全民健身背景下舊冶金工業(yè)建筑空間活化與更新研究

盧 燁，劉加平，呂嘉怡

(1. 長安大學(xué)建筑學(xué)院，陜西西安 710061； 2. 西安建筑科技大學(xué)西部綠色建筑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710055)

0引 言

在中國的快速城市化進(jìn)程中，由于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和城市發(fā)展之間的矛盾、城市職能及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整等原因，導(dǎo)致大量的舊工業(yè)建筑面臨拆除或棄置，如何對(duì)其再利用已成為廣泛的議題。在西安，也逐漸出現(xiàn)了大量此類功能空間的轉(zhuǎn)換實(shí)例，例如大華1935商業(yè)文化中心(圖1)，原為大華紡紗廠，改造設(shè)計(jì)保留了城市歷史與文化，為城市生活打造藝術(shù)、商業(yè)與休閑為一體的市民活動(dòng)場(chǎng)所。

圖1大華1935商業(yè)文化中心Fig.1Dahua 1935 Commercial and Cultural Center

與此同時(shí)，健康的現(xiàn)代生活理念與生活方式促進(jìn)了全民健身運(yùn)動(dòng)在中國的興起，也促使更多的體育設(shè)施得以建設(shè)，體育設(shè)施的功能定位也從競(jìng)技體育轉(zhuǎn)向?yàn)榇蟊婓w育服務(wù)。國務(wù)院在2019年發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)全民健身和體育消費(fèi)推動(dòng)體育產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見》中提出了10個(gè)方面的相關(guān)意見，其中包括“鼓勵(lì)各類市場(chǎng)主體利用工業(yè)廠房、商業(yè)用房、倉儲(chǔ)用房等既有建筑及屋頂、地下室等空間建設(shè)改造成體育設(shè)施[1]”。

舊工業(yè)建筑與體育設(shè)施在空間上有很多匹配之處，前者“先天”的跨度與高度可以很好地滿足多項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)地和凈高要求，而在其更新及改造中所保留的粗獷、真實(shí)、原真的建筑“性格”也契合于創(chuàng)建大眾體育設(shè)施所追求的平等與共享精神。此外，將舊工業(yè)建筑改造成全民健身場(chǎng)館后，還可以給人們帶來工業(yè)遺存的文化體驗(yàn)與歷史記憶。

以體育功能轉(zhuǎn)換為目標(biāo)的舊工業(yè)建筑改造已然成為了建筑可持續(xù)利用中的一種成功范例。例如在丹麥奧爾堡市，一座建于1963年的舊工業(yè)建筑被改造成個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室(圖2)，設(shè)計(jì)者利用原空間的高度與寬度，創(chuàng)造了攀巖、跑酷、籃球與街頭足球等豐富的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所，不同種類的體育運(yùn)動(dòng)主要靠活動(dòng)器材劃分區(qū)域，人們可以自由交流和互動(dòng)，其獨(dú)特的工業(yè)風(fēng)外表也成為一塊街頭藝術(shù)的畫布。

圖2丹麥奧爾堡市的Streetmekka運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室Fig.2Streetmekka Sports Laboratory in Aalborg Denmark

除了常見的足球、籃球、網(wǎng)球、羽毛球、棒球，更多的大眾化體育項(xiàng)目如攀巖、小輪車、冰壺等也可融入城市運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。相對(duì)于大型體育綜合體，很多中小型規(guī)模的冶金廠房也可被改造成大眾運(yùn)動(dòng)球場(chǎng)，舊工業(yè)建筑與大眾體育設(shè)施之間的角色轉(zhuǎn)換擁有著極大的潛力，成為中國城市發(fā)展與建筑更新中的一種存量優(yōu)化趨向。

1舊冶金工業(yè)建筑與全民健身設(shè)施的空間匹配

從宏觀的城市空間來看，由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換與國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)逐漸由第二產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向第三產(chǎn)業(yè)，這使得轉(zhuǎn)型過程中出現(xiàn)大量工業(yè)遺存。由于城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張，這些舊工業(yè)建筑所位于的“郊區(qū)”往往變成為了城市中新的核心地段，相比很多新建的體育場(chǎng)館，反而具有良好的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。城市的發(fā)展伴隨著環(huán)境污染、建筑閑置、活力不足等問題，廢棄舊建筑規(guī)模大、占地廣，與新的城市生活環(huán)境格格不入，舊廠房面臨著拆除重建和改造再利用的抉擇。

