陳智遠 王治杳

(上海市黃浦區(qū)教育局校產(chǎn)管理站,上海 200011)

1 概述

上海市黃浦區(qū)是人口密度最大也是歷史最悠久的老城區(qū)，屬于高密度老城區(qū)?；A(chǔ)教育設(shè)施最為密集和陳舊(不包括已經(jīng)更新過的教育設(shè)施)，其中80%被列入歷史建筑/優(yōu)秀歷史建筑/重點文物保護單位。

互聯(lián)網(wǎng)+時代加速了社會的發(fā)展，對創(chuàng)新創(chuàng)意人才的培養(yǎng)是一個國家的核心競爭力。2017年，為深入貫徹國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，深化上海教育綜合改革，推進中學(xué)教學(xué)特色改革試驗，培養(yǎng)國際化創(chuàng)新人才，服務(wù)上海建設(shè)具有全球影響力的科創(chuàng)中心主陣地，黃浦區(qū)教育局在基礎(chǔ)教育設(shè)施改造過程中，創(chuàng)新務(wù)實，以“有別于傳統(tǒng)，著眼于未來”的辦學(xué)宗旨為指導(dǎo)，同時遵照優(yōu)秀歷史建筑的保護條例，對校舍進行功能升級改造。

在校舍的改建實踐中，如何在高密度老城區(qū)，對列入保護單位的校舍進行修繕并提升功能，處理新與舊的關(guān)系，突出原有建筑的文化性和特殊地位，營造結(jié)構(gòu)可靠和使用安全的創(chuàng)造性教學(xué)空間，滿足現(xiàn)代創(chuàng)新創(chuàng)意人才的培養(yǎng)，是需要重點解決的問題，也極具挑戰(zhàn)。

本文結(jié)合全新型教學(xué)模式，以黃浦區(qū)虎丘路95號老校舍修繕為例，重點從建筑、結(jié)構(gòu)、施工三個方面闡述在密集老城區(qū)如何進行校舍的功能升級和保護文物建筑。

2 建筑改造

2.1 建筑概況

虎丘路95號校舍為原1棟3層校舍樓，位于上海市黃浦區(qū)虎丘路以西、香港路以南(如圖1所示)。校舍東側(cè)為虎丘路，虎丘路東側(cè)為在建黃浦區(qū)174街坊二期工程、北側(cè)為香港路、西側(cè)緊鄰上海工商學(xué)院現(xiàn)狀6層建筑、南側(cè)緊鄰現(xiàn)狀虎丘小區(qū)2層住宅樓。校舍建造于二十世紀(jì)二三十年代，房屋主體結(jié)構(gòu)為四層混合結(jié)構(gòu)。建筑抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震分組為第二組；場地屬建筑抗震一般地段。房屋總長為35.18 m，總寬為15.2 m，總高22.5 m，總建筑面積約2 502 m2。一層和二層主要采用磚墻和木柱混合承重，木樓板，三層主要采用磚墻和鋼柱混合承重，混凝土現(xiàn)澆樓板，四層主要采用磚墻承重，屋面主要為木質(zhì)三角形屋架支檁體系，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

項目是中心城區(qū)既有歷史文保建筑運用于教育用途改造的典范工程，采用“外墻整體保留，內(nèi)部結(jié)構(gòu)托換”的施工工藝方式，對既有建筑進行整體性“熱水瓶換膽式”改造，以滿足創(chuàng)新教育的大空間、多格局、靈活多變的建筑功能布局需要?！盁崴繐Q膽”方法適用于歷史建筑內(nèi)部空間升級改造[1,2]，以達到活化和更新歷史建筑的目的，屬于典型中心城區(qū)“螺螄殼里做道場”的工程條件下的舊房改造。

2.2 空間優(yōu)化

建筑內(nèi)部空間按照現(xiàn)代教育觀念進行設(shè)計[3]，突出公共空間的利用，為激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新提供合理的空間布局?；趧?chuàng)新、開放、共享、互動的新型教學(xué)模式，建筑空間布局上設(shè)計了一條可持續(xù)發(fā)展的綠線，圍繞綠線設(shè)計自由、個性、靈活變化的多樣化空間。

