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公共建筑改扩建研究本科学位论文

北京交通大学

硕士学位论文

公共建筑改扩建研究

ResearchofPublicbuildingReconstruction

培养单位：

北京交通大学

论文提交日期：

2014.11

中文摘要

摘要：

随着社会经济、科学技术的不断发展，我国进入了全方位快速发展的时代。

公共建筑是集多学科和复杂功能于一体的建筑类型。

目前，我国正处于教学改革和发展的重要时期，许多公共都正在面临着规模的扩张以及环境的改善，这将对公共建筑的功能结构、流线组织、空间形态等方面产生巨大的影响，各类型的公共建筑的使用理念和使用方式也在不断的进行改革更新，既有功能型建筑从规模、功能、节能度上都越来越不能满足现有的使用要求。

因此公共建筑的功能、空间、美观的合理性也愈发的重要。

而单纯地大拆大建与拆旧建新的城市建造方式既造成人力物力财力的大量浪费，也破坏了环境，更重要的是会造成城市记忆的缺失。

在此种情境下，对既有公共建筑进行改扩建与功能提升基础上的再利用是一种合适的解决方式。

在未来的一段时期内，改建、扩建将成为学校动态发展的主要方式。

公共建筑是城市最重要的组成部分，也是人们在城市中接触到最多的空间，是整个工作、学习、休闲都离不开的重要节点，其环境的好坏对人们的生活生活方式有着很大的影响。

而许多老建筑受建造时条件所限，往往以经济性作为设计的出发点，而随着社会属性模式的进步和功能的扩张，这些老建筑与使用者对公共建筑功能和空间的新要求之间往往存在着巨大的矛盾。

教学楼是学校建筑中功能和空间最复杂的，其改扩建设计要综合学校发展规划、建筑现状、资金策略、教学技术、建筑设计以及相关专业等因素进行。

本文首先列举了改扩建的设计主要方法研究，并阐述了改扩建的操作流程和设计原则；然后，通过北京十一学校改扩建实例分析对公共建筑改扩建中的功能空间、交通流线和设施技术三个问题进行分项研究，并展开讨论了其设计内容及对应具体问题的改扩建措施；最后在对实例运用图解分析的基础上，对公共建筑改扩建的设计手法进行分类总结，并从改扩建角度提出了公共建筑的设计趋势。

关键词：

学校、教学楼、改扩建、功能提升、技术策略。

ABSTRACT

ABSTRACT:

Abstract:

withthecontinuousdevelopmentofsocialeconomy,scienceandtechnology,ourcountryenteredtheeraofrapiddevelopment.Schoolbuildingissetamultidisciplinaryandcomplicatedfunctionsinoneofthebuildingtype.Atpresent,ourcountryisintheteachingreformandthedevelopmentimportantperiod,manyprimaryandmiddleschoolsarefacingtheexpansionofthescaleandtheimprovementoftheschoolenvironment,itwillbefortheschoolbuildingsfunctionstructure,floworganization,spatialform,etc,haveasignificantimpact,elementaryandmiddleschoolseducationideasandmethodshavebeenreformingupdate,boththefunctionalarchitectureismoreandmorefromthescale,function,energysaving,can'tmeettherequirementsoftheuseofexisting.Sothefunctionoftheteachingbuilding,therationalityofthespace,beautifulalsoisincreasinglyimportant.Andsimplydowntobuildanddismantleoldbuildnewwayofurbanconstructioniscausinghugewasteofmanpower,materialandfinancialresources,alsodestroyedtheenvironment,moreimportantiscancauselossofcitymemory.Insuchacontext,forboththeschoolteachingbuildingandfunctionreconstructionandimproveonthebasisofreuseisasuitablesolution.

Inthefutureforaperiodofreconstructionandexpansionwillbecomethedominantformofdynamicdevelopmentoftheschool.