根據(jù)舊工業(yè)建筑的空間形式，能夠?qū)⑵浞殖?類：異形構(gòu)筑物、多層工業(yè)廠房以及單層工業(yè)廠房。其中異形構(gòu)筑物多用于糧倉、水塔及儲(chǔ)藏倉等，根據(jù)功能具備獨(dú)特的形態(tài)及建筑美學(xué)價(jià)值。多層工業(yè)廠房多用于輕工業(yè)或倉庫，其柱網(wǎng)尺寸偏小，空間跨度一般為9～12 m，凈高度通常為4～5 m，對(duì)于這種建筑的改造較為靈活，常見于商業(yè)、學(xué)校等的改造。單層工業(yè)廠房的基本特征為空間開闊、高大，構(gòu)架大部分為排架、拱形以及巨型剛架類，不設(shè)置柱網(wǎng)，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特征，此類工業(yè)建筑常用于冶金類重工業(yè)廠房。

根據(jù)舊工業(yè)建筑所采用的結(jié)構(gòu)類型，又能夠分為框架結(jié)構(gòu)廠房、排架結(jié)構(gòu)廠房及剛架結(jié)構(gòu)廠房。其中框架結(jié)構(gòu)廠房多為通過梁、柱連接共同承受全部荷載的結(jié)構(gòu)形式，材料形式主要包括鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以及混合結(jié)構(gòu)。排架結(jié)構(gòu)廠房是由屋架、柱子、基礎(chǔ)組成，常用于高大空曠的單層建筑物，如工業(yè)廠房和影劇院。剛架結(jié)構(gòu)廠房是由鋼材、部分或者全部用鋼節(jié)點(diǎn)連接而成的結(jié)構(gòu)，通常來說包括鋸齒形剛架、鋼剛架以及鋼筋混凝土門式剛架。門式剛架、鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)屬于當(dāng)今舊冶金工業(yè)建筑中較為常見的類型，它們的屋面可依據(jù)材料分為輕屋面和重屋面[2-3](表1)。

體育建筑類型廣泛，分為競(jìng)技型、訓(xùn)練型及健身型。其中全民健身設(shè)施主要是為了滿足廣大群眾的健身運(yùn)動(dòng)需求，幾乎已不再設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)座席，一般只在健身綜合大廳內(nèi)布置適量的活動(dòng)座席，以滿足小規(guī)模的觀看需求。全民健身館內(nèi)各類功能需求和空間尺度主要以滿足群眾健身和訓(xùn)練為主，不必刻意達(dá)到比賽標(biāo)準(zhǔn)，因此非標(biāo)準(zhǔn)化的健身場(chǎng)地放寬了原競(jìng)技體育場(chǎng)地以及設(shè)施在空間利用方面的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)(圖3)。

表1舊冶金工業(yè)建筑中的常見結(jié)構(gòu)類型Table 1Common Structural Types of Old Metallurgy Industrial Buildings

圖3全民健身館在體育建筑中的類型劃分Fig.3Classification of National Fitness Hall in Sports Building

根據(jù)2018年發(fā)布的《全民健身活動(dòng)中心分類配置要求》中針對(duì)體育場(chǎng)地、場(chǎng)所尺寸的規(guī)定，綜合實(shí)地考察獲取的有限材料和有關(guān)專業(yè)資料、生產(chǎn)設(shè)施的材料，常見的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地如羽毛球場(chǎng)、籃球場(chǎng)、游泳池等場(chǎng)所的尺寸如表2所示。常見舊冶金工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)跨度一般在15～30 m之間，可以容納標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)28 m×15 m的場(chǎng)地。由于體育館特別是球類場(chǎng)館對(duì)凈空的要求比較高，而冶金類舊工業(yè)建筑的高度一般都在8 m以上，基本可以滿足籃球及羽毛球運(yùn)動(dòng)7 m的凈高要求，對(duì)于大眾運(yùn)動(dòng)具有良好的適應(yīng)性。因此，冶金類建筑的大跨空間基本可以滿足常見體育場(chǎng)所的空間需求。

表2常見運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地空間尺寸Table 2Space Dimensions of Common Sports Site

