方法很难解决，有的问题虽然简单，但要处理得恰到好处也需要一定的设计技巧[2-3]。外观表皮问题实际操作需从大处着眼，从小处入手，既要处理好面上的材料，又要解决好微观的细节构造。外观问题比较琐碎，对应上述分类，按屋顶和墙身两部分研判处理，最后谈谈其他外观小构件(如室外台阶等)的重点设计。

2.1 屋顶外观材料及构造解决方案

2.1.1 铝镁锰板屋面系统解决方案

铝镁锰板为平面板材，板材为防止热胀冷缩变形，板面有微小的三角形凸起，板材的连接方式一般采用机械直立索边，原料板材形态与中国传统建筑瓦屋面相差甚远,若将铝镁锰板加工成传统屋面瓦的形态，既没有必要，又使屋面丧失创新感。设计取传统瓦屋面建筑神韵，利用板材直立索边的特性，用长方形铝合金型材外扣索边，外扣型材高200 mm,宽130 mm，纵向净间距280 mm,型材略悬出屋檐，强化屋面凹凸视觉效果，由于型材外扣在索边部位，对板材连接处防水也起到加强作用。外扣型材使屋面更加立体，富于光影变化。

铝镁锰板位于屋面最外层，从抗风揭(抵抗被大风掀起)等各种安全角度来讲，都应该将板材用连接件固定到结构层上，但屋面板材与结构层之间隔着防水层，连接件必须穿透防水层，这样就给屋面防水留下重大隐患，可以说每个连接件固定点都可能成为一个渗漏点。通过查阅多种资料，终于发现自粘聚合物沥青防水垫层有其独特的防水特性，该材料具有钉杆水密性，可防止在钉孔位置发生渗水，这样防水层被穿透的问题就解决了。

考虑到防水层施工完毕后，再施工最外部的铝镁锰板，铝镁锰板施工工艺相对复杂，且施工人员要站在防水层上操作，在施工过程中防水层容易被破坏，本设计在防水层上增加了40 mm厚钢筋混凝土防水保护层，既有自身防水作用，又有效保护了下部柔性防水。

屋面采用昂贵的铝镁锰板，馆内又是珍贵的文物，但我国屋面最高防水等级为Ⅰ级，其防水层合理使用年限只有25 a，而我国普通民用建筑设计使用年限50 a(纪念性建筑100 a)，从环保节能的角度出发，建筑所有部件的使用年限应该同步为好，为了延长屋面防水使用年限，避免屋面25 a就全面大修，该屋面采用了五道防水设计(一般建筑为三道)，特别强化其耐久性好的铝镁锰板及钢筋混凝土保护层防水。

综上所述，整个屋面构造采用了非常规设计，具体屋面构造做法(自上而下)为：金属铝镁锰板屋面外扣装饰挂件(自防水)；2 mm厚自粘性聚合物沥青防水垫层；C30细石防水混凝土40 mm厚，内配Φ4@100 mm×100 mm钢筋；10 mm厚低标号砂浆隔离层；多道防水层；20 mm厚1∶3水泥砂浆找平层；50 mm厚保温层；防水隔汽层；20 mm厚1∶3水泥砂浆找平层；现浇钢筋混凝土屋面板，这样的屋面系统构造在国内是罕见的。

2.1.2 屋面檐沟和檐口外落水的隐蔽设计

根据《全国民用建筑工程技术措施》檐高大于10 m的建筑物应采用有组织排水，该博物馆檐部到地面的高度远大于10 m，屋面应采用有组织排水，必须做檐沟，一般外檐沟做在檐口的最外端，上部做雨水口，下部做雨水斗和落水管，若雨水斗和落水管随外檐一并悬挑，将严重影响檐部的美观。为了表达中国传统建筑没有外檐沟且檐口轻巧美观的特点，经过反复斟酌，本设计把檐沟做至挑檐的根部，与挑梁相交的部位做穿梁套管，形式隐蔽，从地面观察檐口看不到檐沟。屋面外落水与檐沟统筹考虑，檐沟在外墙的外侧，落水管紧贴外墙，雨水斗外做装饰合金板，这样确保檐口轻薄，落水构件隐蔽(见图1)。

