磚混歷史建筑的保護(hù)與改造

孫緒杰,劉 偉,王微微,王鳳來

(1.黑龍江工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150090)

磚混歷史建筑的保護(hù)與改造

孫緒杰1,劉 偉1,王微微1,王鳳來2

(1.黑龍江工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150090)

針對(duì)歷史建筑在城市改造中面臨的問題，闡述歷史建筑保護(hù)的重要性，結(jié)合不同要求的改造問題，基于分類處理的思想，對(duì)其中僅需內(nèi)部改造的情況，將柱作視覺上的“弱化”和結(jié)構(gòu)整體上的“強(qiáng)化”，梁則突出其獨(dú)立承載及與既有磚墻的連接，使得改造后的建筑整體性能及抗震性能得到增強(qiáng)；對(duì)外部改擴(kuò)建的情況，突出施工中既有結(jié)構(gòu)的安全，推薦先施工新建結(jié)構(gòu)，后拆除既有墻體的做法。對(duì)這兩種情況都結(jié)合具體的工程實(shí)踐給出詳細(xì)的做法。對(duì)磚混歷史建筑改造中基礎(chǔ)的處理給出墩基礎(chǔ)、組合基礎(chǔ)和懸挑基礎(chǔ)3種方法，并做較詳細(xì)的闡述。

歷史建筑；磚混結(jié)構(gòu)；加固與改造

1 背 景

1.1 歷史建筑保護(hù)的必要性

歷史建筑是人類文明不可缺少的組成部分，是前輩留下的寶貴遺產(chǎn)，世界各國都越來越重視歷史建筑的保護(hù)問題，對(duì)歷史建筑的保護(hù)，投入越來越多的精力[1-2]。我國的歷史建筑保護(hù)工作也得到了更多的共識(shí)，并有了很多實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展[3]。

歐洲各國遺留的古建筑較多，他們?cè)跉v史建筑的保護(hù)方面，走在世界的前列。特別是在經(jīng)歷一些教訓(xùn)后，保護(hù)方法與措施日趨成熟、完善。法國、英國不僅強(qiáng)調(diào)歷史建筑的保護(hù)，甚至提出古建筑保護(hù)區(qū)的概念，即受保護(hù)的是整個(gè)區(qū)域而不僅僅是單體建筑[4]。法國的《保護(hù)歷史古跡法》、《馬爾羅法》就是分別針對(duì)單體及區(qū)域的保護(hù)規(guī)定，英國在2011年新頒布了歷史保護(hù)區(qū)實(shí)踐指南—《重視地方價(jià)值：歷史保護(hù)區(qū)的好實(shí)踐》，對(duì)歷史保護(hù)區(qū)的做法進(jìn)一步做了細(xì)化[5]。意大利在解決古建筑保護(hù)的資金來源時(shí)，除市政撥款外，大部分是靠開發(fā)旅游產(chǎn)業(yè)以及旅游帶動(dòng)的當(dāng)?shù)刭徫?、服?wù)行業(yè)帶來的效益[6]。

我國雖在歷史建筑保護(hù)方面起步晚，但也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，從建國到2005年，確認(rèn)的不可移動(dòng)文物近40余萬處，其中全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位1 271處，國家歷史文化名城101座[7]。然而，我國歷史建筑眾多，保護(hù)任務(wù)繁重，當(dāng)前又面臨發(fā)展經(jīng)濟(jì)的任務(wù)，因此,情況更為復(fù)雜。

1.2 我國在歷史建筑保護(hù)中面臨的難題

1)保護(hù)與發(fā)展的矛盾。我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)近幾十年來迎來高速發(fā)展，在歷史建筑的保護(hù)方面遇到了一些問題。在城市大規(guī)模的舊城改造中，保護(hù)與發(fā)展的矛盾逐漸突出。由于保護(hù)意識(shí)不強(qiáng)，管理不善，利用不當(dāng)造成的歷史建筑破壞事件時(shí)有發(fā)生。在行政手段和市場(chǎng)機(jī)制的影響下，歷史建筑的保護(hù)面臨著巨大的難題[8]。