從具體的空間利用角度來看，冶金類工業(yè)建筑加工工藝流程多、技術(shù)復(fù)雜且多使用大型器械，所以其空間大多寬敞，平面規(guī)整、立面簡(jiǎn)潔、空間靈活度大，與大眾體育活動(dòng)所期盼的空間需求契合度較高，能夠滿足多類運(yùn)動(dòng)空間與場(chǎng)地的基本需求。與新建體育設(shè)施相比，改造可省去大量土地及土建成本，有效降低建設(shè)造價(jià)。另外，此類全民健身館的給排水、消防安全等配套設(shè)施在原基礎(chǔ)上稍加改造即可使用，可大幅降低公共設(shè)施的費(fèi)用支出。由于冶金工藝生產(chǎn)過程中溫度較高，冶金工業(yè)建筑大多具有堅(jiān)固、耐久的結(jié)構(gòu)支承體系，承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通工業(yè)建筑，可以充分利用既有結(jié)構(gòu)加以改造。出于采光通風(fēng)的需要，通常還會(huì)搭配天窗，可以滿足體育設(shè)施日常采光、通風(fēng)等需求。

在舊冶金工業(yè)建筑與體育設(shè)施進(jìn)行功能轉(zhuǎn)換時(shí)，空間改造與功能匹配成為研究的關(guān)鍵因素，它體現(xiàn)著改造能否滿足新功能對(duì)于空間的需求。通過適宜的空間改造，舊廠房可實(shí)現(xiàn)華麗轉(zhuǎn)身，成為廣受群眾歡迎的全民健身設(shè)施。

2空間改造目標(biāo)

2.1靈活可變的空間設(shè)置

全民健身設(shè)施的主體服務(wù)對(duì)象是普通民眾，因而在功能配置上應(yīng)當(dāng)滿足不同年齡及不同階層群眾的多樣化需求。照顧弱勢(shì)群體如老人和青少年的健身特點(diǎn)，針對(duì)性地設(shè)置一些具有特色的活動(dòng)空間，如老年人的棋牌室、太極拳館以及青少年愈發(fā)青睞的動(dòng)感單車、攀巖、擊劍等“小眾”運(yùn)動(dòng)空間，以此吸引多元化的人群，以多樣性的活動(dòng)調(diào)動(dòng)大眾參與體育的積極性，從而達(dá)到普及群眾體育的目的。作為公共服務(wù)設(shè)施的一部分，全民健身館還可結(jié)合社會(huì)熱點(diǎn)及需求，具備商業(yè)餐飲、休閑服務(wù)、教育培訓(xùn)、體質(zhì)監(jiān)測(cè)等活力及人性化空間，這是此類建筑作為公共設(shè)施和社會(huì)福利的重要體現(xiàn)，也是激發(fā)其自身運(yùn)營能力的重要方式。

全民健身設(shè)施的空間布局與傳統(tǒng)比賽競(jìng)技館有很大不同，群眾在全民健身館和比賽類體育館中扮演的角色已經(jīng)發(fā)生改變，前者大空間的設(shè)置不必完全受體育設(shè)施工藝的影響，滿足群眾訓(xùn)練需求即可，空間要求相對(duì)較低，在人流流線和疏散要求較為寬泛的條件下，全民健身設(shè)施中大空間和小空間可以更加靈活地組合。舊冶金工業(yè)建筑天生的跨度與高度為可變空間提供了良好的改造圖底，從基本的平面布局來看，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)來建立模數(shù)化的運(yùn)動(dòng)空間。由于大部分工業(yè)建筑都具有較長的長軸尺寸，因此橫向跨度成為了運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地和空間匹配的關(guān)鍵因素。表3為舊工業(yè)建筑中的常見改造空間類型?？梢钥闯?，跨度大于12 m的舊冶金工業(yè)廠房，至少可以滿足羽毛球場(chǎng)地的布置，而大部分籃球館的經(jīng)營者會(huì)以至少一個(gè)全場(chǎng)和盡量多的半場(chǎng)來進(jìn)行空間改造及靈活調(diào)整，這樣可以保證基本民間賽事的舉行，也可以通過更多的場(chǎng)地來保證運(yùn)營收入。此外，全民體育設(shè)施所承擔(dān)的社會(huì)功能也愈發(fā)廣泛，例如教育培訓(xùn)、企業(yè)運(yùn)動(dòng)會(huì)、產(chǎn)品展覽、防疫抗災(zāi)等等。因此，一座健身館的空間設(shè)定常采用可靈活轉(zhuǎn)換的界面，在保證大眾健身廣泛參與的基礎(chǔ)上，塑造出靈活可變的功能空間[4-5]。