2.1.3 屋面外挑檐下高大挑梁的解决方案

有关屋面2 m～3 m外挑檐下高大凸起挑梁的处理，本设计采用了密肋梁解决方案，将一个区域几根大挑梁分解成几十根等距排列的密肋，最大受力肋高0.54 m，而一般受力肋高0.28 m，肋宽均为0.16 m，并将较高的肋在竖向分成两个层级，所有密肋梁直接外露。这种做法一是降低挑梁的高度，二是赋予挑檐下部“节奏感”，较高的梁在根部做成类似“斗拱”的形态，整个密肋梁取中国古典建筑椽条之意，在檐下观察给人以韵律美。

2.2 墙身浅浮雕石材以及其他表皮处理

由于博物馆外观总周长近1 km，大面积浅浮雕石材墙身做模数化、参数化处理，采用建筑与艺术相结合的独特外观肌理表达方式，除大面积干挂石材外，其他墙身金属装饰件、变形缝以及门窗等表皮都进行了精心设计处理。

2.2.1 墙身干挂石材“江海纹”和“搓衣板”的形式及构造

墙身浅浮雕石材分“江海纹”和“搓衣板”两种形式，其中下部石材“江海纹”由大小半圆组成，大半圆弦高2 820 mm，小半圆弦高2 020 mm，这些大小半圆上下左右叠加形成“波浪”。每个半圆的石材呈扇面形分布，从圆心出发沿半径方向每层石材高400 mm，每块夹角30°，石材均采用40 mm厚花岗岩，每块扇面石材每隔100 mm做凹槽，槽宽20 mm，深15 mm，石材凸面为荔枝面，凹槽抛光，利用石材荔枝面与抛光面色泽深浅变化，强化凹凸效果，整片干挂石材形成江海波浪浮雕纹饰图案。波浪图案上部为“搓衣板”干挂石材，其水平线条与曲线波浪形成对比，“搓衣板”石材的横截面做成L形，石材厚25 mm,仅拐弯处做成40 mm，斜向干挂铺贴(见图2)。

由于浅浮雕石材最厚仅有40 mm，成本并不高，效果却非常突出，其外观形式在国内外建筑中也是别无仅有。

2.2.2 墙身金属装饰件的设计处理

墙身大面积采用干挂石材的同时局部采用少量金属装饰件，这些金属装饰件对石材墙身进行有规律的分隔，并在墙身边缘强化装饰效果，这种手法源于中国传统徽派建筑，用粉墙黛瓦强化建筑边缘轮廓，本设计对其进一步升级演绎。金属装饰件采用合金材质，便于加工成型，色彩均采用带有金属光泽的浅灰色。大部分金属装饰件截面宽300 mm，根据凹凸需要加工成不同的形状，落水管就隐藏在竖向金属装饰件的背面，金属装饰件与石材在色彩和质感上形成强烈对比，熠熠生辉的金属装饰件起到了“白金戒指或者项链”的装饰效果，同时石材在阴阳角处用金属装饰件进行分隔，既有装饰镶边效果，又有效化解了石材对缝难题(见图3)。

2.2.3 墙身变形缝外侧的特殊处理

博物馆有多处墙身变形缝，有的位于墙身平接处，有的位于墙身内折角处，根据具体情况进行不同的处理，整个建筑的墙身变形缝进行了整体统筹考虑，绝大部分墙身变形缝位于外墙设有竖向金属装饰件处，这种竖向金属装饰件位于干挂石材的外侧，背后就是变形缝，金属装饰件单侧固定，另一侧可随变形移动，内做止水带，变形缝完全隐蔽。个别几处位于干挂石材内折角处的变形缝，需做特殊处理，在干挂石材的外表面镶嵌金属薄片，薄片一侧固定在石材上，薄片表面喷涂与石材一致的天然石头漆，内做止水带，这种精细构造的目的就是既能保障变形又使变形缝极其隐蔽。

