1、建筑形體空間的改造形式

改造的內(nèi)涵可以按三個(gè)域進(jìn)行劃分，形體空間的改造是其中之一，如圖1[1]。以既有建筑本體作為參考坐標(biāo)，形體空間的改造首先可以劃分為內(nèi)部空間改造和外部空間改造。外部空間改造形式主要有：建筑物向上增層和建筑物向外周邊擴(kuò)展；內(nèi)部空間改造形式主要有：建筑內(nèi)部插層，建筑內(nèi)部新開中庭或邊庭，建筑物地下空間開發(fā)等。

既有建筑往往占據(jù)城市核心地段的土地資源，而增層、插層和向外周邊擴(kuò)展等空間改造都增加了建筑面積，對于節(jié)約土地資源有重要的意義；而建筑物通過新開中庭、邊庭等空間改造，可以大大優(yōu)化建筑內(nèi)部的空間布局，改善建筑物內(nèi)部環(huán)境，從而提升建筑整體的品質(zhì)，此種改造形式通常用在大型商業(yè)建筑中；另外隨著城市軌道交通越來越密集，一些既有建筑需要增設(shè)地下空間以滿足與地鐵站的連接，并且地下車庫的增設(shè)要求也日益增長，這些都在推動(dòng)既有建筑地下空間開發(fā)的蓬勃發(fā)展。

上述改造都是建筑形體空間的大幅度改造，經(jīng)常涉及到結(jié)構(gòu)整體體系的改變，如果處理不當(dāng)，將會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全。作為建筑師，在把握整體改造設(shè)計(jì)方案時(shí)，也要考慮到結(jié)構(gòu)技術(shù)的可行性。以下就幾個(gè)典型的建筑空間改造形式，對相關(guān)的結(jié)構(gòu)改造技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行介紹。

2、建筑物加層——杭州天工藝苑5層+7層改造

加層的主要形式有兩種：外框架加層和直接增層。外框架加層由于需要向建筑外側(cè)擴(kuò)展，對周圍環(huán)境的影響較大，僅適合小體量的房屋增層，并且增加的層數(shù)也很有限，因此，目前加層的形式主要是直接加層。

2.1 改造概況

以杭州天工藝苑為例，該建筑曾經(jīng)作為華東最大的藝術(shù)品商場和工藝品銷售中心（圖2），躋身“杭州十大商場”三甲。其位于杭州核心的解放路商業(yè)區(qū)，距離西湖也只有1.5km。原建筑為地上5層，帶1層地下室，總建筑面積約2.2萬m2。為充分挖掘該樓的品牌價(jià)值和地處核心地段的商業(yè)價(jià)值，業(yè)主擬將原單一功能的商場改造為集工藝品銷售、拍賣、餐飲、旅游、會(huì)展為一體的生活藝術(shù)商場（圖3）。

為滿足建筑新的功能布局，需要大幅度增加建筑面積，結(jié)合現(xiàn)場條件，僅可能進(jìn)行原位加層——從原5層增至12層，增加2萬m2左右的面積。改造后一至五層仍保留商場的使用功能；而新增的六至十一層為餐廳、展示拍賣中心、酒店和私人會(huì)所。

該建筑原結(jié)構(gòu)為抗側(cè)體系較為薄弱的混凝土板柱體系，并且新增層數(shù)比原層數(shù)還多，因此從建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)來說，存在加層結(jié)構(gòu)體系如何選取、整體結(jié)構(gòu)體系如何構(gòu)建、地基基礎(chǔ)和下部結(jié)構(gòu)如何加固等技術(shù)難題。

2.2 改造的結(jié)構(gòu)技術(shù)要點(diǎn)

（1）加層結(jié)構(gòu)體系與整體結(jié)構(gòu)體系

首先需要確定的是，加層結(jié)構(gòu)采用混凝土結(jié)構(gòu)還是鋼結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)體系而言，采用混凝土結(jié)構(gòu)加層與原結(jié)構(gòu)的體系統(tǒng)一，不存在上下體系混合，但這樣加層重量重，大大增加了下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)，在下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)比較薄弱，而加層數(shù)又多的情況下未必適用。采用鋼結(jié)構(gòu)則可以減輕下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)，但又存在上下體系混合的問題。

