磚在工業建筑改建中的應用研究

文/中國建筑設計研究院有限公司一合建筑設計研究中心 張 華 潘 超

0 引言

磚城是位于首鋼二通廠區的舊廠房改造和加建項目。原始場地中央內有典型排架結構廠房，且在南側與西側散落若干高大樹木。業主希望將原有廠房改造成西餐廳、酒窖、中餐廳。為尊重歷史、盡量不破壞原有環境，設計盡量采用“讓”策略：①“讓”廠房結構 在廠房內挖地下室作酒窖，上部新建2層西餐廳，酒窖與餐廳均為獨立基礎，與原廠房脫開；②“讓”樹 在場地西側、樹木夾縫安插建筑，最大程度保留原有高大樹木。磚城內建筑功能排布與體量生成順理成章，但立面材料選擇是挑戰。

當下，新型建筑材料層出不窮，為建筑師提供了表達所有設計思路的可能性。越來越多的新技術與數字科技成為人們關注的焦點，但仍無法跳開“空間是建筑創作的核心”這一問題。空間是空氣和物質之間的關系，由材料圍合產生，故人們可通過視覺、觸覺，甚至聽覺與嗅覺體驗。通過選擇材料控制光和聲的反射、吸收程度，照明氣氛、顏色以及室內聲學效果，以營造人們所期望的氛圍。憑借掌握的建筑材料特性知識，可創造各種空間可能性。

建筑問題是建設問題，而建設問題也是建筑問題。廠區內二十世紀五六十年代的磚、鋼筋混凝土排架結構相互交織，磚城設計尊重此種氛圍，選擇磚為主要建筑材料，查閱東方、西方的各類資料全方位了解磚的歷史、特性、模數、砌筑方式等（見圖1）。

圖1 改造后的磚城中心院落

1 磚的歷史

幾千年前，風干黏土磚就已被用于建造房屋。公元前5000年左右，人們發現泥和黏土可在烤箱內通過火硬化。尼羅河最古老的金字塔就是用燒磚建成。考古學家在印度河和沿印度河的古城哈拉帕發現4000年前燒磚砌成的城鎮，城內建筑類似古埃及或美索不達米亞風格，高5層。據考證，上述城鎮約建于公元前1700年，后被遺棄。我國和兩河流域部分國家較早開始使用不同顏色的釉面磚。而在歐洲，伊特魯里亞人、羅馬人先后開始使用磚材料，其中羅馬人是磚砌建筑大師，羅馬建筑至今仍令人嘆為觀止。在基督教發展早期，意大利北部發展了一種獨立磚石建造方法；10～11世紀，倫巴第人進一步使用磚材料，俄羅斯沃洛格達州的圣索菲亞大教堂是該時期磚砌建筑的代表；中世紀，北歐沿海國家的磚石建筑發展處于全盛時期，隨后，不同地區出現許多獨立的磚砌風格建筑；18～19世紀，在英格蘭、德國和北美，使用烘烤的未抹灰磚建造了許多住宅和工業建筑；19～20世紀初，哥特式和表現主義風格的元素被添加于磚砌建筑。

我國是世界上最早生產燒結磚瓦的國家之一，5500年前，形體概念的燒結磚就已出現。秦始皇統一六國后，興都城、建宮殿、修馳道、筑陵墓，燒制、應用大量磚。1949年后，我國各地相繼建設大批機磚廠，在磚瓦機械制造方面取得進步，并在多孔磚和空心磚研究、生產方面獲得技術突破。該時期，各類建筑普遍采用磚混結構。本項目所在的首鋼二通廠區是建于該時期的磚混建筑，廠內建筑基本保存完好，具有一定保留價值。

2 磚的特點

磚是最古老的預制墻體建筑元素，使用方便且具有較高的抗壓性和良好的吸濕性，由黏土、壤土加熱到800～1200℃制成，主要用于建筑結構。市場上的磚產品類型多樣，在材料、顏色和密度等方面均不同。在德國，各類磚的尺寸和質量特性在工業標準DIN 1053中被嚴格規定。磚內不得包含任何有害的夾雜物，如石灰、鹽，上述雜物可能會導致起霜，磚因此而被破壞。工業生產的磚與傳統手法制作的燒結磚有極大不同。傳統手法燒制的燒結磚因取土毀田、工藝落后，漸漸被市場淘汰。為適應建筑工業化需要，滿足建筑節能要求，研制出保溫隔熱、復合、多功能的高孔隙率機制磚，因其外觀與20世紀六七十年代的工業廠房采用的磚相仿，進入設計終選材料名單。

