历史建筑群“热水瓶换胆”改造中的外墙支护体系研究

张 敏

上海建工二建集团有限公司 上海 200080

2019年11月，习近平总书记视察上海杨浦区滨江公共空间时强调：“文化是城市的灵魂。城市历史文化遗存是前人智慧的积淀，是城市内涵、品质、特色的重要标志。要妥善处理好保护和发展的关系，注重延续城市历史文脉，像对待‘老人’一样尊重和善待城市中的老建筑，保留城市历史文化记忆，让人们记得住历史、记得住乡愁，坚定文化自信，增强家国情怀[1]。”城市中的历史建筑是社会经济文化发展的见证者，保有时代记忆。但由于历史建筑建造年代较远，建筑功能无法满足当代的使用需求，常常需要改造更新。针对历史建筑的改造通常是两方面的，一方面提升建筑自身的承载力与抗震能力，另一方面则是改善建筑功能和内部空间[2-3]。

历史保护建筑改造中，具有独特建筑风格的保留外墙往往是改造的重点和难点。2012年，上海益丰洋行的改扩建工程对建筑外立面进行保留，对内部结构进行置换并改建，徐杨斌等[4]通过在保留外墙内侧施工厚100 mm的钢筋混凝土内衬墙对外墙进行加固，为防止一次性浇筑对墙体损伤较大，采用多次浇筑的方法，效果良好，但该文未提及外墙在内部结构置换过程中如何支护。2013年，在哈尔滨第八百货商店改造工程中，孙绪杰等[5]通过控制建筑物各层木楼板、木梁的拆除顺序，利用既有结构作为保留墙体的临时支撑，内部结构的拆除和新建从下往上交替进行，从而保证了保留外墙在施工过程中的安全，形成自支撑的施工方法。2017年，上海静安区一民国时期优秀历史建筑改造，该建筑保留英式风格的外立面，在外墙内侧使用厚50 mm钢筋混凝土面层进行加固处理，为保证施工质量，混凝土采用喷射工艺，该项目未对内部结构进行置换，仅做加固处理[6]。现有研究多集中在研究保留外墙的加固方法，关于拆除内部结构后如何对外墙体进行支撑保护的研究较少。

2021年8月，住建部发布了《关于实施城市更新行动中防止大拆大建问题的通知》。在历史建筑改造过程中如何寻求保护与改造之间的平衡，是城市更新的关键问题。在此背景下，历史建筑的“热水瓶换胆”改造方式是一种比较好的解决方案。该方法通过保留历史建筑的外墙、对内部结构进行整体置换，内部新建结构与保留外墙重新连接成为整体，即可在保存建筑原有外观风貌的前提下完成内部结构的功能改造升级。

本文以上海市南京东路179号街坊历史建筑群改造工程为背景，不同于常规的改造工程，本工程对原有建筑内部结构进行置换改造，改造过程中保留的单片外墙保护难度大。本文研究探讨了3种历史建筑“热水瓶换胆”改造时的外墙临时支护体系。

1 工程概况

南京东路179号街坊位于外滩国家级历史风貌区，地处南京东路与江西中路交会处（图1），内部包括中央商场、华侨大楼、新康大楼和美伦大楼等4组上海市优秀历史建筑。这些建筑均建于1910～1930年间。

图1 南京东路179号街坊内部建筑分布

南京东路179号街坊内的历史建筑群整体呈现新古典主义欧陆风格，外墙精致美观，形成了外滩“第二立面”的独特风貌。经勘察发现，街坊内的历史建筑存在倾斜和老化等问题，且建筑功能已不能满足现代社会的使用需求。为了使老建筑在新时代重焕生机，上海外滩投资开发集团决定按照“重现风貌，重塑功能”的原则，对南京东路179号街坊进行保护性改造。依照改造原则，最终决定保留具有历史艺术价值的外墙以保持沿街立面原有风貌不变，同时对内部结构进行整体置换，从而赋予老建筑新的功能。

这种保留建筑外立面、内部结构置换的改造方式重点在于保留外墙如何支护的问题，必须确保单片保留外墙在整个施工期间不发生损伤。由于历史建筑往往存在不同程度的倾斜和结构老化等问题，因此应针对建筑物进行详细分析后确定外墙的支护方法。

由于南京东路179号街坊中每组历史建筑的情况和改造需求各不相同，改造过程中保留外墙临时支护体系的设计思路也独具特色。下文将针对各类支护体系的设计思路和工艺流程进行探讨。

2 中央商场外墙支护体系

2.1 建筑概况及改造需求

中央商场始建于1929年，原为4层钢筋混凝土框架结构，后加建至6层，加建部分为混合结构。房屋质量检测结果表明中央商场建筑未发生明显倾斜，各结构构件的截面尺寸和配筋与设计图纸基本相符，但部分梁板柱有不同程度的露筋与锈蚀。

