北京中医药大学和平街校区基础医学院楼绿色加固改造设计
北京中医药大学和平街校区位于北京三环东北角,主体规划建设于1957~1960年间,基础医学院楼位于校园主入口(南校门)正北,原为河北师院理化楼,后作为北京中医学院基础医学院楼使用。基础医学院楼从地理位置、校园形象、学科建设上来看,是和平街校区最重要的建筑,名副其实的校园主楼(后文以主楼代称基础医学院楼)。
1基础医学院教学楼改造设计程序
改造项目与新建项目不同,需要在已有条件下分析现存问题,再根据改造的原则和目标提出改造方案(图1)。主楼现今存在的问题一方面是年久失修带来的结构隐患和消防隐患,另一方面是作为主楼的形象没有得到突显。本次改造试图从绿色建筑的视角解决这两方面的问题,并提出平安校园、绿色校园的改造原则。
2平安校园
2.1砌体建筑板墙加固:消除结构安全隐患
主楼为砖混结构,在1976年唐山大地震之后曾进行过一次结构加固,主要在外立面增加圈梁和构造柱进行加固,并在1~5层的横墙和纵墙方向都增加了部分钢拉杆(图2)。主楼于2008年使用年限达到50年,根据国家现行法规需进行结构安全性鉴定,结构鉴定报告结论为:综合抗震能力不满足抗震鉴定要求,应对房屋采取加固或其他相应措施。由于经费有限,校方一直未能进行加固改造。2018年,在国家弘扬传统文化、复兴中医等特色学科的大背景下,学校得以申请教育部改善办学条件专项资金,启动了本项目的加固改造工程工作。
根据结构安全性鉴定报告和《建筑抗震加固技术规程》(JGJ 116—2009),选择进行现浇钢筋混凝土板墙加固(图3)。主要包括:1)对墙体进行混凝土板墙加固;2)新增墙洞及原有洞口的改造;3)外墙外侧圈梁已无法继续使用,替换原有圈梁构造柱,同时沿横墙方向设置钢拉杆增强结构整体性;4)在原空心砖组合板底沿混凝土肋粘贴碳纤维。由于原有外墙为普通粘土砖,本着节材的设计原则,保持原有墙体不变,在其两侧进行钢筋混凝土板墙加固,并增加外墙保温设计。
2.2设施设备更新:消除历史遗留消防隐患问题
由于消防规范的变化,既有机电系统也需进行改造,主要包括消火栓系统、消防报警系统和防排烟系统。此外,主体建筑在改造过程中会带来原机电系统的破坏,因而也需对机电系统进行更换。
改造拆除了原有采暖系统,更新后楼内供暖系统采用垂直单管跨越式系统,供水干管设置于顶层顶板下,回水干管设置于一层顶板下。每组散热器均设置低阻力三通恒温控制阀。本项目外墙k=0.4W/(m2·K),外窗k=1.80W/(m2·K),屋面k=0.35W/(m2·K),满足《公共建筑节能设计标准》(DB11/687—2015)的要求。
消火栓系统采用临时高压制,由消防水池—消火栓泵—高位消防水箱联合供水。平时由高位水箱(与自动喷水灭火系统共用)保证火灾初期灭火用水;火灾时,由消防水池吸水供水。
3绿色校园
由于本项目改造后作为多层学生宿舍使用,机电系统需求较为简单,无需采用常规的绿建星级措施,且项目预算十分紧张,也并不支持在新建筑材料、高大上机电系统的技术实施路径上进行尝试。所以在团队进行了长时间的讨论和思考后,最终选择了适用于本项目的绿色改造手段:1)外观修旧如旧,时光重现;2)有节制的设计,满足节能要求和使用需求即可;3)考虑未来的二次改造。
3.1修旧如旧,时光重现
3.1.1历史风貌重现,立面风貌提升
校园主楼原来采用青灰色粘土砖,因此改造设计方案采用青灰色陶土劈离砖饰面修旧如旧,重点部位(如门头、建筑转角、一层外墙面等)用青灰色石材进行装饰,突出表现建筑古朴、富有年代感的学院派风格(图4,5)。
主楼现有立面破旧老化情况较为严重,加上立面上的构造柱和圈梁影响了主楼的形象(图6)。外立面改造尊重原始创作,保留主要砌筑结构,主要旨在恢复历史外观,并做有限度、有节制的风貌提升,使老校友们一进入校园,就能想起往日的亲切时光。本楼建设于1958年,像当时大部分北京官方建筑一样,以仿苏式建筑为主,门厅正对一分二的大台阶楼梯、水磨石地面、水磨石压顶的扶手、小方格木窗,这些经典的元素在校园电影、历史纪录片中,一次又一次重现。本次改造尽可能保留和提升室内品质,保留大台阶楼梯的空间,同时考虑到现代工艺现状,对水磨石扶手进行保留,其他元素则用类似的现代材料进行更新替换,以保留对原有空间的记忆感和熟悉感(图7,8)。除此之外,改造也充分考虑了主楼的地理位置,将室外环境设计的范围延伸至南校门,以此营造空间的序列感(图9)。