2.2表里如一的空間形態(tài)

由舊冶金建筑化身而來的全民健身館，其骨骼里的“工業(yè)質(zhì)感”吻合于大眾體育精神。健身館的使用主體是廣大群眾，在摒棄昂貴裝修成本的同時(shí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)其親和性和原真性。因此建筑形象應(yīng)該在尺度、細(xì)部、色彩等方面使人感覺舒適且親近，在設(shè)計(jì)中通過工業(yè)元素和場(chǎng)地鋪裝、顏色標(biāo)志、個(gè)性涂鴉等元素的豐富運(yùn)用，能夠形成此類健身館表里如一、簡(jiǎn)約時(shí)尚的空間“性格”，呈現(xiàn)出工業(yè)與體育的時(shí)空交融感，就像圖2所示的丹麥Streetmekka運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，混凝土、木材等構(gòu)筑材料可成為人們直接利用的運(yùn)動(dòng)界面。延續(xù)舊工業(yè)建筑給人們所帶來的場(chǎng)所記 憶，能將印象中的破舊廠房轉(zhuǎn)換成為具有傳承基因的工業(yè)遺存。

表3舊工業(yè)建筑中的常見改造空間類型Table 3Common Renewal Spacial Types of Old Industrial Buildings

3空間操作與整合

在基于舊冶金類工業(yè)建筑改造為全民健身館的設(shè)計(jì)中，最核心的內(nèi)容是如何通過對(duì)原有空間的改造，使其滿足新的功能需要，以空間操作和整合來達(dá)成功能轉(zhuǎn)變與空間匹配。大眾體育所青睞的一些運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目類型，如籃球、羽毛球、游泳、室內(nèi)足球、乒乓球、健身、網(wǎng)球及冰滑運(yùn)動(dòng)，其標(biāo)準(zhǔn)及已定制化的場(chǎng)地尺寸與空間要求都可與舊工業(yè)建筑內(nèi)的空間尺度進(jìn)行匹配。同時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)很多尺度難以契合的情況，這時(shí)可根據(jù)大眾體育活動(dòng)的類型和使用人群的多樣性，結(jié)合空間的彈性轉(zhuǎn)換，將一些非標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地進(jìn)行適應(yīng)性利用。例如設(shè)置“斗?！被@球場(chǎng)、兒童網(wǎng)球場(chǎng)、迷你卡丁車館、夾層健身房等[6-9]。在舊冶金工業(yè)廠房的運(yùn)動(dòng)空間改造中，以單跨廠房為例，主要有3類空間操作和整合方法，包括空間劃分、空間整合和空間置入，具體如圖4、表4所示。

圖4常見空間操作和整合方法Fig.4Common Spatial Operation and Integration Methods

3.1空間劃分

舊冶金工業(yè)建筑的全民健身館改造設(shè)計(jì)中，原有的舊建筑內(nèi)往往是一個(gè)通透簡(jiǎn)單的大空間，但缺乏相應(yīng)服務(wù)設(shè)施如前臺(tái)、更衣室等。 因此首先需要分隔公共空間以及服務(wù)空間，通常采取靈活性分隔的辦法，通過輕質(zhì)墻體、軟包隔斷完成空間劃分。對(duì)運(yùn)動(dòng)空間的劃分可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地的模數(shù)化和數(shù)量來進(jìn)行。由于不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)空間的差異，應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)姆指魜肀苊鈭?chǎng)地之間的干擾。全民健身館中一般采用繩網(wǎng)、網(wǎng)籠、廣告牌及一些體育設(shè)施等進(jìn)行柔性分隔，對(duì)原有建筑中落地的結(jié)構(gòu)構(gòu)件也會(huì)進(jìn)行軟包，在形成界面的同時(shí)也起到安全保護(hù)作用。此外，很多舊工業(yè)建筑具有異于民用建筑的側(cè)向采光天窗、粗獷結(jié)構(gòu)構(gòu)件等元素，可以加以充分利用，塑造出與眾不同的空間效果[10-14]。

