既有公共建筑功能與結(jié)構(gòu)改造思路和要點分析
——以重慶市部分已完成項目為例

董露，熊然

（1 中煤科工重慶設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司，重慶 400016； 2 重慶恒昇大業(yè)建筑設(shè)計有限公司，重慶 401120）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的快速發(fā)展，城市中普遍面臨基礎(chǔ)設(shè)施不足、公共服務(wù)滯后的問題，并且存在土地用途、建筑功能、建筑能耗等明顯不符合社會發(fā)展需要，進(jìn)而影響到城市規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)升級的成片舊工業(yè)區(qū)。 同時，也存在建成區(qū)中對城市整體格局影響不大，但現(xiàn)狀用地功能與周邊發(fā)展存在矛盾、用地效率低、人居環(huán)境差的地塊。 對這些區(qū)域既有建筑進(jìn)行改造，不僅能夠更好地提升建筑的使用功能， 而且還能減少工程建設(shè)造成的能源浪費，使城市的整體建設(shè)規(guī)劃更加合理。 本文以重慶市已完成的既有公共建筑改造工程案例為依據(jù)，著重從建筑功能、結(jié)構(gòu)改造技術(shù)兩個方面對既有公共建筑改造要點進(jìn)行了分析。

1 建筑功能改造分析

以可持續(xù)理念為衡量和指導(dǎo)改造策略的準(zhǔn)則， 能夠使環(huán)境、經(jīng)濟、社會三方面共贏[1]。 這要求建筑師在改造設(shè)計中，應(yīng)以延續(xù)建筑生命的思想來分類對待改造的既有建筑，以一種全面的時空觀，根據(jù)不同既有建筑的類型和所處環(huán)境，選擇最適宜的改造手法，從而最有效地進(jìn)行改造實施。 面對越來越多亟需改造的既有建筑，要貼合當(dāng)前城市發(fā)展的實際需求，明確改造目標(biāo)，做好改造前的策劃。 下文列舉三個已完成的改造項目，分析在既有公共建筑改造中，建筑功能改造的關(guān)注要點。

1.1 榮昌區(qū)榮隆鎮(zhèn)、銅鼓鎮(zhèn)、河包鎮(zhèn)等中心小學(xué)樓——改造為幼兒園

隨著近幾年城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)， 部分偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)生源逐漸減少，導(dǎo)致部分教學(xué)樓閑置。 鑒于此，重慶市榮昌區(qū)教委整合教育建筑資源，將部分閑置教學(xué)樓擬改造為幼兒園。 同為教學(xué)樓，使用功能未改變，且原有教學(xué)樓改造為幼兒園，空間足夠。 改造后，不僅合理利用了有限的教育建筑資源， 同時也避免了額外的土地使用。 榮昌區(qū)教學(xué)樓改造情況詳見表1。 從表1 可以看出，既有公共建筑功能改造后，三所小學(xué)建筑的有效使用率均得到提升，不僅重新投入使用，并且有效使用率均達(dá)到90%以上，實現(xiàn)了變廢為寶、資源節(jié)約。

表1 榮昌區(qū)教學(xué)樓改造情況表

1.2 魁星樓——改造為醫(yī)院門診大樓

重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院位于重慶市渝中區(qū)解放碑臨江門區(qū)域，始建于1892 年。 重慶直轄以來，渝中區(qū)人口呈直線型增長，解放碑區(qū)域尤為突出，患病就醫(yī)人員越來越多，原有的重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院醫(yī)用空間已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足病患需求，而周邊也沒有多余的土地資源可用于醫(yī)院辦公樓建設(shè)。 魁星樓作為毗鄰醫(yī)院的一棟9 層閑置商業(yè)辦公樓，用作醫(yī)院臨時周轉(zhuǎn)用的門診大樓再合適不過。 魁星樓改造情況詳見表2。

表2 魁星樓改造情況表

1.3 重慶東原金山廣場——改造為城市運動文娛綜合體

重慶東原金山廣場為一個大型的地面廣場與地下商業(yè)為一體的商業(yè)綜合體（圖1）。該項目位于重慶市渝北區(qū)金山片區(qū)，總建筑面積約37493m2。由于商家經(jīng)營管理問題，建筑實際使用率不足20%，且僅作為室內(nèi)停車場使用，建筑利用價值低，其余區(qū)域長期處于閑置狀態(tài)。 從項目的地理位置而言，其交通便利，人流來源穩(wěn)定，地面廣場植被茂盛，具有與下沉式廣場相結(jié)合的優(yōu)勢。 從建筑自身利用價值而言，可通過增設(shè)鮮明的引導(dǎo)性路口，將廣場改造為具有地標(biāo)性的城市運動文娛綜合體，集地面運動廣場、地下文娛商業(yè)為一體，發(fā)揮該建筑的最大價值，實現(xiàn)土地資源的再利用。