中央商场改造需保持外墙历史风貌不变，对加建层进行拆除，对内部结构进行置换。

2.2 支护体系设计

中央商场为钢筋混凝土框架结构，保留外墙由框架梁柱与墙体共同组成，建筑基本未发生倾斜，保留墙体垂直度较好，保留墙体高度为15 m，初步验算表明，保留墙体自身具备良好的抵抗侧向荷载（抗侧）的能力。

在保留外墙支护体系设计中，考虑利用保留外墙良好的抗侧能力。由于外墙中框架结构与填充墙体的整体性较弱，因此对保留墙体内表面使用混凝土面层进行加固。一方面提高保留外墙的整体性，另一方面在混凝土面层与楼板和梁的位置处预留钢筋，便于后面新建结构与保留外墙进行连接。为了减小保留墙体在施工过程中的差异沉降，对四面墙体进行基础托换，考虑到整体托换不均匀沉降的风险较大，因此分段进行托换，墙体对称位置可同时进行托换。由于中央商场四面保留墙体大致呈正方形，墙角处容易出现应力集中而产生破坏变形，因此在墙角处设置支撑，沿不同高度布置多层角支撑，以提高墙体转角处的变形能力。

2.3 支护体系工艺流程

根据中央商场确定的支护体系为自承重式外墙支护体系，该支护体系的工艺流程为：对保留墙体进行基础托换→保留墙体内表面使用混凝土面层加固→保留外墙转角处设置临时钢支撑→内部结构拆除→内部结构新建并与保留外墙连接→拆除临时钢支撑。

自承重式外墙支护体系主要依靠墙体自身良好的抗侧能力，形式较简单，支护构件较少。外墙支护结构对建筑内部结构的拆除与新建施工影响较小，是一种比较经济的支护体系。该支护体系适合于保留墙体高度较低且墙体具有良好抗侧能力的历史建筑。

3 华侨大楼外墙支护体系

3.1 建筑概况及改造需求

华侨大楼始建于1924年，原结构为9层钢筋混凝土框架结构，南北长38.1 m，东西长19.1 m，保留墙体最大高度为27.6 m。华侨大楼改造需求为保留四周外墙历史风貌，拆除加建部分及内部钢筋混凝土结构，内部新建钢框架结构。

3.2 支护体系设计

华侨大楼保留外墙为竖向平面框架结构，外墙自身承载力较好。然而，由于华侨大楼保留墙体较高，计算表明，如果仅对外墙内表面进行混凝土面层加固，墙体稳定性依然较差，外墙顶部变形不满足规范要求。因此，考虑在建筑内部保留外墙的梁柱部位设置水平支撑，沿不同高度布置，以提高保留外墙的抗侧能力。但由于华侨大楼双向跨度较大，考虑到内部施工操作空间和便利性问题，决定在建筑内部设置钢结构临时核心筒（图2）。核心筒的水平抗侧能力较强，保留外墙通过水平钢支撑与核心筒相连接，可将保留外墙的水平荷载通过水平支撑传递到核心筒上，从而保证保留外墙的稳固性。

图2 华侨大楼外墙支护结构

3.3 支护体系工艺流程

根据华侨大楼确定的支护体系为核心筒＋钢支撑支护体系，该支护体系的工艺流程为：对保留墙体进行基础托换→保留墙体内表面使用混凝土面层加固→老建筑楼板局部开洞安装核心筒→安装核心筒与保留外墙之间的水平支撑→拆除原钢筋混凝土结构，新建内部结构→先后拆除临时钢支撑与核心筒→核心筒位置处楼板洞口补全。

核心筒＋钢支撑支护体系依靠钢支撑将保留墙体的荷载传递至核心筒上，保留墙体与核心筒共同承担水平荷载，该体系荷载传递路径简单明确，需要保留墙体具备一定的抗侧能力。由于建筑楼层间布置了钢支撑，该支护体系对内部结构的拆除与新建施工有一定程度的影响。该支护体系适合于保留墙体高度较高且墙体具有良好抗侧能力的历史建筑。

4 新康大楼外墙支护体系

4.1 建筑概况及改造需求

新康大楼最初设计为6层混凝土框架结构，后加建至9层，外墙采用钢筋混凝土墙。大楼基本呈矩形，南北长53.05 m，东西长21.44 m，保留墙体最大高度为24 m。房屋质量检测结果表明，新康大楼混凝土强度离散性较大，构件配筋少于原设计要求，且大楼在东西和南北两个方向均存在不同程度的倾斜。