設(shè)計(jì)者也可以充分利用部分舊廠房的原有高度進(jìn)行垂直分層，具體分為局部分層以及完全分層兩種類型。局部分層是在適宜位置加入夾層，并且產(chǎn)生上下貫通的大空間，人們的空間感受更為豐富。垂直分層常運(yùn)用到原層高較高的單層大廠房中，這種改造方式需要加入鋼結(jié)構(gòu)支撐體和復(fù)合樓板，把單層大空間轉(zhuǎn)變成多層空間以獲取更多的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地，但需滿足運(yùn)動(dòng)空間的規(guī)格及尺度。

3.2空間整合

空間整合是把舊建筑內(nèi)的小空間轉(zhuǎn)變?yōu)榇罂臻g，從而滿足健身館運(yùn)動(dòng)空間對(duì)尺度以及面積的需求，這樣的改造方法常見于框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中，可以通過合理拆除墻體甚至局部承重結(jié)構(gòu)的方法產(chǎn)生開敞的大空間。這種方法必須先進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全評(píng)估，采用成熟合理的結(jié)構(gòu)改造方法如托梁拔柱等，以避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全問題[15]。拆除舊建筑中原有的梁、樓板等構(gòu)件，增加凈空高度，通過垂直整合的改造手法形成空間相互貫通的效果，增加全民健身館空間應(yīng)用的可容度與靈活性。

表4空間操作和整合方法說明Table 4Explanation of Common Spatial Operation and Integration Methods

3.3空間置入

在舊建筑內(nèi)部或者外部添置全新的空間體塊，以滿足新的功能空間需要。這樣的改造手法常用來達(dá)到增加場(chǎng)館使用面積的目的。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固后,在屋頂與側(cè)墻面置入新的空間體塊，以滿足全民健身場(chǎng)館更為豐富的功能需求?？臻g置入方法與分層置入方法相比更為靈活，并能塑造出新舊融合的外部造型，但前提是需要滿足荷載計(jì)算和結(jié)構(gòu)安全，符合消防疏散及規(guī)范要求。置入體塊的設(shè)計(jì)思路還可以根據(jù)功能需求及運(yùn)維情況進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過多個(gè)籃球館案例分析發(fā)現(xiàn)，籃球場(chǎng)運(yùn)營一段時(shí)間后均把原先鋼結(jié)構(gòu)加建的私教課訓(xùn)練房重新改成了半場(chǎng)籃球區(qū)域，大幅增加了活動(dòng)人數(shù)及相關(guān)收入。

4設(shè)計(jì)案例

設(shè)計(jì)案例為西安市華清學(xué)院的陜西省鋼鐵廠空間改造，該廠是在1958年建立的，廠區(qū)位于西安市新城區(qū)幸福路。在20世紀(jì)末期，隨著產(chǎn)業(yè)升級(jí)及區(qū)域發(fā)展，該廠因產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型失敗、效益不佳、環(huán)境污染等問題，難以為繼。陜西省政府宣布陜西鋼鐵廠破產(chǎn)后，西安建筑科技大學(xué)將其收購作為華清分校校址，在廠區(qū)里持續(xù)進(jìn)行舊冶金工業(yè)建筑的改造工程，其功能目標(biāo)分別為教學(xué)、商業(yè)、藝術(shù)家工作室以及體育休閑等。此項(xiàng)目設(shè)定的改造目標(biāo)為面向大眾的全民健身館，不僅利于校園學(xué)生使用，還響應(yīng)國家民生政策，可為周邊市民所共享。改造的原4#、5#廠房位于華清學(xué)院內(nèi)部的東北角(圖5)，毗鄰華清學(xué)府城等多個(gè)住宅區(qū)，交通便利。學(xué)院整體配套齊全，未來發(fā)展?jié)摿薮?，將舊廠房變身為全民健身設(shè)施，能夠很好地激發(fā)此區(qū)域的健康運(yùn)動(dòng)以及商業(yè)活力。

圖5設(shè)計(jì)案例的原貌及布局Fig.5Original Appearance and Layout of Design Project

圖6改造方案的功能布局和改造平面Fig.6Functional Layout and Transformation Plan of Reconstruction Scheme

