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装配式居住建筑造型设计研究

时间:2020-09-12

01

引言


装配式建筑的历史沿革


装配式建筑的雏形早已有之。工业革命之后,铸铁和铁的大量生产使推广这种建筑建造方式成为可能。19世纪末20世纪初,由于工业发展而大量涌入城市社会底层人们的住宅、新建的厂房、办公楼,都使用了造价便宜的预制建筑。二战后面临战后重建, 同时城市化又进入了新的阶段。大量的建造需求和当时的主流的规划设计理念,使得混凝土预制建筑的数量在这一时期快速增长。


日本的集合住宅类型丰富,市场成熟。根据2008年的住宅与土地调查,虽然从住宅建筑栋数看,集合住宅合计占总数的8.3%,但是从住户分布看,生活于集合住宅中的家庭全国近四成。这些建筑从外观来看,不仅代表了现代建筑的形式,也体现了居住建筑应有的类型特征。日本集合住宅套型较多,面向不同家庭形态和不同的生活方式,内部功能优化是长期以来的设计重点。近年来,集合住宅也逐渐个性化和多样化。


日本某居住小区实景(图片来自网络)


欧洲集合住宅经过对现各种建筑理论和思想的实践和反思,逐步进入了多元化时代。住宅建筑单体造型新颖,功能丰富,对混居生活模式进行了更多的实验和探讨。在设计手法上注重街景尺度,充分利用周边环境条件,同时还强调单体的可识别性。


欧洲某居住小区实景(图片来自网络)


中国的现代集合住宅雏形最早可以追溯到20世纪初,城市化和不断增加的人口使得中国城市住宅形态开始发生变化。上世纪80年代末期被广泛使用的大板住宅体系、内浇外挂式住宅体系和框架轻板住宅体系等受经济、技术发展的制约,建筑形象不尽如人意,也对装配式建筑的造型,尤其是装配式居住建筑的造型有了一个“误导”。


到了上世纪90年代中期,随着深圳地区经济的飞速发展,人们的居家观念由“生活型”逐渐向“享受型”转变。相较于大板式建筑的方正简单,人们开始追求华丽、高贵的风格。随着内陆地区经济的不断发展,这种偏好影响逐渐扩大,成为住宅市场的主流风格,在传播、演变中形成了具有风格化特征的多种住宅立面形式。人们对风格化住宅立面风格的偏好,本质上是对高品质的居住环境,和个性化的追求。与欧美较为简洁朴素的住宅形式不同,这种风格化的特征决定了中国居住建筑对立面的品质要求较高,形态要求更为复杂,且已经成为普遍认知。



住宅作为城市的背景建筑,影响着整个城市风貌。而现阶段生硬的照搬过于风格化的住宅立面是否符合我国大多数城市本土化特色发展方向,是现阶段作为建筑师值得思考的问题。人工成本的提升等因素促进装配式居住建筑的发展,又与所谓的风格化产生了矛盾。


造型设计的逻辑


随着国家经济发展和建筑工业水平的提升,装配式建筑在近几年得到了迅猛发展。与此同时,近年来人们物质文化水平不断提高,对装配式建筑立面设计也提出了更高的要求。受多种因素的制约,国内部分装配式建筑立面形式种类较少,装饰变化较其他类型商品房较为简单。如何通过标准化的立面构件寻找到建筑立面内在规律,适应个性化的风格要求,成为的建筑师新难题。同时现有的常见立面风格,因其复杂的装饰构件对于装配式建筑不具备技术合理性,不适用于标准化较高的装配式居住建筑。这决定了现阶段作为建筑师,我们势必要根据装配式建筑独有的内在规律,积极推进技术进度,探索新的立面手法;要在限制条件更高的前提下,进行技术创新工作,不能修修补补。



02

探索


郭公庄一期公租房




郭公庄一期公租房项目,是中国院在装配式领域的一个代表项目,也受到了各界的广泛关注。项目位于北京市丰台区,2017年北区竣工,建筑外立面采用清水混凝土构件进行装饰。项目总面积21万平方米,包含公租房3000多套。其中40㎡小户型占比70%。设计中使用了“短廊”式布局,导致建筑平面较为平整,建筑整体呈现方盒子的形态。


项目底部加强区以上采用装配式剪力墙结构,底部加强区采用预制水平构件+PCF外墙板,外墙装配、内墙现浇、楼板叠合,可以简单概括为“四预制一叠合”,主要包括预制外墙板、预制阳台板、预制空调板、预制楼梯板、叠合楼板五个方面。经计算统计,各楼的预制率为35%-40%。


郭公庄一期公租房构件组合示意图


郭公庄一期公租房立面演变


受户型配比的影响,建筑的形态为一个简单的长方体。为了避免过于单调的“火柴盒”形体,设计中采取了局部降层的办法,将建筑体型处理成为L形错台。同时通过连通的挑板和阳台部位的竖向装饰,改变建筑的立面韵律,避免了简单的方盒子外观。


北京焦化厂公租房




项目位于北京市朝阳区,总面积54万平方米,能够提供5000户住房。项目为全装配式公租房住宅,主体结构为装配整体式剪力墙,预制构件包括预制外墙板、预制楼梯、预制阳台、预制空调板、叠合楼板。项目外墙部分采用了UHPC装饰构件,室内装修为装配式装修。此外,项目中有三栋楼为超低能耗被动房。


焦化厂公租房部品部件标准化示意图


由于平面长且平整,因此外观强调横向线条,通过晒台、空调机位、收纳空间和花池等功能部位的组织来丰富体块变化,同时着重处理窗户阳台比例,通过多个部位的精细化设计提升立面质量。由于我们摒弃了复杂的立面设计,立面成本在保证丰富效果的前提下得到了控制。


