历史建筑功能改善与再利用实例

2022-09-21刘思奇

工程质量 2022年8期

刘思奇，于虹

（北京大学基建工程部，北京 100871）

0 引言

历史建筑见证了时代变迁，镌刻着城市记忆，具有鲜明的地方特色，已经成为文物古迹之后又一个重点保护门类。然而与文物古迹保护“以保为主”的传统方式不同，历史建筑的保护更加强调发掘建筑的可利用价值，发挥自身的使用功能，赋予其新的使命，让历史建筑融入城市的发展，同时保留其原有风貌［1］。

1937 年美国学者提出了“适用性再利用”的概念，即对既有建筑进行改造以适应新的用途及使用方式［2］，这一理念被广泛应用于国内外的历史建筑保护工作中，然而如北大红楼、上海展览中心等多数公共建筑多是对建筑进行结构加固和现代化装修［3］，并未对建筑内部的布局设计与建筑结构进行调整。因此，当历史建筑被赋予新的使用功能时，如何做出相应的调整和改善，以满足功能需求是实现历史建筑再利用所要面临的关键问题。

本文以北京大学 19～21 楼室内改造工程为例，总结了历史建筑功能转换过程中所面临的困难及应对办法，讨论了针对建筑布局调整、结构变动、功能改善等方面的设计方案与施工方法，为历史建筑再利用改造提供了参考。

1 工程概况

北京大学 19～21 楼建成于 20 世纪 50 年代，位于北京大学校本部南端，总建筑面积 4 485.8 m2，3 座建筑的结构形式、设计布局一致，为地上 3 层的砖混结构、水泥瓦坡屋顶建筑，主要承重结构由内外砖墙、预制槽型楼板组成，于 2 0 世纪 80 年代进行了整体抗震加固工作，2019 年被评为历史建筑，此前 19～21 楼一直作为教职工宿舍使用。

2 改造目的与原则

由于校园规划的改变及教学科研工作的需要等因素，同时出于为了更好地保护历史建筑的考虑，学校决定将 19～21 楼的使用功能调整为办公楼，提供给博士后、访问学者等作为办公、开研讨会的地点。3 座建筑的结构形式、建筑面积及各楼层的布局基本一致，因此本文以 19 楼的 3 层为例，介绍本工程的改造方法与施工工艺，原平面布置图如图 1 所示。

图1 改造前平面图

建筑原布局每个房间面积为 10 m2左右，按可容纳 3 人考虑，满足办公室对于使用面积的需求，但对于新增讨论室的功能来说面积显然是不够的，因此需要重新规划建筑布局，通过调整和重塑其功能空间分布以适应新的使用需求，这种改造方式可以发掘历史建筑的潜在价值，相较于维持建筑原状是一种更加积极的保护方式［4］。除此之外，本次改造还进行了现代化装修，改善建筑节能、防水、疏散等功能，在提升使用舒适性的同时，还须令其满足相关规范的要求。

3 布局调整及相应结构变动

3.1 消防疏散及安全出口调整

近些年来，随着防火、灭火工作科学性的提升，以及有关部门大力治理火灾隐患的背景下，我国在防治火灾方面取得了巨大的成功，然而每年火灾造成的人员伤亡和经济损失仍排在各种灾难、事故的前列［5］，因此建筑内的消防安全的重要性不言而喻。历史建筑建成年代早，由于历史的局限性，设计时普遍缺乏消防方面的考虑，但随着用电负荷的增加和整个社会对消防安全问题重视程度的增加，建筑的布局和功能满足消防相关规范要求已经成为了其投入使用的必要条件。使历史建筑满足当代消防规范要求也成了改造的重要环节。

19～21 楼年代久远，没有成体系的建筑防火与消防安全设计，不符合现今的相关规范和使用要求。参照现今的相关规范和使用要求，19～21 楼建筑耐火等级为三级，每层需要设置两个安全出口，对于 2、3 层来讲即两部楼梯，建筑内的疏散门的净宽度不得＜0.9 m，且直通疏散走道的房间疏散门到安全出口的直线距离不能＞18 m［6］，因此将 19 楼 3 层的平面布局调整为图 2 所示。由于平面图最右端的两个房间疏散门距安全出口超过 18 m，采取封堵原房门洞口，改为相邻房间连通的方式，组合为一个套间，并共用一个疏散门。通过这样的布局调整，使该套间的疏散门距安全出口的距离为 17.83 m，满足了规范的要求。

图2 改造后平面图

改造前门洞宽度不满足防火设计要求，因此本次改造过程中将门洞宽度扩至 1 m，为增强开洞薄弱处的承载力，在每个洞口上方增设钢筋混凝土过梁，支撑洞口上部砌体传导下来的竖向荷载。梁宽与墙体厚度一致，高度为 180 mm，两端伸入墙体 250 mm。现场施工情况如图 3 所示。