2.2.1多元化的建筑綠線

采用多種可持續(xù)技術(shù)。比如載有太陽能板的屋頂能提供部分室內(nèi)照明用電；收集屋頂雨水可二次利用，澆灌植物；配置“都市農(nóng)業(yè)”，并與室內(nèi)外環(huán)境形成一個生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)等。所有此類裝置在保證其使用功能的前提下，也是創(chuàng)新類課程教學(xué)的開源創(chuàng)新平臺。學(xué)生不但可以直觀地學(xué)習(xí)理解其工作原理，也可以組成團隊與相關(guān)領(lǐng)域團隊進行專項研究，完成深度開發(fā)。所有的節(jié)能技術(shù)、綠色項目、可持續(xù)課程形成一條綠線貫穿于建筑之中。綠線中空間的多元化將為學(xué)生營造充滿靈感的創(chuàng)造空間，綠線中設(shè)備及解決方案的專業(yè)化將對“問題導(dǎo)向”的教學(xué)方法提供支持，把真實世界的前沿問題植入學(xué)生日常的學(xué)習(xí)生活中。

2.2.2功能為主的區(qū)域分配

圍繞著綠線，布置各類教學(xué)空間。自由、個性、靈活變化，適應(yīng)PBL(Project-Based Learning)的教學(xué)方式對于空間的多功能和多樣性需求。所有空間設(shè)計以“學(xué)生為中心”，模糊功能分區(qū)、模糊空間分隔，戲劇性地綜合了功能需求、趣味體驗和創(chuàng)新交互，同時為教師、學(xué)生、創(chuàng)新業(yè)界的使用者提供了親自參與創(chuàng)造的機會。FABLAB(Fabrication Laboratory)，LIVINGLAB(Living Laboratory)，BIOLAB(Biology Laboratory)等國際創(chuàng)新實驗室分布其中，不僅服務(wù)創(chuàng)新教學(xué)，同時也成為校園空間持續(xù)創(chuàng)新的引擎。

2.2.3靈活多變的空間組合

為了配合同濟黃浦設(shè)計創(chuàng)意中學(xué)強調(diào)快樂、輕松和多功能的教學(xué)環(huán)境，特別設(shè)計了組合型機動教室、臨時基礎(chǔ)教育教室、項目教室、半開放學(xué)習(xí)區(qū)、階梯教室、圖書館、小組討論區(qū)、開放教學(xué)區(qū)、會議室9種教室，并對拓展性進行了研究。拓展豐富的組合形式、靈活的功能布置將有益于保障虎丘路95號建筑的空間使用效率。日后在同濟黃浦設(shè)計創(chuàng)意中學(xué)的運營中，各教室可根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)，對空間進行靈活調(diào)整，以達到教學(xué)的最佳效果。

3 結(jié)構(gòu)修繕

3.1 修繕前的結(jié)構(gòu)狀況

構(gòu)件的選擇和布置不合理，存在薄弱點；房屋主要存在墻體和磚柱斜向開裂、墻面粉刷開裂、頂板和墻面滲水、木格柵普遍存在滲水，發(fā)霉痕跡、木梁劈裂、混凝土樓板鋼筋銹蝕，裸露等現(xiàn)象。其中二層個別墻體和磚柱開裂和個別木梁劈裂損壞已構(gòu)成危險點；房屋綜合抗震能力不滿足抗震要求；房屋一層～三層部分墻體抗震承載力不滿足計算要求，四層墻體抗震承載力滿足計算要求。房屋各層墻體受壓承載力和高厚比均滿足計算要求；房屋東南角點傾斜率較大，最大傾斜率為向東15.1‰，超過規(guī)范限值[4,5]。