2.2.4 墙身暗门和局部玻璃幕墙及开窗的处理

墙身采用大面积浅浮雕石材墙面，根据消防疏散需要在墙身做一些暗门(内部有明显提示)，这些暗门平时并不开放，仅供紧急情况下室内安全疏散使用，这些暗门均为常闭防火门。暗门的主要设计要点为暗门外装饰面要与外墙石材装饰面完全平齐，故将暗门门轴设于结构外墙外侧175 mm处，暗门外侧做结构混凝土框并做好预埋件。暗门外侧上附⎣50 mm×50 mm角钢，外挂石材做法同墙面，该门的门框及门轴均固定在混凝土框上，确保门的稳固，暗门外侧与暗门相接处固定石材做斜槽，确保门在关闭状态下拼缝最小，外观难以发觉。

博物馆外立面的局部区域做了少量玻璃幕墙，这些玻璃幕墙主要集中在两个区域：一是公众主要出入口凹入的门洞内；二是面向内庭院的公众休息区。所有门洞内以及面向内庭花园的玻璃幕墙都进行了精心的设计，为了体现内外通透的流动空间效果，玻璃幕墙均采用落地方式，其中主入口的玻璃幕墙横向区格宽度1.5 m，其他玻璃幕墙横向区格宽度1.3 m左右，竖向区格高度均在3 m以上。各出入口玻璃幕墙内设带整体门套的自由门，门的开启扇上方均做门楣，上附哑光不锈钢馆名，开启扇安全玻璃内附博物馆专用镂空图案，对门把手等配件也进行了专门的艺术设计。

在博物馆的背面建造了少量内部办公及文物修复用房，从环保节能的角度出发，这些用房没有采用机械采光通风，而是采用了自然采光通风，博物馆内的所有卫生间在设置机械通风的情况下也设计了自然通风高窗，这些用房都需要在外墙上开窗，本设计专门将这些窗成组布置，外做组合窗套，窗套均采用金属材质，色彩与外墙金属装饰件一致，窗套上下宽120 mm，左右宽80 mm，窗套从窗面向外凸起350 mm，形成纵深的窗台，从而使内窗面凹的更深，强化外窗立体感，这种组合外窗重复成组出现，以体现韵律美。

2.3 其他外观小构件(如室外台阶等)的重点设计

室外台阶、无障碍坡道等其他外观小构件虽然尺度不大，但位于公众出入口等关键部位，从而进行了精心设计，为此做了多个方案。最终室外台阶采用灰麻花岗岩，根据防滑需要表面做荔枝面处理，台阶平台石材拼接呈扇面形，按马牙槎错位拼接，形成与墙身底部类似的江海纹图案，从而与墙身形成呼应关系。室外无障碍坡道采用安全玻璃栏板方案，墙身底部为江海纹浅浮雕石材，彰显其坚实厚重，无障碍坡道等小构件就以轻盈通透与之搭配，坡道栏板采用17.52 mm厚安全玻璃，下部用磨砂的方式做江海纹图案，栏板图案与墙体浅浮雕相得益彰，玻璃栏板内侧嵌装塑木高低扶手，避免不锈钢扶手那种冷冰冰的手感，整个坡道追求精巧雅致[4]。

3 结语

实践出真知，在江苏江海文化博物馆外观材料及构造创新设计实践中，遇到的问题量多面广，屋面设计的重点是采用铝镁锰板这一新型建筑材料，解决其构造上的一系列难题，而墙身的设计重点是大面积干挂石材做浅浮雕效果，掌控好墙身石材成本。遇到问题，一具体就深入，在我国创新发展的今天，建筑师既要勇于创新，又要脚踏实地解决好具体问题。