Teachingbuildingisthemostimportantpartoftheschool,alsothetopstudentsintheschoolaccesstospace,isanimportantnodeofthewholeteachingisinseparablefromthe,thestandorfallofitsenvironmenthasagreatinfluenceonthestudents'interestinlearningculture.Andwhenalotoftheoldschoolbuildingconditions,oftentoeconomyasthestartingpointofdesign,andwiththeprogressofteachingmodeandthefunctionoftheexpansion,theseoldbuildingsandtheusersofthebuildingfunctionandspaceoftenthereisagreatcontradictionbetweenthenewrequirements.

Intheteachingbuildingisaschoolbuildingfunctionandspaceisthemostcomplex,itsconstructionanddesignforcomprehensiveschooldevelopmentplanning,construction,financingstrategy,teachingtechnology,architecturaldesignandrelatedfactors.Atfirst,thispaperenumeratesthemainfactorsaffectingitsreconstruction,andexpoundstheprocessofreconstructionanddesignprinciples;Then,throughtheexampleanalysistothebuildingfunctionspace,trafficstreamlineandfacilitiesinthereconstructionandthreeproblemsarestudiedseparately,anddiscussitsdesigncontentandthecorrespondingreconstructionmeasuresforconcreteproblems,Finallyintheinstanceusingthegraphicanalysis,onthebasisofsummaryofschoolteachingbuildingofthereconstructionanddesignmethodsareclassified,andthedesignofschoolbuildingwasputforwardfromtheAngleofreconstructiontrend.

KEYWORDS：

schools,teachingbuilding,reconstruction,function,technicalstrategy.