經(jīng)過綜合比選，加層體系采用了以鋼框架為主的體系，同時(shí)將原結(jié)構(gòu)樓梯、電梯部位的剪力墻筒體向上延伸到加層部位（圖4）。因此，加層結(jié)構(gòu)體系為鋼框架-剪力墻體系，原結(jié)構(gòu)通過對剪力墻進(jìn)行加固，由板柱體系（圖5）改造為板柱-剪力墻體系。

由于剪力墻（圖6）提供了結(jié)構(gòu)主要的抗側(cè)剛度，保證了結(jié)構(gòu)在加層上下剛度比較一致，上下體系混合帶來的問題得以解決。由于采用了鋼結(jié)構(gòu)，雖然建筑面積接近翻倍，但結(jié)構(gòu)總重僅增加了50%左右；同時(shí)，鋼框架所占空間較小，有利于增加營業(yè)面積。

（2）增層結(jié)構(gòu)與既有結(jié)構(gòu)的連接

加層最關(guān)鍵的問題之一就是加層部分能夠在原結(jié)構(gòu)上很好地“生根”。一些加層改造，新增柱、墻可以直接在原屋頂層上進(jìn)行錨固，但是對本項(xiàng)目而言，加層層數(shù)多，上下體系又混合，因此需要設(shè)置過渡層，如圖4。該過渡層為原結(jié)構(gòu)頂層拆除后，將新增鋼柱在該層錨固，同時(shí)將下部結(jié)構(gòu)混凝土延伸到該層，從而形成型鋼混凝土柱的過渡層。

（3）基礎(chǔ)加固

對于年代比較久的結(jié)構(gòu)（如達(dá)到20年），可以考慮適當(dāng)提高原地基承載力。如果加層層數(shù)較少時(shí)，對基礎(chǔ)影響不大，可以避免基礎(chǔ)加固。但本項(xiàng)目加層層數(shù)較多，加之地基為軟土地質(zhì)，原結(jié)構(gòu)采用的是短樁基礎(chǔ)，因此基礎(chǔ)必須進(jìn)行加固，常規(guī)加固方法為采用錨桿靜壓樁進(jìn)行補(bǔ)樁。對于既有建筑，補(bǔ)樁施工需要在室內(nèi)進(jìn)行，常規(guī)的大型樁機(jī)是無法施工的，而采用錨桿靜壓樁加固，地下室凈高在3m左右就可以操作了，對現(xiàn)場環(huán)境影響也小。

（4）構(gòu)件加固

加層改造帶來的不僅是結(jié)構(gòu)體系的改變，有些結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力情況也發(fā)生了改變，需要對構(gòu)件進(jìn)行加固，主要加固方式有加大截面、碳纖維加固、包鋼加固等。加固方法的選擇一是要看構(gòu)件承載力相差的幅度，相差幅度大的構(gòu)件需要考慮加大截面加固；反之優(yōu)先采用包鋼/粘鋼加固或碳纖維加固，這樣對構(gòu)件尺寸影響比較小。

3、建筑物插層——世博E地塊廠房插層改造為辦公

3.1 改造概況

世博E地塊位于世博國際村內(nèi)，是在原港口機(jī)械制造廠金加工車間原址進(jìn)行改建，改建后主要使用功能為商業(yè)、餐飲、會(huì)議用房。原結(jié)構(gòu)為單層排架結(jié)構(gòu)（圖7），改建后為3層綜合樓（圖8）。通過這樣的改造，避免了原廠房的拆除，保留了工業(yè)遺址的風(fēng)貌，同時(shí)也增加了使用面積，充分體現(xiàn)了“綠色世博”的理念（圖9，10）。

對原廠房內(nèi)部進(jìn)行插層改造需要重點(diǎn)考慮兩個(gè)問題：
1）插層結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的關(guān)系處理；
2）在保持原廠房風(fēng)貌的情況下，如何提升原廠房結(jié)構(gòu)的安全度。

