既有建筑结构改造中安全性与功能性协同设计策略

前言：城市化从增量扩张向存量更新转型升级，既有建筑结构改造成为盘活城市空间资源的核心抓手，有利于提升建筑使用价值。受到建成年代技术标准、使用功能迭代等因素的影响，现存需要改造的既有建筑面临结构老化导致的安全问题，存在空间布局僵化等功能缺陷。在此背景下，研究既有建筑结构改造中安全性与功能性协同设计策略具有重要的现实意义，既能提高改造项目的综合效益，又能助推既有建筑更新改造的高质量发展。

一、既有建筑结构改造的功能需求分析

（一）使用功能变化趋势

建筑使用功能需求随着社会发展而不断演变，在既有建筑结构改造过程中需要分析不同类型建筑使用功能的变化趋势，这样能明确改造设计的重点[1]。以办公类建筑为例，传统办公模式逐渐向智能化办公转变，提出更高层面的空间灵活性等要求，保证网络通信质量。基于此，在既有办公建筑改造中考虑拆除部分非承重隔墙，灵活分割办公区域，同时要升级电气系统，这样能满足现代办公提出的使用功能需求。

（二）功能优化目标设定

既有建筑结构改造需要有明确的功能优化目标，给后续结构设计提供清晰指引，保证改造后的建筑结构可以精准满足使用者需求。以商业建筑为例，既有建筑结构改造以提升商业运营效率、增加顾客停留时间为重要目标，通过优化平面布局的方式合理规划商业流线，吸引更多的顾客。同时要合理改善通风与采光条件，侧重营造舒适的购物环境，最大程度发挥建筑结构的功能。

二、既有建筑结构改造中安全性与功能性协同设计策略

（一）基于功能需求的结构加固

既有建筑结构改造需要满足功能需求，保证结构安全，以此实现安全性与功能性的协同设计。针对既有建筑功能改变导致荷载增加的情况，应该针对性进行结构加固，实现加固建筑结构的目标[2]。例如，将既有仓库改造为商场，由于建筑结构人工密集和货物堆放方式的改变，大幅增加楼面的活荷载，采用粘贴碳纤维布加固法对楼盖结构进行加固——通过发挥碳纤维布的高强度、重量轻、耐腐蚀等特点有效提高构建的抗剪承载能力，进而满足新功能提出的结构安全要求。与此同时，在既有建筑更新改造中充分考虑商场空间的美观需求，使用碳纤维布粘贴工艺对建筑外观的影响比较小，不会影响商场的商业氛围营造。

（二）结构与功能一体化的设计

既有建筑结构改造中安全性与功能性协同设计，需要在满足建筑安全要求的同时更好地发挥功能优势，实现结构安全性和功能性的完美统一。例如，在改造既有体育场馆时，出于增加观众容量、改善观赛体验等目标，设计人员对看台结构进行改造。考虑多方因素之后决定采用悬挑结构设计，在不扩大建筑占地面积前提下向外拓展看台空间，实现增加观众座位数量的设计目标。这样既能提高既有建筑结构空间的利用率，又能优化观众的视线，实现安全性与功能性协同设计。

（三）利用新技术提升安全性与功能性

当前，新技术为既有建筑安全性与功能性协同设计提供有力支持，提升建筑结构的安全性，最大程度发挥建筑功能[3]。既有建筑更新改造中，运用智能监测技术实时监测建筑结构的应力、变形等参数，也能应用智能控制系统自动调节照明等设备，既可以提升建筑工程的智能化，又能显著提升建筑节能水平。具体来说，引入建筑信息模型技术进行三维建模，实现建筑结构、机电设备、室内装修的协同设计，可以提前发现设计冲突，合理优化施工方案，这样能保证结构改造的准确性与安全性。