改造方案首先對(duì)原有廠房的部分附屬構(gòu)筑物進(jìn)行整合，在原先建筑面積緊張的場(chǎng)地中梳理和塑造出公共活動(dòng)空間和景觀環(huán)境，利用室外景觀及入口廣場(chǎng)引導(dǎo)和吸引人群前來參與體育健身運(yùn)動(dòng)。室內(nèi)的改造與設(shè)計(jì)基于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地和空間尺度的匹配，綜合各類運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地的尺度需求完成了空間劃分。將原有舊工業(yè)建筑的單一大空間，根據(jù)空間功能的匹配與重塑分割為若干大小不同的小空間，主要分為：運(yùn)動(dòng)大空間、運(yùn)動(dòng)小空間及服務(wù)空間。由于原廠房的橫向跨度達(dá)到21 m，凈空為12 m，符合籃球運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地建設(shè)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因此在健身館的東側(cè)分隔出36 m×21 m的區(qū)域來布置標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)地，以滿足后期舉辦民間賽事的運(yùn)營策劃需求。改造后的籃球場(chǎng)等大空間還可根據(jù)日常需要靈活轉(zhuǎn)換為公共講座、藝術(shù)展覽的場(chǎng)地。本次改造方案(圖6)將大小空間之間的公共區(qū)域改造為主要的交通空間以及休息服務(wù)空間。在健身館的西側(cè)通過垂直分層以及增設(shè)夾層的改造手法增加場(chǎng)館使用面積，并根據(jù)不同空間凈高特點(diǎn)布置了臺(tái)球、籃球、健身、羽毛球以及附屬服務(wù)功能[16-18]。總體而言，方案最大化地利用了舊冶金工業(yè)建筑原有的寬廣空間，綜合運(yùn)用了水平分隔、垂直分層以及疊合式空間置入等改造手法，創(chuàng)建出舒適的運(yùn)動(dòng)空間和場(chǎng)所氛圍，空間改造后的不同角度剖視圖如圖7所示。

圖7原廠房空間改造后的剖視圖Fig.7Section View of Original Factory After Space Reconstruction

5結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)定與加固改造

舊建筑的空間改造必須建立在結(jié)構(gòu)可靠的基礎(chǔ)之上，原廠房改造為全民健身房，建筑物用途由工業(yè)轉(zhuǎn)為民用，需對(duì)建筑物進(jìn)行可靠性鑒定，以便為后續(xù)加固或者改造提供依據(jù)，保證廠房加固改造的質(zhì)量。

該廠房為排架結(jié)構(gòu)，共計(jì)19榀排架。廠房柱為預(yù)制鋼筋混凝土柱，基礎(chǔ)形式為帶杯口的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，柱頂設(shè)混凝土連系梁，屋架為鋼桁架屋架。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)以及計(jì)算分析，參考《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50292—2015)，各構(gòu)件、子單元及鑒定單元的評(píng)級(jí)如表5、6所示。

根據(jù)可靠性鑒定結(jié)果，該建筑物個(gè)別構(gòu)件承載力不滿足要求，故需要對(duì)原有建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部改動(dòng)，以便更加合理利用原建筑空間。該建筑物鑒定單元的安全性評(píng)級(jí)為Bsu級(jí)，使用性評(píng)級(jí)為Bss級(jí)，可靠性等級(jí)為Ⅱ級(jí)。鑒定單元的適修性評(píng)級(jí)為Ar 級(jí)。根據(jù)規(guī)范需對(duì)建筑物進(jìn)行抗震鑒定，原廠房為A類鋼筋混凝土房屋，鑒定結(jié)果表明原廠房綜合抗震性能能夠滿足后續(xù)使用年限30年的要求。