2)理論研究相對(duì)滯后。歷史建筑的保護(hù)是一門跨文、理、工、管等學(xué)科的工作，我國在保護(hù)學(xué)科體系和研究成果方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，缺乏對(duì)歷史建筑保護(hù)的經(jīng)驗(yàn)與方法，不能在實(shí)踐中進(jìn)行有效的指導(dǎo)。

3)粗放式改造。人們?cè)谧非蠼?jīng)濟(jì)效益時(shí)急功近利，草率對(duì)歷史建筑進(jìn)行拆除或不適當(dāng)?shù)母脑?；?duì)歷史建筑的掠奪式開發(fā)，使得某些建筑超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；改造時(shí)技術(shù)粗糙、方法簡(jiǎn)單，造成改造效果較差等等。

提高人們對(duì)歷史建筑的保護(hù)意識(shí)至關(guān)重要，意大利在利用歷史建筑進(jìn)行傳統(tǒng)教育方面的成功值得借鑒。

本文針對(duì)歷史建筑改造中的具體方法進(jìn)行研究與探討，給出可行的改造方案。

2 歷史建筑的分類加固方法

2.1 歷史建筑的分類

在眾多的歷史建筑中，情況各異，分類處理是有效的方法，也是各國普遍的做法，像英國將古建筑分為3類：第1類嚴(yán)格不允許拆除，第2類特定情況下可以拆除，第3類可以拆除[4]。

本文將歷史建筑按如下分類：1)保持既有建筑的所有功能與建筑風(fēng)貌；2)需要拆除既有建筑，按原樣復(fù)建該建筑物；3)將該建筑物移至別處；4)保持外觀不變而進(jìn)行內(nèi)部功能改造；5)保持部分外觀，進(jìn)行較大幅度的改造或擴(kuò)建。第1種情況主要是修繕，研究成果較多，第2種情況相當(dāng)于新建，第3種情況屬于建筑物平移，有專門研究成果。對(duì)前3種情況，本文不涉及，將針對(duì)第4和第5種情況展開討論。

2.2 僅進(jìn)行內(nèi)部改造的歷史建筑

2.2.1 基本思路

第4種情況對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)是很多磚混結(jié)構(gòu)的歷史建筑，采用的是木梁、木樓板、木屋架，由于多年的使用，木材發(fā)生腐爛、變形等不適宜繼續(xù)使用。作為保護(hù)等級(jí)稍低的歷史建筑，對(duì)其外觀有較高的要求，而對(duì)其內(nèi)部的構(gòu)造并不要求絕對(duì)保持原樣。此時(shí)，在不改動(dòng)建筑物外觀的條件下，允許對(duì)內(nèi)部進(jìn)行改造，用其他形式的構(gòu)件替換掉木構(gòu)件?？梢栽诩扔薪ㄖ膬?nèi)部新建結(jié)構(gòu)，承擔(dān)新建結(jié)構(gòu)的荷載。具體的思路是：采用“修舊如舊”的方法，保持既有建筑外觀不變，對(duì)破損處進(jìn)行原樣修復(fù)，在內(nèi)部拆除木梁、木樓板、木屋架等木構(gòu)件，選擇合適的位置重新設(shè)置基礎(chǔ)、柱、梁，澆注鋼筋混凝土樓板，并做到盡量減小對(duì)建筑物視覺上的影響，使既有建筑“脫胎換骨”，同時(shí)保持原有韻味。在哈爾濱工業(yè)大學(xué)校部樓的改造實(shí)踐中，采用了這種做法[9],取得了很好的效果。