三、案例分析

（一）项目背景

某既有综合性医院建于 20 世纪 90 年代，原有建筑的结构安全性、功能布局已经不能满足现代医疗需求，需要进行结构改造。经过实地勘察，发现该建筑结构存在抗震性能不足的问题，也存在部分构件老化的情况，需要保证建筑结构的安全性。同时，科室布局混乱，也缺乏先进的医疗设备用房，患者的就医流线不清晰，需要优化建筑功能，进行以下多个层面的结构改造和功能优化：

（二）提升结构性安全

针对 20 世纪 90 年代综合性医院的结构安全问题，设计团队以精准监测为原则，整理框架梁混凝土强度低于现行医疗建筑 C30 要求、部分梁柱因节点箍筋间距超标出现抗震延性不足、地下室棚板存在多处裂缝三大核心隐患，制定针对性的加固措施。首先，采用粘贴 200g/m² 碳纤维布的方式加固混凝土框架梁，沿着跨梁方向贴满碳纤维布，在顶端设置 U型箍锚固，约提升 35% 梁抗弯承载力。其次，对梁柱节点进行外包钢加固技术，选用 8mm 厚的 Q235 钢板包裹节点，在此基础上通过化学锚栓与原结构连接，这样能增强节点抗剪能力。最后，针对地下室顶棚裂缝结构问题，采用环氧树脂灌浆封闭裂缝，之后在板底粘贴碳纤维网格布，形成“灌浆+加固”的双重防护，保证顶板能承载新增的大型医疗设备。经第三方检测机构验证，加固后综合性医院结构各项指标均满足《建筑抗震设计标准》GB/T50011-2010（2024 年版），抗震设防烈度从 6 度提升至 7 度。

（二）功能优化设计

结合现代医疗功能需求，设计团队坚持“流程优化、体验升级”为核心，系统性重构医院功能布局，具体如下：一方面，在空间布局上坚持“诊疗—检查—住院”的垂直分区设计，旨在打破原有分散式的科室分布模式的弊端。在门诊区，遵循集群原则划分功能单元，合理设置诊室、治疗室、医生办公室，可以减少患者跨区移动；在医疗技术区集中布置放射科、检验科、超声科，通过内部走廊连接各个科室，给患者提供“检查项目一站式完成”医疗服务；重新规划住院区的病房类型，合理改造“5 人间+单人间”组合模式，满足不同患者的住院需求。另一方面，优化设置配置，解决原有建筑流线混乱的问题。在门诊区增设自助挂号缴费机，实现“挂号→缴费→打印报告”的自助化，大幅度减少患者的排队时间。优化公共区域的通风与采光系统，将原有的自然通风升级为“新风+排风”的机械通风系统，同时更换门诊大厅原有采光天窗。

（三）协同设计效果

通过安全性与功能性协同设计，医院改造项目实现了“安全达标+功能升级+效益提升”的综合效果。首先，改造后建筑不仅满足现行规范要求，更具备应对医疗设备荷载变化的灵活性需求，为医院未来发展预留更多的空间。其次，改造后医院运行效率与患者体验显著提升。结合医院运营数据统计，门诊患者平均就医时间从改造前的 110min 缩短至 90min，大幅度提升住院患者满意度。最后，建筑能耗较改造前降低 20% ，每年减少电费支出约 15 万元，真正实现“安全+功能+节能”多重效益的统一。

结论：既有建筑结构改造中安全性与功能性协同设计策略不仅是提升项目价值的一项关键手段，更可以推动建筑行业向存量提质转型，继而为城市可持续发展提供有力支撑。

参考文献：

[1]包超,吴巧智,杜姣燕,等.既有建筑隔震改造后结构体系地震易损性分析[J].自然灾害学报,2025,34(3):213-222.

[2]谢静.既有建筑幕墙改造中的安全性评估与设计优化[J].中文科技期刊数据库(引文版)工程技术,2025(6):48-51.

[3]韩雨晨,宋亚程,韩冬青.协同矩阵——结构与空间交互的既有建筑改造设计方法建构[J].建筑学报,2024(1):112-117.