3.2 修繕建議

為了整體提高房屋的抗震能力，建議委托方對房屋內(nèi)部木柱、鋼柱、木樓板、木屋面等構(gòu)件拆除，保留房屋外墻，內(nèi)部重新布置承重體系，新增基礎(chǔ)應(yīng)與現(xiàn)有房屋基礎(chǔ)脫開。建議對房屋墻體增設(shè)圈梁構(gòu)造柱，提高房屋整體性。對于已構(gòu)成危險點的構(gòu)件，須立即采用加固維修措施。針對構(gòu)成危險點的二層個別墻體和磚柱，建議先進行壓力灌漿，然后采用外包配筋砂漿面層的方法進行加固處理。針對磚墻結(jié)構(gòu)性裂縫，建議采用壓力灌漿進行封閉處理。結(jié)合房屋改造方案，對房屋東南角處各墻體建議采用外包配筋砂漿面層或其他有效方法進行加固處理。針對其他損壞情況，建議按照DG/T J08—207—2008房屋修繕工程技術(shù)規(guī)程[6]相關(guān)條文的要求進行修繕。

3.3 結(jié)構(gòu)修繕方案

采用“外墻整體保留，內(nèi)部結(jié)構(gòu)托換”的方式，對既有建筑進行整體性“熱水瓶換膽式”改造，如圖3所示。結(jié)構(gòu)特點及難點是:新老基礎(chǔ)的相對關(guān)系、內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計、外墻加固措施、外墻與新結(jié)構(gòu)的連接。

1)新老基礎(chǔ)的相對關(guān)系。內(nèi)部基礎(chǔ)工程樁采用錨桿靜壓鋼管空心方樁250 mm×250 mm，樁長22 m，以⑤1層灰色粉質(zhì)粘土為樁端持力層，總樁數(shù)166根，單樁估算抗壓承載力特征值(設(shè)計值)為245 kN。新老基礎(chǔ)采用分離的方式，其相對關(guān)系如圖4所示。

2)內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計。內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)體系為支撐在內(nèi)部新作條形基礎(chǔ)之上，與保留的外墻有適當(dāng)?shù)暮涂煽康倪B接。鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性通過在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置斜撐滿足規(guī)范要求。

3)外墻加固措施。內(nèi)部功能升級改造過程中，外墻在水平向約束和受力上發(fā)生了改變。內(nèi)部樓板拆除后，外墻失去了水平向約束，在沒有采取措施前，不考慮水平向臨時支撐，外墻的計算長度由原先的層間高度增加到建筑物高度；外墻由承重構(gòu)件轉(zhuǎn)變?yōu)榉浅兄貕w。

出于外墻穩(wěn)定性考慮，在拆除過程中，增加了臨時水平支撐；同時，原有外墻外部增加圈梁，且內(nèi)側(cè)增加一層鋼筋混凝土板墻，以提高外墻的剛度和整體穩(wěn)定性；此外，通過銷鍵將外墻圈梁與加固板墻連接在一起，形成一個受力整體，如圖4所示。

4)外墻與新結(jié)構(gòu)連接。內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)完成之后，原則上不向原外墻傳遞豎向荷載，但原外墻仍然作為校舍的外圍結(jié)構(gòu)，外墻與鋼結(jié)構(gòu)之間需要可靠連接。內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)建成之后，通過板墻內(nèi)預(yù)埋錨板將板墻與鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的連接在一起，如圖5所示。

4 施工組織與管理

施工特點和難點:1)拆除工程的安排；2)垃圾和材料堆放與外運；3)應(yīng)對惡劣天氣和重大活動時的工期安排；4)內(nèi)部樁基礎(chǔ)施工；5)老建筑改造過程中的消防設(shè)計與實施。

4.1 拆除工序

拆除工序不當(dāng)，必然破壞校舍的整體性，大大降低穩(wěn)定性，造成原有墻體開裂和細紋。本工程在拆除過程中，采用了合理的拆除秩序。先拆除了里面原老朽的樓板；然后做了鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)撐鋼架后分段拆除木梁木柱和部分承重磚墻、原木桁架屋頂；之后整體加固外墻維持穩(wěn)定性，然后新做內(nèi)鋼架。

4.2 材料進場和垃圾外運

校舍東側(cè)為虎丘路，其他三面緊鄰公共和住宅建筑，場地十分狹小。在如此高密度老城區(qū)將內(nèi)部拆除的垃圾運出去和內(nèi)部新建結(jié)構(gòu)所需材料放進去無疑是挑戰(zhàn)。在垃圾堆放和運輸上，采用了垃圾臨時堆放在內(nèi)部和校舍北面不到5 m寬的通道上，夜間在不影響市民正常生活的條件下外運；材料進場也是采用夜間運入，現(xiàn)場拆除校舍屋頂，屋頂位置作為材料入口，通過吊機吊入校舍內(nèi)部的堆放。選擇合適的時間運輸和創(chuàng)新材料堆放方式，解決了材料進場和垃圾外運的棘手問題。