中文摘要iv

ABSTRACTv

1绪论1

1.1选题的背景及意义1

1.1.1选题的原因1

1.1.2选题的背景1

1.2改扩建利用的优势1

1.2.1经济优势1

1.2.2生态优势2

1.3研究对象的界定及相关概念2

1.3.1研究对象的界定2

1.3.2研究对象的相关概念2

1.4本领域国内外最新研究动态和成果4

1.4.1国外的研究动态与成果4

1.4.2国内的研究动态与成果5

1.5本题研究方法及架构6

1.5.1本题研究方法6

1.5.2本题研究架构7

1.6本章小结

2组合界面"思路的建筑改扩建设计模式9

2.1“组合界面”思路的建筑改扩建设计模式9

2.1.1简单并置式9

2.1.2复合并置式11

2.1.3外向围合式11

2.1.4内向嵌入式12

2.1.5连接体模式13

2.2“组合界面”思路的建筑改扩建设计原则14

2.2.1空间的适用性原则14

2.2.2以和为美的构图原则15

2.2.3文脉的延续性原则15

2.2.4多元共生性原则16

2.2.5整体协调性原则18

2.2.6经济性原则18

2.3小结

3缝隙用于旧建筑改扩建的设计形式15

3.1缝隙的位置21

3.1.1缝隙位于外部空间21

3.1.2缝隙位于立面造型21

3.1.3缝隙位于内部空间23

3.1.4缝隙位于构件之间24

3.2缝隙的功能25

3.2.1共享空间25

3.2.2入口空间26

3.2.3交通连接28

3.2.4采光通风28

3.2.5变形缝29

3.2.6其他功能30

3.3缝隙的空间形态30

3.3.1缝隙的尺度30

3.3.2缝隙的比例31

3.4缝隙的材料33

3.4.1旧建筑改扩建的材料原则33

3.4.2缝隙的新旧界面材料33

3.4.3缝隙其他界面材料34

3.5小结

4建筑改扩建中轻型结构的优势及其类型34

4.1建筑改扩建中加建结构的限制因素34

4.1.1坚固性对加建结构的限制34

4.1.1.1原有结构状况34

4.1.1.2原有结构对加建结构的限制35

4.1.2适用性对加建结构的限制35

4.1.2.1建筑功能的合理性35

4.1.2.2建筑空间环境的舒适性36

4.1.3经济性对加建结构的限制37

4.1.3.1土地成本37

4.1.3.2建筑成本37

4.1.3.3社会成本38

4.1.4美观性对加建结构的限制38

4.1.4.1风格造型和改扩建观念38

4.1.4.2风格和观念对加建结构的限制39

4.2轻型结构应用于建筑改扩建的优势39

4.2.1加建结构对原有结构干预最小化39

4.2.2轻型加建结构的适应性41

4.2.2.1灵活的加建功能体41

4.2.2.2加建结构的气候控制作用42

4.2.3加建结构经济效益量大化42

4.2.4轻型加建结构符合现代审美技术要求43

5实例分析及工程实践44

5.1实例分析——北京十一学校改扩建工程44

5.1.1学校背景介绍44

5.1.2项目背景起因44

5.1.3改扩建的重点45

5.2学校改扩建设计条件45

5.3设计中空间环境提升的建筑及技术策略46

5.3.1功能布局46

5.3.2空间营造50

5.3.3材料运用52

5.3.4技术处理53

5.3.4.1中学屋顶轻型结构55

5.3.4.2中学结构技术处理问题67

5.3.4.3中学屋顶轻型结构67

5.4本章小结

6结论与展望71

参考文献72

1绪论

1.1选题的背景

1.1.1选题的原因

在硕士学位课程期间，笔者参与了背景十一学校改扩建工程，对建筑的改扩建以及改扩建中的功能提升有了一定程度的研究和了解，对改扩建的概念和基本方法有了一些初步认识，这些都成为这篇论文的基础。

在此基础上，笔者又分析了国内外大量的改扩建公共建筑成功案例，归纳出改扩建与功能提升过程中容易出现的一些问题、改扩建的技术手段、功能提升的手法等。

1.1.2选题的背景

商品经济的快速发展和社会主义市场经济的逐渐形成，推动着社会生活的各个方面发生着深刻的变化。

人们对作为社会生活载体的城市和建筑也提出了更新更高的要求。

城市经济发展速度大大加快，建筑的更新改造也在以空前的规模和速度展开，我国的城市建设与建筑更新进入了加速发展的阶段。

首先，现有建筑规模已经越来越不能适应当前的使用要求，而全部新建不符合我国节约型经济社会的发展要求。

其次，建筑物一旦形成，排除战争、自然力破坏或人为拆迁等因素，它自身的损坏是相对缓慢的，一幢建筑物的存在可以跨越不同的社会时期。

在其漫长的生命周期内，建筑需要随着人们的生活观念、生活内容、生活方式的变化而变化，以适应不同时期、不同使用者的需要，它必须随着社会政治、经济、文化的发展和人们生活质量的提高，对其功能和环境加以更新、改造。

另外，“从城市社会生态环境多样性的要求来看，传统的一般性老建筑和城市地标应一起被保护，城市需要老建筑。

”建筑的改建和扩建反映了当今世界的发展情况，是当今城市建设和建筑更新的一个趋势，有较为深刻的社会特点和时代背景。

1.2改扩建再利用的优势

1.2.1经济方面

对既有建筑进行改扩建功能提升后再利用的资金投入远远少于新建一座建筑。

一座建筑拆除要耗费大量的人力、物力和财力，不同的建筑规模和建筑类犁的拆除费用也不相同，平均每平方米拆除掉的建筑的价值以及拆除和搬迁的费用总和不会少于700．800元，乘以一座建筑的平均建筑面积、每座城市拆除建筑数量和中国的城市数量之后，中国每年投入建筑拆除的费用将是一个惊人的数字。

与此同时，建筑拆除后在此新建一座建筑的投入资金通常约为5倍的拆除资金，积年累月后的数字非常之大，有违于我们建设节约型社会的要求。

相反的，对既有建筑进行合理的再利用会大大减少资金的投入。

1976年美国历史保护信托基金会（NationalTrustofHistoricPreservation）所举行的一次名为保护旧建筑的经济收益EconomicBenefitsofPreservationOldBuilding的会议中，由分析实例得出结论：