3. 2 改造的結(jié)構(gòu)技術(shù)要點(diǎn)

插層結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的連接關(guān)系處理有兩種思路。

思路一：兩者脫開為兩個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)（圖11）。新增插層結(jié)構(gòu)通常采用獨(dú)立的框架結(jié)構(gòu)，與原廠房排架不連接。這樣的方式有助于保持原廠房的風(fēng)貌，避免較為復(fù)雜的連接構(gòu)造，但也帶來邊跨布置不靈活（邊跨一般需要懸挑，導(dǎo)致跨度受限，空間布置不靈活）、分隔縫不便處理等困難，原廠房排架結(jié)構(gòu)整體性較弱的問題也沒有得到改善。

思路二：新增插層結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)連接成整體（圖12）。新增插層結(jié)構(gòu)仍一般采用框架結(jié)構(gòu)，其邊跨與排架柱相接。這樣的方式有助于提升整體結(jié)構(gòu)的整體性，邊跨布置也相對靈活，避免了分隔縫處理困難，但也會(huì)使結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造較為復(fù)雜，對廠房風(fēng)貌也有一定的影響。

該項(xiàng)目綜合權(quán)衡各種因素后采用了第二種連接策略，并重點(diǎn)對原鋼桁架屋面進(jìn)行了處理。首先將原混凝土槽型屋面板替換為輕質(zhì)屋面，減輕了荷重，另外對原屋架重新進(jìn)行了防腐處理，對受損嚴(yán)重的構(gòu)件進(jìn)行了更換，對受損節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了加固。這樣既保證了屋架的安全和后續(xù)長期使用，也基本保持了原有廠房的風(fēng)貌。

4、建筑物新開中庭——金鷹國際上海店

金鷹國際上海店屬于新開中庭的典型案例。該大型商場總面積約4萬m2，共9層。其中在建筑中部擬新開2×2跨的中庭，中庭位于一至六層，七至九層保留原狀（圖13~15）。

新開中庭需要對改造后整體結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行可靠性鑒定和抗震安全性鑒定，對安全性不足的構(gòu)件進(jìn)行加固處理。但最大的難點(diǎn)還是在于托梁抽柱的設(shè)計(jì)和施工。托梁抽柱主要有兩種策略：一種是先抽柱（需做臨時(shí)支撐），后進(jìn)行托換；另一種是先做托換（無需臨時(shí)支撐），再進(jìn)行抽柱。第一種策略危險(xiǎn)性較大，但托換較為簡單；第二種施工安全性較好，但托換的構(gòu)造復(fù)雜。因?yàn)楸竟こ淘谕袚Q施工過程中還要正常營業(yè)，因此考慮采用第二種策略。而托換的做法采用鋼桁架轉(zhuǎn)換和鋼-混凝土組合梁轉(zhuǎn)換相結(jié)合的方案，解決了構(gòu)造連接復(fù)雜的問題。另外，在施工過程中進(jìn)行了監(jiān)控，保證了抽柱施工過程的可控性。

5、結(jié)語

既有建筑的形體空間改造往往涉及到結(jié)構(gòu)體系的改變，需要建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)通力配合、緊密協(xié)作。該過程中需要建筑師對結(jié)構(gòu)改造方案和技術(shù)要點(diǎn)有概念性的理解，從而有助于開拓思路，更好地把控改造設(shè)計(jì)的全局。

作者簡介

陳明中，博士后，中國綠色建筑與節(jié)能專業(yè)委員會(huì)委員，上海市工程改造與維護(hù)專業(yè)委員會(huì)常務(wù)副主任，上海維固工程實(shí)業(yè)有限公司總經(jīng)理。本科至博士就讀于浙江大學(xué)，博士后期間于同濟(jì)大學(xué)從事研究，曾任教于上海交通大學(xué)。

主要參與的改造項(xiàng)目有：上海東方飯店、上海明悅飯店、上海廣場、世博場館、天工藝苑、蘇州第一百貨、南京新百等。