4.3 應(yīng)對惡劣天氣和重大活動時的工期安排

在施工期間，多次遇到臺風(fēng)、大雨等惡劣氣候條件，還有進博會期間的交通管制，這些都會影響施工進度。除不得不停工外，有些對外界條件不敏感的工序盡可能正常開展，以減小天氣和重大活動對工期的影響。

4.4 內(nèi)部樁基礎(chǔ)施工

預(yù)制樁成樁時由于擠土效應(yīng)，周邊道路、建筑物均在樁基施工影響范圍內(nèi)，樁基施工時為減弱施工成樁引起的震動、擠土和超孔隙水壓對周圍環(huán)境的影響，采取了以下防護措施：1)在鄰近道路、建筑物一側(cè)布設(shè)壓力釋放孔；2)沉樁順序背離保護對象，合理控制沉樁速率；3)沉樁過程中對周圍環(huán)境進行監(jiān)測，信息化施工確保了周圍建筑物及管線的安全，實測最大變形不超過9 mm，小于預(yù)測值和允許值。

4.5 老建筑改造過程中的消防設(shè)施的實施

高密度老城區(qū)的房子很難完全滿足校方要求，校舍在改造過程中，除執(zhí)行消防要求的強制性條文外，采用新增室內(nèi)消火栓系統(tǒng)以增強消防能力。

該系統(tǒng)采用臨時高壓消防給水形式，從市政環(huán)狀給水管網(wǎng)接入兩根引水管，室外給水管道利用市政管道共同構(gòu)成室外環(huán)網(wǎng)，在兩路進水之間的市政管道上加設(shè)閥門。

此外，在消防水泵房設(shè)消火栓兩臺(一用一備)、消火栓穩(wěn)壓泵兩臺(一用一備)，按要求設(shè)置氣壓水罐，室外設(shè)水泵接合器1個。

5 結(jié)語

在新形勢下，高密度地區(qū)校舍功能升級改造勢在必行。針對既要保護歷史建筑又要適應(yīng)新時代創(chuàng)新教育的教學(xué)要求的雙重任務(wù)，在設(shè)計和施工方面采取了合理措施，歷時近一年半，完成了虎丘路95號2 500 m2的校舍改造。

在建筑設(shè)計方面，根據(jù)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)要求，建筑空間布局通過較小教師辦公室面積，以擴大公共空間，設(shè)計出集教學(xué)、實踐、眾創(chuàng)為一體的一條綠線。圍繞綠線布設(shè)自由、個性、靈活變化的空間，適應(yīng)以項目為導(dǎo)向的多功能和多樣性需求空間。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，采用“熱水瓶換膽”的結(jié)構(gòu)措施實現(xiàn)校舍功能升級改造。內(nèi)部基礎(chǔ)采用錨桿靜壓樁與柱下條形基礎(chǔ)組成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)與原有外墻基礎(chǔ)合理分離和穿越。內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)框架體系與新建基礎(chǔ)和原有外墻連接安全可靠。原有外墻除與新建鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進行連接外，在墻體內(nèi)側(cè)新增了鋼筋混凝土面層以增加強度和整體穩(wěn)定性。

技術(shù)創(chuàng)新在工程項目施工和管理中發(fā)揮了積極作用。該項目的實施克服了施工場地狹小、材料運輸困難、吊裝工藝?yán)щy、毗鄰周邊居民區(qū)、揚塵噪聲影響、周邊歷史保護建筑的沉降影響等種種困難。建筑采用裝配化施工，整體結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制安裝，整體裝配率高施工周期快。同步采用自動化動態(tài)沉降監(jiān)測、消防設(shè)施整體升級、外墻內(nèi)側(cè)鋼筋網(wǎng)片整體加固，邊支撐邊加固，流水搭接作業(yè)多工作協(xié)同配合。