图3 扩门洞与过梁施工

原建筑每层只有一部楼梯，不满足消防疏散要求，增设楼梯需要将原楼板开洞，但这必然会对整个建筑的结构体系和平面布置造成一定影响，因此开洞的位置和尺寸的确定是关键事项。有相关研究表明，当对楼板开洞面积不大于整个楼层面积的 15 % 时，楼板的局部开洞对建筑整体的受力情况及抗震性能影响不大，不需要相关的结构鉴定，且在建筑的角部开洞对整体造成的影响最小［7］。因此本次改造楼板开洞选在平面图中左上方的角部位置，为不影响其他房间使用及满足楼梯疏散宽度的要求，将原位置的整个房间楼板开洞，开洞面积占楼层面积的 2.36 %，对原结构体系影响不大。

新增楼梯的构造简单且施工的难度不大，需要注意的关键要点是新增构件与原结构的连接。本工程采用在楼梯梁、楼梯休息平台与砖墙连接处开槽并植入钢筋，分别与楼梯梁、休息平台的受力钢筋相连，用混凝土浇筑成整体。楼梯梁嵌入砖墙的深度为 250 mm，休息平台受力方向一端与楼梯梁相连，其他 3 个方向嵌入墙体，为增加楼梯与墙面的连接强度，每间隔 1 m 开凿一个梯形销键，嵌入墙体深度 200 mm，具体形式如图 4 所示。

图4 新增楼梯情况及连接工艺（单位：mm）

3.2 讨论室改造

砌体结构砖墙承重的特点使建筑的平面布局不灵活，使得原房间的空间较小，无法满足讨论室需要大空间的要求。本次改造需要在每层的相同位置选取两个房间，拆除中间的墙体，将两个房间合并为讨论室。

两个房间中间的承重墙被拆除，导致建筑局部的荷载的传导体系受到了破坏，加之功能的转变导致楼面荷载加大，单纯用一道钢筋混凝土梁替换原来的墙体承重的方式仅能恢复荷载的传导，但会使梁端固定位置的墙体荷载增加过多，且无法解决原楼板承载力不足的问题。因此本工程拆除讨论室原楼板，增设现浇钢筋混凝土楼板及两道梁，具体情况如图 5 所示。

图5 讨论室梁板布置图

楼板拆除按照从上到下的顺序进行，拆除本层楼板和砖墙前，应将其所承担的全部结构和荷载卸除，并在下一楼层对应房间内安装满堂红脚手架，对楼板形成稳固的支撑后方可开始拆除。拆除完成后，沿讨论室横纵中线方向布置两道钢筋混凝土梁，深入墙体深度 200 mm。梁身自重及拆除墙体承担的竖向荷载由讨论室四周墙体承担，经计算仍满足承载力要求，但由于梁截面宽度较小，其与墙体连接部位容易发生应力集中现场，从而导致墙体破坏。为解决应力集中问题，增设钢筋混凝土梁垫充当支座，以起到分散应力的作用，具体构造如图 6 所示。新增楼板与墙体的连接方式与上文提到的楼梯板一致。

图6 新增钢筋混凝土梁支座构造（单位：mm）

4 功能改善工作

19～21 楼自 20 世纪 50 年代建成后，一直作为教职工宿舍使用，未曾进行过大规模的功能性改造，如今随着时代的进步、社会的发展，人们对建筑的功能性和使用舒适性都有了更高要求，且其使用功能调整为办公楼，因此使建筑符合现代办公需求的功能性改造势在必行。

传统的筒瓦坡屋面是 19～21 楼的特色之一，本次修缮将屋面檩条之上的部分换新，依旧使用传统屋面苫背工艺，虽然瓦屋面的技术成熟、施工难度小，但瓦片之间的搭接位置较难做到严丝合缝，水从缝隙中流入造成漏水的情况时有发生，从而影响建筑寿命。为解决传统屋面防水性不足的缺点，本工程在屋面第一层护板灰之上增设一道涂抹防水层，以加强屋面的防水能力，防水层固化后继续进行苫泥背等其他工序，施工情况如图 7 所示。本次改造在保持传统工艺的同时，引入现代施工工艺，不仅保留了历史建筑的原本风貌，并且令其功能性增强。

图7 屋面防水施工

建筑楼板均为小块预制板拼接而成，由于长年温度应力和干缩作用等因素，板间接缝处的灌缝材料有开裂的现象［8，9］，经检测机构鉴定满足承载力、耐久性等相关要求，但对于有防水要求的房间会发生渗漏的问题。本次改造将涉及到用水的卫生间和盥洗室的预制板拆除，全部更换为现浇钢筋混凝土楼板，以保证房间的防水功能。

原建筑外门及窗框均使用木制材料，经历多年风雨侵蚀后老化严重，需要全部更换。木制门窗的耐久性、气密性、保温性能不好，长时间使用容易变形，不利于节能，我国冬季供暖的地区用在供暖上的能源消耗巨大，其中空气渗透耗能占能源消耗的三分之一以上［10］。因此为提升建筑的节能型，本次修缮将外门窗全部更换为断桥铝材质的门窗，样式与颜色与之前保持一致。同时更换楼内采暖系统并作管道保温，为每间办公室增设多联机空调系统，为卫生间、配电室新增机械排风系统。砖混结构建筑本身具有较好的节能保温性能，本工程在围护结构能保证气密性的前提下，更换采暖系统和增加空调系统，令使用体验感得到极大提升。