焦化厂公租房立面演变


基于标准化原则,通过标准化套型构成了多样化的套型产品系列,包括门窗、厨卫、内装部品等,使得套型功能空间集约合理。通过标准户型模块布置的调整,结合核心筒模块、可变模块的多种变化,形成了多样化的楼栋标准组合平面,满足不同的套型和规划要求。地上各层采用预制水平构件,底部加强区以上采取预制外墙板及预制水平构件,以典型的一栋楼为例,预制率可达51%。此外,在平面、立面设计标准化的前提下,进行建筑主导的预制构件设计,遵循工业化设计逻辑,实现构件的“少规格、多组合”。


台湖公租房




项目位于北京市通州区,总面积56万平方米,公租房总户数5058户,分为60平方米和35平方米两种户型。项目外墙采用三明治清水混凝土预制构件,各楼均由项目的4种户型组合而成。


项目的厨卫模块进行了标准化设计,4种户型均采用统一的卫生间模块,60平方米和35平方米户型分别采用统一的燃气厨房和电厨房模块。项目核心筒模块共有2种,综合了电梯、电梯厅、机电管井、防排烟管井等功能,进行标准部件的组合设计。各楼的预制率在45%左右。


台湖公租房立面演变


台湖公租房立面实景


标准化、模块化、系列化、预制外墙板展现了预制模块的肌理变化,外挂装饰构件通过“少规格、多组合”的设计逻辑,形成丰富的立面效果,在标准化的设计思路下体现个性化的建筑形象。


通州政务区职工周转房




职工周转房项目成功应用了瓷板反打技术,建筑立面效果完成度高、品质高,建筑个性化需求与工业化技术实现了成功的结合。


反打工艺,是在制作预制构件时,将选定的瓷砖或石材在工厂内部,与混凝土一同浇筑,一体成型。石材具有较好的观感,但仍存在耐酸碱性不足、膨胀率较大、与混凝土粘结强度不稳定等问题,大大提升了制作难度。因此,性能更稳定的瓷板,逐步成为了装配式建筑反打饰面的首选。


反打饰面示意图


在前期技术策划上,我们遵循模数协同、构件尺数协同、洞口预留三个原则。由于周转房项目平面功能较为复杂,经过多次比选,我们选定了以450mm为横向模数,630mm为竖向模数的基本原则,订购尺寸为630mmx900mm的瓷板,保证利用率的最大化;预制构件尽量符合瓷板模数,转角构件短边尺寸统一为900mm,恰好可被一块瓷板铺满;洞口尺寸也尽量考虑尺寸的模数化,避免过于灵活的开洞位置,当对瓷板布局影响较大时,预留外挑梁板洞口。由于反打建筑饰面可替换性较低,要尽量避免修改替换,因此在设计之初,各专业都进行了技术策划,确定与立面有关的统一原则。


转角构件示意图


分缝设计也是项目的重点之一,瓷板之间的横缝尺寸与竖缝相比更为自由,因此采取7.5mm达到较为均衡的观感,竖缝则在2mm至5mm之间,避免影响瓷板宽度布局。对瓷板尺寸的选择还充分考虑了其他材料尺寸。总之,瓷板反打缝隙设计,在美观的基础上兼顾了用材经济、工艺要求合理等因素,避免裁切过多、边角料过小、施工精度过于苛刻,确保了工程效果的顺利实现。


立面建成实景


立面细部


装配式混凝土在有抗震要求的地区,底部加强区一般采用现浇方式,但同时由于功能和美观等要求,也存在露台、挑檐等构件,设计需要将这些做法与瓷板反打效果进行统筹考虑,以保证工程的细节效果。建筑师共同确定了几个不同构造的做法厚度,同类构造均严格按照规定厚度进行施工作业,同时不同厚度构造做法之间,主要通过金属铝板的线脚和封边进行调节,避免不同做法的瓷板直接接触。通过金属线脚、金属披水、金属封边等设计,在完成了对不同质感及做法厚度的瓷板连接的同时,也对其起到了保护作用,使得预制构件边缘更加挺拔俊朗。最外侧挂板金属封边的处理,使得花台外包金属板可以直接与其相接,封边亦可作为花台金属板和预制构件之间的缓冲,消解预制构件遇小震轻微变形时对周边的影响。


节点示意图


十八里店租赁住房项目




十八里店租赁住房项目,是目前北京最大的集体土地租赁住房项目,建筑性质属于公寓(旅馆),项目位于东南五环西直河桥东侧,定位面向周边收入稳定的白领,使用者对公共交往活动空间需求高。因此,项目采取“生活街”的设计理念,强调公共的街道生活。建筑采用钢结构框架,项目也是一次对钢结构住宅在体系创新、构件应用等方面的探索。


钢结构框架


立面分解图


03

结语


在装配式住宅的设计过程中,我们遵循了以下的思路。


尊重技术规律——充分尊重装配式建筑的内在规律,从根本上研究,不需要“描眉画眼”。


探索韵律美学——根据装配式建造方式的特点,实现立面的个性化和多样化。


文化自信,技术创新——装配式居住建筑的立面设计不需一味追求复杂的装饰物。遵循建筑本身的内在逻辑,利用已有功能性构件组织建筑语言,就可以完成对标准性和个性化的双重追求。我们一方面从传统文化汲取营养,一方面积极进行技术创新。相信通过我们不懈的努力,中国院在装配式建筑领域必将做出更多成果,为人民的美好生活添砖加瓦。

来源:中国建筑设计研究院

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