既有公共建筑功能與結構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 中煤科工重慶設計研究院（集團）有限公司，重慶 400016； 2 重慶恒昇大業建筑設計有限公司，重慶 401120）

0 引言

隨著城鎮化、工業化的快速發展，城市中普遍面臨基礎設施不足、公共服務滯后的問題，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展需要，進而影響到城市規劃和產業升級的成片舊工業區。 同時，也存在建成區中對城市整體格局影響不大，但現狀用地功能與周邊發展存在矛盾、用地效率低、人居環境差的地塊。 對這些區域既有建筑進行改造，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造成的能源浪費，使城市的整體建設規劃更加合理。 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，著重從建筑功能、結構改造技術兩個方面對既有公共建筑改造要點進行了分析。

1 建筑功能改造分析

以可持續理念為衡量和指導改造策略的準則， 能夠使環境、經濟、社會三方面共贏[1]。 這要求建筑師在改造設計中，應以延續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，根據不同既有建筑的類型和所處環境，選擇最適宜的改造手法，從而最有效地進行改造實施。 面對越來越多亟需改造的既有建筑，要貼合當前城市發展的實際需求，明確改造目標，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，建筑功能改造的關注要點。

1.1 榮昌區榮隆鎮、銅鼓鎮、河包鎮等中心小學樓——改造為幼兒園

隨著近幾年城鎮化的快速推進， 部分偏遠鄉鎮生源逐漸減少，導致部分教學樓閑置。 鑒于此，重慶市榮昌區教委整合教育建筑資源，將部分閑置教學樓擬改造為幼兒園。 同為教學樓，使用功能未改變，且原有教學樓改造為幼兒園，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。 榮昌區教學樓改造情況詳見表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到90%以上，實現了變廢為寶、資源節約。

表1 榮昌區教學樓改造情況表

1.2 魁星樓——改造為醫院門診大樓

重慶醫科大學附屬第二醫院位于重慶市渝中區解放碑臨江門區域，始建于1892 年。 重慶直轄以來，渝中區人口呈直線型增長，解放碑區域尤為突出，患病就醫人員越來越多，原有的重慶醫科大學附屬第二醫院醫用空間已遠遠不能滿足病患需求，而周邊也沒有多余的土地資源可用于醫院辦公樓建設。 魁星樓作為毗鄰醫院的一棟9 層閑置商業辦公樓，用作醫院臨時周轉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為一體的商業綜合體（圖1）。該項目位于重慶市渝北區金山片區，總建筑面積約37493m2。由于商家經營管理問題，建筑實際使用率不足20%，且僅作為室內停車場使用，建筑利用價值低，其余區域長期處于閑置狀態。 從項目的地理位置而言，其交通便利，人流來源穩定，地面廣場植被茂盛，具有與下沉式廣場相結合的優勢。 從建筑自身利用價值而言，可通過增設鮮明的引導性路口，將廣場改造為具有地標性的城市運動文娛綜合體，集地面運動廣場、地下文娛商業為一體，發揮該建筑的最大價值，實現土地資源的再利用。

圖1 東原金山廣場現狀圖

2 結構加固技術介紹

2.1 結構加固原則

既有建筑改造，大多伴隨著結構加固的情況。 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） 在結構安全方面，需保證加固后的結構主體安全性滿足現行國家規范要求，宜避免破壞原有受力體系或將其改造為不利受力體系。

（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，對加固方案進行反復論證，緊密結合項目特殊性質，選擇針對性措施以保證結構的安全度，以較小的加固工作量來達到改造的目的，避免對原有構件進行大規模加固。

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

2.2 結構加固設計理念

在既有建筑的結構加固實踐中， 通常會保留原有結構體系，通過加固結構構件的方式來提高構件的承載能力，以求達到提高結構整體的抗震能力。 但實際大多改造項目中，盲目對原有承載不足的構件進行加固，容易顧此失彼，導致部分區域形成弱柱強梁、弱構件強節點等違背抗震設計原則的情況發生。 加固后的結構構件剛度變化，抗側豎向剛度和平面剛度不協調、不均勻等[2]，導致薄弱層轉移，整體結構加固量增大。

（1） 加固思路方面。 在結構的改造加固實踐中，應先從結構整體出發，再對局部構件進行加固。 加固思路的選取與結構抗震性能構件的選取思路一致，影響結構整體性能的關鍵構件（豎向抗側構件）應優先重視，一般構件和耗能構件作為次要考慮，從而達到在保留原有結構主體的情況下，控制結構整體的加固范圍和工作量的目的。

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

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

實際改造項目中，改造建筑存在平面或豎向不規則或新老規范更替出現的結構超限，或者基本抗震構造不足等情況，結構加固難度大，且加固工作范圍廣。 鑒于此，可根據具體項目情況，對結構關鍵構件和耗能構件、次要構件提出符合實際情況的性能目標要求，提高結構或關鍵部位的抗震安全性，以此達到整體結構加固的目的。

2.3 案例分析

2.3.1 魁星樓改造工程——取消抗震縫，改變結構體系+增設鋼支撐

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

圖2 魁星樓平面結構布置圖

2.3.2 萬州醫藥產業園醫用辦公樓——增設隔震層

萬州醫藥產業園位于重慶市萬州區，共計22 棟樓，原設計功能為庫房。 應業主要求，擬將少數樓棟改造為醫院，抗震等級提高一度。 考慮該項目為按照現行規范設計的建筑，且剛竣工，施工及驗收均滿足現行規范要求， 故結構加固方式為在基頂增設隔震層，以此來消耗地震力，達到減震的效果。 該項目加固工作僅為底部增設隔震支座，上部結構均保持不變，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構，該建筑原設計時間距今約15 年， 由于規范的變更， 結構抗震構造要求等相應提高，柱子構造配筋均不滿足現行規范要求，結構加固范圍廣。 鑒于此，在加固計算方式上，結合項目實際情況，選擇符合項目自身的抗震性能目標，對中柱進行針對性的抗震性能化分析[6]。 分析結果顯示，大部分構造不足的中柱滿足性能目標，可不進行加固處理，減少了加固量和加固周期。 加固構件范圍對比詳見（表4）。

表4 加固構件對比表

3 結語

隨著城鎮化不斷推進，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、結構加固的改造思路和要點。 通過對結構加固技術在實際案例中的應用的介紹，進一步說明加固改造技術可滿足既有建筑改變使用功能的安全性，且成本較低，可實現資源節約。 總之，既有公共建筑改造意義重大，對合理規劃城市整體布局、打造城市幸福生活具有重要作用。