通常建筑再利用可节省新建费用的1/3或1/4。

1.2.2生态方面

对既有建筑进行改扩建功能提升后再利用的生态合理性远远优于新建一座建筑。

从能量的角度来看，一座既有建筑在建造时就投入了一定的能量和资源，毁掉它就意味着再次投入～些能量来毁坏这些已经投入的能量，使其大部分化为有害的固体废物，而这个过程又伴随着对环境的污染。

“换言之，拆毁一座建筑物是将自然资源和能量转化成不可降解废弃物的过程。

”

1.3研究对象的界定及相关概念

1.3.1研究对象的界定

本文研究的对象为学校改建、扩建和功能提升过程中涉及到的设计与技术策略，偏重于技术策略。

在现当今用于改扩建中的设计与技术策略很多，本文将着重介绍改扩建中较为突出的设计与技术，加以分析研究。

并将结合背景十一学校改扩建工程实例进行分析研究

1.3.2研究对象的相关概念

公共建筑是指满足城市公共功能需求的建筑类别，与居住建筑、工业建筑一起，组成建筑的三大类型，是人们进行社会生活和活动的必要场所。

涵盖的具体类型很广，包括医疗建筑、文教建筑、办公建筑、商业建筑、体育建筑、交通建筑、展览建筑、观演建筑、纪念建筑等。

按照本文的研究的方向为文教建筑的改扩建工程（中小学建筑改扩建工程）。

改扩建是改建和扩建的统称，国际上惯用remodeling（改造、重建、重新塑造）或renovation（对老建筑的整修翻新）来表示。

根据各个建筑使用情况的不同而提出的不同改造要求，既有公共建筑的改扩建大致可以分为以下三种类型：

（1）扩建

（2）加固改建（3）节能改造。

1）扩建

扩建又大致可以分为a）加层扩建、b）水平式扩建、c）加层与水平式同时扩建三种。

a）加层扩建

加层扩建是指在原有建筑规模不能满足使用需要，周围场地条件又不允许的情况下，在原有建筑屋顶再采用轻型钢结构作结构主体受力骨架，采用轻质高效材料和新型墙板做围护结构的改造，这种改造的优势是对原有的建筑空间结构影响很小。

b）水平式扩建

水平式扩建是在原有建筑规模不能满足使用需要，但周围又有一定空地的条件下，可以在邻近建筑处加建一部分，加建部分与原有建筑的连接可以呈现多样化的方式。

根据新建建筑与原有建筑连接方式的不同，水平式扩建又可以分为邻贴式加建和连接体连接式加建两种。

c）加层与水平式同时扩建

加层与水平式同时扩建是同一项工程上述两种方式的同时进行，是应用最广泛的方式。

2）加固改建

加固改建是以新加构件加固钢筋混凝士梁、柱和楼板的方式，目前使用较广的是以轻钢结构加固，具体形式为外包钢加固法。

外包钢加固法是在钢筋混凝土梁、柱四周包以型钢的一种加固方法，外包钢材可用角钢、槽钢、钢板等，对于工程中常见的矩形构件大多在构件的四周包角钢，其横向用箍板连接，楼板用贴碳纤维的方法加固。

3）节能改造

节能改造可以分为狭义和广义两类。

狭义改造指建筑构件如围护结构、屋项和门窗的改造。

广义改造包括了建筑构件和建筑内设备如灯具、水处理设备等的改造。

4）．再利用

“即对某一场所进行调整使其容纳新的功能，其关键在于为文化遗产寻求恰当的用途。

使得该场所的重要性得以最大限度的保存和再现。

”

5）．功能提升

目前国内外对于功能提升并没有一个权威的明确定义，笔者翻阅资料后认为：

功能提升应该略等于功能置换，即功能的改变，新功能的引入和旧功能的撤出以及室内与室外空间品质的改善。

1.4本领域国内外最新研究动态和成果

1.4.1国外的研究动态和成果

1）．实践方面

近年来对建筑的改扩建及功能提升领域的实践成果较为丰富。

尤其是欧美，很多城镇已经几十年甚至上百年未有新建筑产生。

同时，由于具有较强的经济实力和先进的技术，国外的改扩建建筑形式丰富多彩，通过改扩建形成了更为丰富的内部与外部空间形态。

另外，设计师着重对新旧连接处的处理，充分体现了改扩建后建筑的个性，并且较为关注建筑与城市空间的纹理与脉络。

实例方面，较早的有1928年的P·查理奥（PierreChareau），将巴黎的一幢老公寓以毫不妥协的新材料、新形式与新美学理念改建成著名的玻璃屋，被认为是既有建筑改扩建的序幕。