表5子單元等級(jí)鑒定結(jié)果Table 5Subunit Grade Appraisal Result

表6構(gòu)件等級(jí)鑒定結(jié)果Table 6Component Grade Appraisal Result

建筑構(gòu)件試驗(yàn)與評(píng)估結(jié)果說明，原廠房的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度良好。在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)保留原有的大部分結(jié)構(gòu)體系，并因建筑物功能要求，在建筑物西側(cè)空間增 設(shè)了鋼結(jié)構(gòu)體系，以支撐大空間內(nèi)的垂直分層。按照設(shè)計(jì)方案，該廠房跨度為21 m，原屋面結(jié)構(gòu)形式采用梯形鋼屋架，屋架采用Q235鋼，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上。在ABAQUS中進(jìn)行等比例建模，創(chuàng)建部件形式為二維平面、可變形、可拉伸的線形態(tài)，具體模型如圖8所示。有限元分析常用單位系統(tǒng)有3套，本次建模單位采用MPa、N、mm ，鋼材規(guī)格為Q345，彈性模量為2.1×105MPa，泊松比為0.3。本次軟件模擬采用線性靜力學(xué)的方法，分析鋼結(jié)構(gòu)在同種工況及荷載作用情況下鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生的微小位移。模型依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)和《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50009—2012)，參考不上人屋面荷載情況以及不考慮積灰荷載和雪荷載不均勻分布情況。經(jīng)計(jì)算，結(jié)構(gòu)豎向恒荷載值為3.717 kN·m-1，根據(jù)結(jié)構(gòu)受力組合公式，按永久荷載效應(yīng)控制組合S1=40.32 kN·m-1，按可變荷載效應(yīng)控制組合S2=33.45 kN·m-1。考慮結(jié)構(gòu)在最不利荷載組合情況下的受力性能，最終向模型施加41 kN·m-1的豎向均布荷載。對(duì)各桿件進(jìn)行內(nèi)力組合，計(jì)算得出各桿件的最不利荷載，并計(jì)算出桿件最大截面面積為3 440 mm2。最后通過向模型輸入材料屬性、截面面積、荷載信息后，得出最大位移云圖[19]，如圖9所示。

依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)，大跨鋼結(jié)構(gòu)容許撓度值為L/250，L為鋼屋架跨度，優(yōu)化后的三角桁架最大位移值為3.58 mm，符合規(guī)范最大位移容許值的要求。為滿足結(jié)構(gòu)承載性要求，將原先占用較大空間尺寸的梯形屋架替換成三角形屋架，受力合理的同時(shí)增加使用空間的凈高。另外，對(duì)原廠房圍護(hù)結(jié)構(gòu)的磚墻進(jìn)行了拆除并按現(xiàn)行規(guī)范重新施工，同時(shí)更換了全部的天窗，并對(duì)屋面進(jìn)行了防火、保溫及吸聲設(shè)計(jì)[20]，具體如圖10所示。

圖8結(jié)構(gòu)三維模型Fig.83D Model of Structure

圖9結(jié)構(gòu)最大位移云圖Fig.9Structural Maximum Displacement Nephogram

圖10原廠房的結(jié)構(gòu)改造與構(gòu)件替換Fig.10Structural Transformation and Component Replacement of Original Factory

對(duì)既有建筑結(jié)構(gòu)改造應(yīng)以結(jié)構(gòu)的安全可靠性為根本，通過充分了解原建筑體系使用情況，采取合適的改造方法進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，確保建筑結(jié)構(gòu)改造后能提升整體建筑的使用價(jià)值，以提高建筑后續(xù)使用生命周期內(nèi)的適應(yīng)性和可持續(xù)性。經(jīng)濟(jì)性與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改造緊密相連，舊建筑結(jié)構(gòu)改造的經(jīng)濟(jì)性也遠(yuǎn)大于新建建筑，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)改造時(shí)，應(yīng)注重建筑結(jié)構(gòu)選型、材料選擇、施工工藝等對(duì)建筑經(jīng)濟(jì)性的影響，有效利用建筑材料特性并針對(duì)性加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法會(huì)使建筑改造產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)性更高。

6結(jié)語

(1)合理規(guī)劃、利用舊廠房空間，使其化身為滿足大眾民生需求的全民健身館，為國民提供高質(zhì)量的體育活動(dòng)場(chǎng)所以及強(qiáng)身健體的良好環(huán)境，無疑是遵循國家政策導(dǎo)向、促進(jìn)人們生活水平及社會(huì)進(jìn)步的有效舉措。

(2)在舊建筑空間設(shè)計(jì)方面，充分考慮保留其工業(yè)時(shí)代感，提升建筑人群使用感，激發(fā)建筑功能活力感3個(gè)主要方面，經(jīng)過空間整合、劃分、重置等設(shè)計(jì)手法，對(duì)舊空間進(jìn)行二次利用，在生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、藝術(shù)、文化價(jià)值方面具有重大意義。

(3)在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，通過采用合適的設(shè)計(jì)方法，不僅可提高建筑內(nèi)部使用空間，還可改善室內(nèi)光環(huán)境，增強(qiáng)改造建筑的結(jié)構(gòu)承載能力并提高其使用年限。在同種工況作用下，增大構(gòu)件截面面積可提高鋼屋架的穩(wěn)定承載能力，在鋼梁端部支承處采取構(gòu)造措施，防止改進(jìn)后端部截面出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。