3 磚的模數

老式磚的模數的決定性因素是人手的尺度，即工人必須能一手握住磚塊、另一手抹灰。磚和各個接縫產生的比例尺稱為八度尺，基本模數為12.5cm，相當于1塊磚（11.5cm）加1個灰泥縫（1.0cm）。對大多數磚結構砌體而言，八度尺量度至關重要。除八度測量系統外，各個國家、地區還具有其他磚規格和測量系統。在國際上，常見尺寸是普通規格（240mm×115mm×71mm）、精簡規格（240mm×115mm×52mm）和雙層精簡規格（240mm×115mm×113mm）。建筑物即使不用磚建造，也建議以八度尺為單位進行規劃，五金商店中的大多數產品，如半成品和組件（石膏板、門、衛生用品等）都應進行模塊化設計。偏離標準通常需要特殊設計，會造成浪費并產生額外費用。

4 磚在磚城項目設計建造過程中的應用

4.1 磚的砌筑方式

砌體墻的外觀在很大程度上取決于砌體的類型、大小以及磚的顏色和形式。磚的不同砌筑方式呈現風格迥異的效果，常見砌筑方式如圖2所示。磚城項目遵循廠內原有廠房“一層丁一層順”的砌筑方法。

圖2 磚的常見砌筑方式

4.2 砌筑砂漿與磚縫

砂漿由砂、黏合劑（石灰、水泥）、添加劑和水組成。砂漿是一種具有自身強度的油性物質，不是黏合劑而是找平層，專門用于補償磚承載表面的不平整和磚的尺寸誤差，以確保磚面內壓力的均勻傳遞。

磚縫對于磚墻的外觀至關重要，不同磚縫的形式、顏色、深淺會賦予建筑不同效果（見圖3）。磚城項目采用深縫型磚縫，最大程度表現磚墻立體感，每塊磚既可獨立表達，又不影響整體效果。

圖3 不同的磚縫形式

4.3 墻體

與輕型結構相反，實體結構的特點是將所有要求組合，如承重、隔熱、防潮、隔聲、防火、防雨等。原則上，單層磚砌體墻可滿足所有要求。安全的防潮保護是最初開發雙殼砌體墻的決定性因素，外墻設計使建筑能承受雨淋。下雨時，墻壁暴露在雨中，同時風會吹到外墻，因墻壁表面的毛細吸力作用或背壓，雨水可通過裂縫、縫隙或密封不良處滲入墻體。墻體無法通過蒸發釋放吸收的雨水，故須采取建設性措施（如外墻覆層、飾面砌體、建筑物內部保護層）來防止墻體被雨淋。采取的措施取決于雨的強度，雨的強度取決于風、降雨以及建筑物的位置和類型。

在本項目設計中，建筑物理性能要求高，磚墻外立面可見度高（裸露的磚砌體），故將單層砌體分為2層，即在二四墻基礎上，外墻加保溫層，保溫層外砌筑1/2磚墻作為面層，既保證保溫、隔熱、防水的物理性能，又保證磚墻外在美感。

4.4 洞口

洞口可將2個區域分隔，故墻壁開口對于人員的通行，光線或空氣穿過墻壁尤為重要。磚砌體結構作為承重系統可提供開口，開口既是墻壁凹槽又是結構之間的接縫。砌體墻具有緊密性特點，開口是結構性擾動，須經特殊處理。在傳統的磚砌體結構中，由于門、窗在墻體開口，故須在堅固的結構中切掉部分承重墻作為開口，即結構被打斷。墻壁和開口以相互矛盾的關系連接，故各開口都應適應磚砌體材料的物理性能與規格。

5 結語

路德維希·密斯·范德羅曾說：“磚是一位老師，適用于各種建筑，小巧、手工感、方便的規格是如此巧妙，連接的肌理是多么有邏輯，勾縫是多么充滿活力，墻面是多么豐富多彩，這種材料是多么有持續性！”通過磚城項目的設計、建造，體會到小小磚塊的魅力，在建筑立面材料和建造技術急速發展的當下，磚又重新煥發生命力，越來越多建筑師開始將目光投向磚。磚既承載結構作用，又通過不同砌筑方式表現不同形式的建筑表皮。磚既可還原舊建筑的建筑風格，又可通過新型砌筑方式乃至利用幕墻體系成為現代建筑立面上濃墨重彩的一筆。