2.2.2 柱的處理

為在建筑內(nèi)部盡量不體現(xiàn)柱的存在，可將柱設(shè)置于隔墻中，或做成與窗間垛同寬的扁柱，對(duì)于內(nèi)部墻體不拆除，也可以設(shè)置在墻體中，柱應(yīng)與既有墻體做好拉結(jié)，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和加強(qiáng)既有墻體的穩(wěn)定性，如圖1所示。

圖1 新增柱的處理方法

2.2.3 梁的處理

由于需要用新增的鋼筋混凝土樓板代替木樓板，而為不增加既有墻體的負(fù)擔(dān)，由新增梁支承鋼筋混凝土樓板，以便使荷載傳給新增結(jié)構(gòu)。此時(shí)，按梁的位置分為以下幾種情況：1)隔墻需替換處的梁或新增梁。由于隔墻拆除，此時(shí)梁的設(shè)置與新建梁類似，配筋需考慮支承點(diǎn)處的約束情況，分別按簡(jiǎn)支或固端來計(jì)算；2)夾墻梁。當(dāng)既有墻不拆除時(shí)需在墻的兩側(cè)各設(shè)置1根梁，形成夾墻梁來支承新增樓板。雖既有墻體會(huì)在一定程度上參與工作，但計(jì)算梁配筋時(shí)，不應(yīng)考慮墻體承重；3)貼墻梁。當(dāng)板在外墻處需要支承時(shí)，只能在墻內(nèi)側(cè)設(shè)置梁，形成貼墻梁。梁的設(shè)置如圖2所示。

圖2 梁的處理方法

2.2.4 新舊結(jié)構(gòu)的連結(jié)

在改造后，既有墻體按不再承受豎向荷載計(jì)算，僅作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。其豎向承載力一般不成問題，但在水平荷載作用下，墻體要保持自身的穩(wěn)定，尚需新建結(jié)構(gòu)提供側(cè)向支承。在設(shè)計(jì)中，將既有墻體與新增的柱、梁采用植筋的方式聯(lián)系起來，保障了既有墻體穩(wěn)定的同時(shí)，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性，同樣有利于新增結(jié)構(gòu)的承載，新增梁及柱與既有墻體的連接見前面所述，圖3為新舊連結(jié)中轉(zhuǎn)角處柱的處理方式。

圖3 新舊結(jié)構(gòu)的連結(jié)

由于新舊結(jié)構(gòu)結(jié)合到一起，在豎向荷載作用下，既有墻體不可避免地要承擔(dān)部分荷載。由于原樓面在施工中拆除，形成了卸載，新增的荷載則由新舊構(gòu)件共同承受，經(jīng)分析，既有墻體所承受的荷載并沒有增加，墻體的安全性沒有降低，相反由于其與新增結(jié)構(gòu)的緊密連結(jié)，新增構(gòu)件在一定程度上起到了圈梁和構(gòu)造柱的作用，建筑物整體性增強(qiáng)，抗震性能有所改善。

2.2.5 施工措施

對(duì)既有建筑物改造，必須保證既有結(jié)構(gòu)的安全，為降低成本，加快施工速度，建議采用利用既有結(jié)構(gòu)的自支撐施工方法，做法是：不將木梁、木樓板一次性拆除，而是施工完一層拆除一層，施工一層結(jié)構(gòu)之前，將一層木樓板拆除(如不妨礙施工，梁可不拆)，二層以上樓板不拆，作為墻體的支撐構(gòu)件；一層施工完成后，樓板達(dá)到一定強(qiáng)度，可以作為墻體的支撐，再拆除二層木樓板，以此類推。這樣的結(jié)果就是墻體的自由高度只有兩個(gè)樓層，可以滿足施工期間的安全。

2.3 進(jìn)行外部改擴(kuò)建的歷史建筑

2.3.1 基本思路

第5種情況對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)是:一些保護(hù)級(jí)別較低的建筑物，僅沿街一側(cè)外墻需要保持原貌，允許拆除其他三面外墻，甚至在背街側(cè)進(jìn)行擴(kuò)建的情況。與僅在內(nèi)部改造不同，因往往背街一側(cè)外墻需要拆除，無法直接應(yīng)用自支撐施工方法。