圖1 東原金山廣場現(xiàn)狀圖

2 結(jié)構(gòu)加固技術(shù)介紹

2.1 結(jié)構(gòu)加固原則

既有建筑改造，大多伴隨著結(jié)構(gòu)加固的情況。 無論社會公用建筑還是民用建筑，都需前期充分論證改造后的建筑使用價值及其改造成本。

（1） 在結(jié)構(gòu)安全方面，需保證加固后的結(jié)構(gòu)主體安全性滿足現(xiàn)行國家規(guī)范要求，宜避免破壞原有受力體系或?qū)⑵涓脑鞛椴焕芰w系。

（2） 在加固方式選取方面，若具備條件可組織前期加固方案專家論證咨詢會，對加固方案進(jìn)行反復(fù)論證，緊密結(jié)合項目特殊性質(zhì)，選擇針對性措施以保證結(jié)構(gòu)的安全度，以較小的加固工作量來達(dá)到改造的目的，避免對原有構(gòu)件進(jìn)行大規(guī)模加固。

（3） 在加固構(gòu)件選取方面，由于是既有建筑，在原有重要隱蔽構(gòu)件完好的情況下，宜選擇較易實施且加固后滿足要求的構(gòu)件進(jìn)行加固。

2.2 結(jié)構(gòu)加固設(shè)計理念

在既有建筑的結(jié)構(gòu)加固實踐中， 通常會保留原有結(jié)構(gòu)體系，通過加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方式來提高構(gòu)件的承載能力，以求達(dá)到提高結(jié)構(gòu)整體的抗震能力。 但實際大多改造項目中，盲目對原有承載不足的構(gòu)件進(jìn)行加固，容易顧此失彼，導(dǎo)致部分區(qū)域形成弱柱強梁、弱構(gòu)件強節(jié)點等違背抗震設(shè)計原則的情況發(fā)生。 加固后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度變化，抗側(cè)豎向剛度和平面剛度不協(xié)調(diào)、不均勻等[2]，導(dǎo)致薄弱層轉(zhuǎn)移，整體結(jié)構(gòu)加固量增大。

（1） 加固思路方面。 在結(jié)構(gòu)的改造加固實踐中，應(yīng)先從結(jié)構(gòu)整體出發(fā)，再對局部構(gòu)件進(jìn)行加固。 加固思路的選取與結(jié)構(gòu)抗震性能構(gòu)件的選取思路一致，影響結(jié)構(gòu)整體性能的關(guān)鍵構(gòu)件（豎向抗側(cè)構(gòu)件）應(yīng)優(yōu)先重視，一般構(gòu)件和耗能構(gòu)件作為次要考慮，從而達(dá)到在保留原有結(jié)構(gòu)主體的情況下，控制結(jié)構(gòu)整體的加固范圍和工作量的目的。

（2） 結(jié)構(gòu)抗震方面。 在結(jié)構(gòu)改造加固實踐工作中，地震作用對原有結(jié)構(gòu)影響較大，宜優(yōu)先從減少地震對結(jié)構(gòu)帶來的不利作用出發(fā)選取可行方案。 既有建筑中，大多主體結(jié)構(gòu)原設(shè)計和施工驗收等執(zhí)行的均是老規(guī)范，原有主體結(jié)構(gòu)抗震措施均不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，在此情況下，從結(jié)構(gòu)整體抗震出發(fā)，通過減震等手段即可達(dá)到提高主體結(jié)構(gòu)安全度的目標(biāo)，從而以較小的加固工作量實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的加固，從項目實踐可知，可采取增設(shè)隔震層或耗能阻尼器（加大結(jié)構(gòu)阻尼）等方法[3-4]。 對于特殊結(jié)構(gòu)，也可通過增設(shè)局部墻肢等方式，改變原有主體結(jié)構(gòu)體系，降低其抗震等級，以實現(xiàn)抗震目標(biāo)。

（3） 合理選擇性能目標(biāo)進(jìn)行抗震性能化分析。 綜合考慮承載力和變形能力，建筑的抗震性能化設(shè)計具有很強的針對性和靈活性。 根據(jù)具體工程的需要，可以對整個結(jié)構(gòu)，也可以對某些部位或關(guān)鍵構(gòu)件，靈活運用各種措施達(dá)到預(yù)期的性能目標(biāo)。 我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中講到“小震不壞、中震可修和大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)[5]，明確要求大震下不發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞即達(dá)到“生命安全”，就是屬于一般情況的性能設(shè)計目標(biāo)。