立面上除了青色陶土劈离砖和青灰色石材,其他设计元素还有空调格栅。现状中空调散落在立面上显得杂乱无章,很大程度上影响了立面效果,所以在立面设计时将空调室外机位也作为一个重要设计元素进行考虑(图10,11)。以钢龙骨为支撑,3mm不锈钢穿孔板为围护结构。这种做法轻盈玲珑,不仅不会影响立面效果,还能作为主要设计元素来提升立面效果。
3.1.2有节制的设计,满足节能要求和使用需求
根据《绿色建筑评价标准》(GB/T 50378—2019),节材及材料资源利用作为绿色建筑评价标准之一,其中提到通过优化设计减少材料的使用以及采用可再利用材料和可再循环材料
本次改造秉承节材的原则,保留原有砖墙。由于现有的圈梁和构造柱已无法继续使用,因此设置新的圈梁,并在两侧添加钢筋混凝土板墙进行加固,再利用外保温保证外立面的完整和良好的外立面效果。同时沿用了原有建筑的窗墙体系,由于原有窗户面积较大,能够较好地满足日照环境及采光通风的要求,而日照环境和采光通风会直接影响学生和教职员工的身心健康和居住生活质量
现有的建筑外墙没有设置保温,无法满足现行《民用建筑热工设计规范》(GB 50176—2016)的要求,会严重影响学生及教职工使用的舒适度。所以在此次改造中,选择了外墙外保温的做法,同时也设计了屋顶保温来降低建筑能耗。外保温的保温隔热效果好,能基本杜绝热桥,特别是对于外立面需要改造的既有建筑,外墙节能改造宜以外保温为主。节能改造的另一方面体现在门窗上,将原有的金属窗户换成了铝合金断热窗(6+12A+6Low-E)。
平面上,尽可能保留原有的空间形态,用最小的代价来实现平面功能的需求,同时充分考虑后期二次改造可能的代价,提出相应的对策。
3.2考虑未来二次改造
校园主楼经改造后将作为学生宿舍使用,主要为解决北京中医药大学临床学生迫在眉睫的居住问题,同时根据学校的长远规划,本楼是一系列房龄超过50年的老建筑改造加固工程的开始,很多其他老建筑此后将陆续展开改造工作。未来随着学校办学条件的逐步改善和学科发展规划的实施,可能在8~10年后会恢复原主楼的功能,重新改造为和平街校区行政楼或中医历史展览馆。为了减小二次改造的难度和避免浪费,本次改造加装了两部电梯,以适应无障碍需求和未来不确定的使用需求。内部隔墙全部采用双层石膏板隔墙,以降低未来内部空间二次修改时拆除破坏和修补的难度。通过提前的设计考虑使得建筑可以不断适应变化的需求,从而达到延长建筑寿命的目的(图13~15)。这是从宏观方面预留二次改造的弹性度,也是影响最大的一个方面。除此之外还有为设备管道留有空间,以及在微观层面上对材料的变形设计提前考量。
绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。既有建筑绿色化改造设计就是指通过对既有建筑进行节能、节水、节材、节地以及室内环境改善和室外资源优化整合等方面的综合性改造,使既有建筑具备绿色品质,达到绿色建筑标准的设计过程
本次主楼加固改造项目尽可能利用建筑设计本身来达到节约资源的目的,特别是在节地和节材方面,比如保留原有砖墙的做法达到了节材的目的;保留原有的窗墙体系,使用最小的代价获得很好的采光通风,达到建筑自身被动式节能的效果。在保护环境方面,此次改造项目在最大程度上降低对周边场地的影响,保留周边树木,并强调主楼到南门的景观设计,使主楼与周边环境相融合(图16)。
图片来源
图1根据文献
[2] 绿色校园评价标准:GB/T 51356—2019[S].北京:中国建筑工业出版社,2019.
[3]冯阳.与时俱进的人类工效学[J].南京工业大学学报(社会科学版),2004(4).
[4]柴方建.既有大学生宿舍改造设计研究[D].南京:南京工业大学,2014.