此時(shí)可以對(duì)未拆除的部分加以支撐以確保其施工階段的安全。也可以采取一些技術(shù)手段，采用后拆除外墻的方法依然使用自支撐施工方法。具體的思路是：先不拆除外墻，按自支撐施工方法進(jìn)行施工，其中擴(kuò)建部分的梁，可以通過在擬拆除墻掏洞的方法先行生成。待整個(gè)結(jié)構(gòu)施工完畢，再對(duì)該墻進(jìn)行拆除。在哈爾濱第八百貨商店的改造中，采用了這種做法[10]。

2.3.2 梁的處理

施工期間擬拆除的外墻不拆除，室內(nèi)新增結(jié)構(gòu)與室外擴(kuò)建結(jié)構(gòu)的連接需要穿過該外墻，如圖4所示?？刹捎迷趬ι祥_洞將框架梁穿過既有磚墻的做法。穿墻梁的設(shè)計(jì)與施工樓板的施工方法相關(guān)(見2.3.3板的處理)，如樓板施工時(shí)設(shè)臨時(shí)支撐，穿墻梁受力與其他新建梁相同；如施工樓板時(shí)不設(shè)置支撐，樓板按三邊支撐板承載，穿墻梁的轄荷區(qū)加大，需要考慮荷載的增加。

圖4 新增梁穿既有墻的處理

2.3.3 板的處理

1)設(shè)置臨時(shí)支撐板。如圖5所示，其中的陰影部分板屬于這種情況。一個(gè)基于施工措施的解決方案是對(duì)施工到墻邊的板做臨時(shí)支撐(見圖5)，這部分支撐須待既有墻拆除后，剩余部分板補(bǔ)齊并上強(qiáng)度后，方可拆除。需要注意的是，由于這塊板在梁上的支承條件已不可能滿足固結(jié)的假定，故在計(jì)算時(shí)，按三邊固支、一邊簡(jiǎn)支考慮，即后做的邊按簡(jiǎn)支。

圖5 樓板的處理

實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)支條件的構(gòu)造做法可參照?qǐng)D6進(jìn)行，此時(shí)由于框架梁已經(jīng)形成，需要植筋。為減小植筋數(shù)量，滿足植筋構(gòu)造要求，不宜使用過小直徑的鋼筋。

圖6 簡(jiǎn)支板與梁的連接

2)按三邊支承板設(shè)計(jì)。對(duì)圖6所示的樓板，另一個(gè)解決方案是將此板按三邊固結(jié)、一邊自由的板設(shè)計(jì)，這種做法鋼筋用量相應(yīng)增加，但縮短了支承時(shí)間，給施工帶來便利條件。施工中留下的剩余板塊，應(yīng)按單向板設(shè)計(jì)，否則在設(shè)計(jì)三邊支承板時(shí)，應(yīng)考慮這塊板傳遞到三邊板上的荷載。

3 基礎(chǔ)的處理方法

既有建筑的基礎(chǔ)一般為磚基礎(chǔ)或毛石基礎(chǔ)，其在使用中會(huì)因使用不當(dāng)受到損傷，而對(duì)其承載力進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)定困難較大，因此，不適宜作為新增結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

新增基礎(chǔ)在建筑物內(nèi)部，由于施工空間受限，需要大型施工機(jī)械的基礎(chǔ)形式不適用，比較適宜的是淺基礎(chǔ)和墩基礎(chǔ)。這些歷史建筑的基礎(chǔ)，一般不做大放腳處理，為保持原有墻體基礎(chǔ)不變帶來方便。

3.1 墩基礎(chǔ)

在地質(zhì)條件允許的情況下，墩基礎(chǔ)有特別的優(yōu)越性：埋置深度大，故承載力高，直徑大而適合人工挖土施工，且不需要像樁基礎(chǔ)那樣進(jìn)行試樁檢驗(yàn)。圖7為其典型做法。