到了80年代后期至今，既有建筑改扩建与功能提升后再利用开始在城市建设中大规模普及并进入成熟阶段。

这一时期，适应性再利用的观念已经成为既有建筑保护和城市复兴的普遍观念和手段。

大规模地进行既有建筑改扩建与功能提升再利用对促进城市复兴、构建新人居环境起到了重要的作用。

其中，瑞士雀巢公司总部办公楼扩建工程、卢浮宫扩建工程等都给我们提供了很好的借鉴。

2）．理论方面

除了建筑实践方面，国外的相关理论研究也相对成熟。

早在五六十年代，在建筑遗产保护理论最发达严谨的意大利，以卡洛·斯卡帕（CarloScarpa）为代表的一批先驱们重新继承了查理奥开创的探索道路。

美国的劳伦斯·哈普林在1965年就提出了建筑的“再循环”理论；70年代中期后，制定了相当多的有关既有建筑保护和利用的国际性文件。

如1976年的《内罗毕建议》《NairobiSuggestion》、1977年的《马丘比丘宪章》《CharterofMachuPicchu》、1979年的《巴拉宪章》《BurraCharter》、1987年的《华盛顿宪章》《WashingtonCharter》等，这些文件逐步在《威尼斯宪章》的基础上，扩展了既有建筑保护的范围和保护利用手段，建筑遗产保护在1975年欧洲文化遗产年开展后迅速成为主流意识，以既有建筑改扩建为核心的新城市复兴浪潮在西方迅速展开。

另外，肯尼斯·鲍威尔的《既有建筑的改建与重建》中也以具体实例翔实的介绍了既有建筑的更新和再利用问题。

1.4.2国内的研究动态和成果

1）．实践方面

我国既有建筑的改扩建开始于70年代末一80年代初，可大致分为3个时期。

第一时期，改革开放时期。

改革开放促进了旅游业兴旺发展，带动了市场经济，首先促使一批原有旅馆、商场因室内装修落后、设施陈旧而加以改建。

此类工程多偏重于对室内设计和门面的改造上。

第二时期，80年代后期-90年代中期。

此时期开始了对建筑物整体地加以改造，大规模的城市更新，涉及剑大量既有建筑的改扩建与功能提升。

但由于受经济、技术水平以及价值观念等影响，城市更新采取“大拆大建，推倒重来”方式的较多，改扩建再利用的思路也仅局限于“修旧如新”和“修旧如旧”，尚未形成系统的理论。

第三时期，九十年代中期至今。

目前建筑行业的设计人员和理论研究学者对以往的改扩建中的错误思路和方法已有了一定的重视，一些专业学术刊物和论著也都不同程度的对此有所介绍和评论。

在一些实践工程中也有不少既有建筑经改扩建功能提升再利用后延续了自身价值，与环境协调共生，如上海新天地、南京的1912、商务部办公楼的改扩建工程等优秀的改造项目。

2）．理论方面

虽然我国现在关于既有建筑的改造再利用的研究仍在起步阶段，但已有许多学者和建筑师开始关注和着手研究这方面的课题，做出了不少成功的理论总结与改造实践。

对既有建筑整体概述的有：

天津大学的博士研究生贺静写了《整体生态观下既存建筑的适应性再利用》的文章，指出适应性再利用对于我国建筑业可持续发展的现实和长远意义；清华大学的硕士研究生史逸写了题为《既有建筑物适应性再利用研究与策略》一文，主要研究既有建筑的适应性再利用及其策略。