新康大楼改造的需求为保留三面沿街外墙、拆除并置换内部结构，并在其正下方逆作开发5层地下室。新康大楼的工况最为复杂，且建筑自身质量较差，外墙保护难度最大。

4.2 支护体系设计

由于新康大楼仅保留沿街三面外墙，且保留外墙存在倾斜和损伤较为严重的问题，由三面外墙组成的结构体系非常不稳定，无法单独自立。因此，首先考虑在保留外墙的两侧使用型钢组成的钢框架进行包裹，保留墙体被固定在两侧钢框架内，以提高墙体的临时刚度和承载力，并通过加设钢结构临时核心筒和钢桁架，形成四面稳定的支撑体系。此外，为减小保留外墙在施工过程中的差异沉降，对墙体实施了基础托换，由于墙体较长，因此采用对称分段的方法进行基础托换。

由于新康大楼下方需要逆作开发5层地下室，需要在保留外墙的内部留出足够的空间进行桩基和地下连续墙施工。因此，新康大楼采用了便于安装与拆卸的钢桁架水平支撑，提高了内部施工空间的灵活性（图3）。

图3 新康大楼外墙支护结构

4.3 支护体系工艺流程

根据新康大楼确定的支护体系为外墙钢框架＋核心筒＋钢桁架支撑支护体系，该支护体系的工艺流程为：对保留墙体进行基础托换→施工保留墙体两侧的钢架，施工钢结构临时核心筒→通过钢桁架支撑将核心筒与外墙钢框架进行连接→拆除原钢筋混凝土结构，新建内部结构→外墙钢架拆除工作与外墙和新建结构连接工作从上往下交替进行→拆除钢桁架支撑、核心筒。

外墙钢框架＋核心筒＋钢桁架支撑支护体系依靠外墙钢框架将保留外墙包裹住，通过钢桁架支撑将钢框架与核心筒相连，外墙的水平荷载由钢框架与核心筒共同承担，该体系荷载传递路径明确。由于需要在保留外墙两边布置钢框架，故该体系的施工难度较大，且建筑内部钢框架与钢桁架支撑对建筑内部结构拆除和新建有一定程度的影响。该体系适合于保留墙体较高且承载能力较差的历史建筑，也适合于非四面墙体均保留的历史建筑。

5 美伦大楼外墙支护体系

美伦大楼包括了美伦北楼、美伦西楼和美伦南楼。美伦北楼仅对原结构进行加固处理，美伦西楼的支护体系与中央商场类似，美伦南楼最为复杂，仅保留南侧和西侧两面墙体，墙体高度为24.2 m[7]。

由于美伦北楼只进行加固处理，因此可将美伦北楼视为核心筒，其余墙体的水平荷载最终由美伦北楼承担。美伦南楼南侧墙体为框架结构，房屋质量检测结果表明该墙体存在较多薄弱位置且墙体高度较高，与新康大楼保留外墙的情况类似，因此考虑对南侧墙体两侧使用钢框架进行包裹。由于美伦南楼南侧墙体距离美伦北楼较远，因此考虑通过钢结构核心筒和平面钢桁架支撑与美伦北楼进行水平连接。美伦南楼西侧墙体为钢筋混凝土墙，承载力较好，可充分利用墙体自身承载能力，仅在转角处沿不同高度设置水平支撑。西侧墙体的另一侧同样通过核心筒与水平钢桁架与美伦北楼进行连接。美伦南楼所有保留墙体的水平荷载最终全部传递到美伦北楼[8]。

美伦南楼外墙支护体系可视为自承重式支护体系与外墙钢框架＋核心筒＋钢桁架支撑支护体系的组合应用。

6 结语

本文对上海市南京东路179号街坊中的4组历史保护建筑改造概况进行了介绍，通过对每组建筑改造前概况和改造需求进行分析，阐述了每组建筑外墙支护体系的设计过程，分别形成自承重式外墙支护体系、核心筒＋钢支撑支护体系和外墙钢框架＋核心筒＋钢桁架支撑支护体系3种支护体系，并对各支护体系的工艺流程进行总结。以上3种支护体系既可以单独使用，又可以根据实际工程灵活组合应用。

本工程于2021年顺利完工，监测数据显示，施工过程中外墙的变形和应力均在合理范围内。实践证明3种支护体系在整个施工过程中对保留外墙起到了良好的保护作用，而且支护体系对现场施工的影响很小。

南京东路179号街坊改造项目充分利用了历史建筑地下空间，最大程度地保留了历史建筑的历史人文风貌和时代记忆。通过对历史建筑内部空间进行有机更新改造，升级了建筑功能和使用体验。同时，对街区整体环境和业态进行了改善，打造了多元文化融合的潮流商业街区，为历史建筑群激发了新的商业活力。本项目不仅有效地提高了历史建筑的商业价值，原位开发的5层地下室还缓解了南京路繁华路段停车难的问题。近些年来，随着城市更新热度的逐年递增，越来越多的历史保护建筑将开展保护性改造，此项目为历史保护建筑的改造提供了新思路、新工艺，可供类似工程借鉴。