由于新增的柱，多數(shù)為靠墻設(shè)置，而柱截面尺寸與墩基礎(chǔ)相比較小，故墩基礎(chǔ)一般是承受偏心的豎向荷載，為平衡偏心所引起的附加彎矩，宜在各墩基礎(chǔ)間設(shè)置拉梁，此時(shí)拉梁的截面高度宜適當(dāng)加大。同時(shí)拉梁的設(shè)置也增強(qiáng)了整棟建筑的結(jié)構(gòu)整體性。

3.2 組合基礎(chǔ)

既有基礎(chǔ)保持完好時(shí)，可以與新增基礎(chǔ)組成組合基礎(chǔ)共同受力，如圖8所示，對(duì)既有基礎(chǔ)進(jìn)行清理，然后在房屋內(nèi)側(cè)和外側(cè)分別澆筑新基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂部設(shè)置連系梁及穿墻的銷鍵，將三部分基礎(chǔ)聯(lián)系起來共同受力。此時(shí)，需要根據(jù)上部柱及既有外墻傳遞的荷載，調(diào)整內(nèi)外基礎(chǔ)的尺寸，使得荷載偏心盡量小，并滿足承載力要求。因地基經(jīng)多年的沉降已經(jīng)堅(jiān)實(shí)，忽略新舊基礎(chǔ)內(nèi)力分布的影響[11]。

圖7 墩基礎(chǔ)做法

圖8 組合基礎(chǔ)

3.3 懸挑基礎(chǔ)

靠外墻的柱的基礎(chǔ)，當(dāng)采用淺基礎(chǔ)時(shí)，往往會(huì)遇到基礎(chǔ)底面面積不滿足的情況，此時(shí)，可以通過在相近的地方設(shè)置基礎(chǔ)而通過1根懸挑梁來支承柱。具體做法見圖9。

圖9 懸挑基礎(chǔ)做法

挑梁截面的確定需要考慮承載力及撓度的需求，剛度相對(duì)需要大些，以避免新增柱荷載過多地傳遞給既有基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

基于對(duì)磚混歷史建筑的分類保護(hù)方法，對(duì)其中級(jí)別較低的允許對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造和保持部分外觀而進(jìn)行較大幅度的改造或擴(kuò)建的兩種情況的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，對(duì)兩種情況的梁板柱做法分別作了說明，最后對(duì)增設(shè)基礎(chǔ)提出了三種可行的方法，做了較為詳細(xì)的闡述，可供相關(guān)歷史建筑的改造實(shí)踐參考。

[1]汪麗君, 舒平, 侯薇. 沖突、多樣性與公共參與-美國建筑歷史遺產(chǎn)保護(hù)歷程研究[J]. 建筑學(xué)報(bào). 2011(5): 43-47.

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Onthereinforcementandreconstructionofhistoricalbuilding

SUN Xu-jie1，LIU Wei1，WANG Wei-wei1，WANG Feng-lai2

(1.College of Civil and Architectural Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050, China;2 School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)

Based on the reinforcement and reconstruction of historical buildings in the city, the importance of the protectioin of historical building is presented. According to the ideology of classification, for the building that only interior reconstruction is permitted, the columns shall be “weak” in architecture and “strong” in structure. The beams should have enough capacity and good connection with the exist structure, so the building will has a good anti-seismic performance;and for the builing that outside reconstructioin is permitted, the safty in construction is emphasized. The existing wals that shall be removed after the new structure proves to be a good method.Both of the two situations are given with three new foundation schemes, pier foundatin, composed foundation and cantilever foundation.

historical building, brick structure, reinforcement and reconstruction

2013-06-30

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(12511460)

孫緒杰(1970- )，男，講師，博士，研究方向：結(jié)構(gòu)加固與改造;配筋砌塊結(jié)構(gòu).

TU746.3

A

1671-4679(2014)01-0043-04

郝麗英]