實際改造項目中，改造建筑存在平面或豎向不規(guī)則或新老規(guī)范更替出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)超限，或者基本抗震構(gòu)造不足等情況，結(jié)構(gòu)加固難度大，且加固工作范圍廣。 鑒于此，可根據(jù)具體項目情況，對結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件和耗能構(gòu)件、次要構(gòu)件提出符合實際情況的性能目標(biāo)要求，提高結(jié)構(gòu)或關(guān)鍵部位的抗震安全性，以此達(dá)到整體結(jié)構(gòu)加固的目的。

2.3 案例分析

2.3.1 魁星樓改造工程——取消抗震縫，改變結(jié)構(gòu)體系+增設(shè)鋼支撐

魁星樓結(jié)構(gòu)由中間兩條變形縫將房屋分為三個獨立的結(jié)構(gòu)單元。中間結(jié)構(gòu)單元為框架結(jié)構(gòu)，邊部兩個結(jié)構(gòu)單元為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)（圖2），結(jié)構(gòu)共十層，高度均為43.4m。 由于原結(jié)構(gòu)為商業(yè)，改造為醫(yī)院后，抗震設(shè)防類別由原來的丙類提高至乙類，各個結(jié)構(gòu)單元的抗震等級均提高一級。 對于中間框架結(jié)構(gòu)單元而言，由原來的抗震等級三級提高至二級， 結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造均不滿足要求，結(jié)構(gòu)加固工作量大。 該項目采取取消中間變形縫，即將三個結(jié)構(gòu)單元整合為一個結(jié)構(gòu)單元的方式，在中間框架結(jié)構(gòu)部位合適位置增設(shè)鋼支撐，以平衡平面的剛度分布。 整合后的整體結(jié)構(gòu)體系為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，大大減少了該項目的加固范圍。

圖2 魁星樓平面結(jié)構(gòu)布置圖

2.3.2 萬州醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園醫(yī)用辦公樓——增設(shè)隔震層

萬州醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)園位于重慶市萬州區(qū)，共計22 棟樓，原設(shè)計功能為庫房。 應(yīng)業(yè)主要求，擬將少數(shù)樓棟改造為醫(yī)院，抗震等級提高一度。 考慮該項目為按照現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計的建筑，且剛竣工，施工及驗收均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求， 故結(jié)構(gòu)加固方式為在基頂增設(shè)隔震層，以此來消耗地震力，達(dá)到減震的效果。 該項目加固工作僅為底部增設(shè)隔震支座，上部結(jié)構(gòu)均保持不變，加固工作簡潔，加固范圍小，加固成本和工作量相對較小，實現(xiàn)了在“地基上花小錢，主體上省大錢”的效果（表3）。

表3 加固范圍對比表

2.3.3 重慶東原金山廣場——合理利用性能化分析

重慶東原金山廣場主體為三層的框架結(jié)構(gòu)，該建筑原設(shè)計時間距今約15 年， 由于規(guī)范的變更， 結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造要求等相應(yīng)提高，柱子構(gòu)造配筋均不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)加固范圍廣。 鑒于此，在加固計算方式上，結(jié)合項目實際情況，選擇符合項目自身的抗震性能目標(biāo)，對中柱進(jìn)行針對性的抗震性能化分析[6]。 分析結(jié)果顯示，大部分構(gòu)造不足的中柱滿足性能目標(biāo)，可不進(jìn)行加固處理，減少了加固量和加固周期。 加固構(gòu)件范圍對比詳見（表4）。

表4 加固構(gòu)件對比表

3 結(jié)語

隨著城鎮(zhèn)化不斷推進(jìn)，城市建筑不斷向城市外圍擴展，既有公共建筑的改造需求不斷增大。 本文以重慶地區(qū)已完成的實際項目為案例，討論了既有公共建筑改造中建筑功能、結(jié)構(gòu)加固的改造思路和要點。 通過對結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在實際案例中的應(yīng)用的介紹，進(jìn)一步說明加固改造技術(shù)可滿足既有建筑改變使用功能的安全性，且成本較低，可實現(xiàn)資源節(jié)約。 總之，既有公共建筑改造意義重大，對合理規(guī)劃城市整體布局、打造城市幸福生活具有重要作用。