中小尺度航站楼空间中的结构表达

中小尺度航站楼空间中的结构表达周健【摘要】以虹桥机场T2航站楼(新建)、T1航站楼(改造)、扬州泰州机场航站楼(新建)设计为例,介绍了中小尺度航站楼空间中将结构作为建筑表达对象的实践,指出即使简单的结构形式也可以找到适合建筑总体风格的表达方式.结构逻辑展示的清晰性、构件与建筑空间尺度的协调性、节点细节的精致性是结构表达的三个关键要素.【期刊名称】《建筑技艺》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】8页(P44-51)【关键词】中小尺度空间;航站楼;结构的建筑表达;外露结构【作者】周健【作者单位】华建集团华东建筑设计研究总院【正文语种】中文【中图分类】TU248.6结构在成就建筑之美的同时，自身也能作为建筑美的一部分得以表达，这是结构工程师最希望看到的结果。

以往，较多的航站楼设计选择了大尺度的室内空间，甚至将大空间的屋盖钢结构部分全部外露进行展示，其中结构体系展示完整、形和力契合完美、节点处理干净的项目，往往能够给人留下深刻印象，成为结构与建筑完美融合的范例。

近年来，越来越多成熟的机场业主对航站楼建筑的关注点，从追求外部形态的标志性和室内空间的高大气派，转向追求功能的便捷高效和环境的人性化，这种务实的建筑观使中小空间在航站楼中频繁出现，如何在这样的中小空间中实现结构的建筑表达是一个新的命题。

下面通过华建集团华东建筑设计研究总院的三个项目实践，探讨中小尺度航站楼空间结构表达的几个关键要素。

1 虹桥机场T2航站楼虹桥交通枢纽综合了机场、高铁、轨道交通等多个功能，是由几个高度相当的单体连成一体的巨大建筑群（图1），虹桥机场T2航站楼位于最东侧。

若以一般大型机场为参照，T2航站楼室内空间只能算中小尺度。

T2航站楼是横平竖直的规则形态，不适合通过建筑外形彰显建筑特点，建筑师设计的重点在于建筑功能的便捷、高效、人性化以及建筑空间的简洁、精细、内敛，同时建筑师希望通过结构的适当展示来强化建筑总体特征，并助力建筑空间品质的塑造。

由于结构跨度不大，常规的结构体系即可满足受力需求。

结构设计并没有止步于关注结构效率的最优化，而是力求在结构受力合理的范围内，把结合建筑表达需要寻求综合的最优作为目标；又因为空间尺度不大，旅客离结构构件相对较近，外露结构的精致性也顺理成章地成为设计的基本要求。

T2航站楼的办票大厅平面类似一个高度为36m的倒置梯形，屋面在其中三条边的边缘都设置了3m宽的条形天窗。

对于这个跨度，从结构受力角度分析，钢桁架是最为经济的选择，但天窗的存在会使相对繁杂的桁架构件直接暴露在视线内，与建筑空间的简约风格不甚相符。

最终建筑师选择了更为简洁的实腹箱梁方案——吊顶设于梁间，梁的底面全部外露，结构的传力途径得以完整展示，干净利落（图2，3）。

常规的梁柱体系难以表现结构的精致性，建筑师与结构工程师不约而同地想到了通过节点的处理进行表达：梁柱间采用理想的铰接，使得销轴节点这一发挥余地极大的节点形式有机会应用，同时梁截面得以在端部大幅收小，以实现视觉上的轻量化，从而呈现精致的效果（图4）。

纤细的支柱可使屋盖显得轻盈，尽可能减小外露柱的截面也是建筑师的要求。

通常情况下，柱截面无法做小是因为柱子需要同时承受竖向荷载和水平荷载。

在办票大厅中，通过加强屋面内刚度，将水平荷载全部传至不外露的框架结构和周边的柱间支撑（图5），使外露柱仅承受竖向荷载，10m净高的钢柱直径可以控制在450mm，达到了纤细的效果（图6）。

柱间支撑采用钢拉杆，梁、柱、系杆、支撑间的铰接节点做了特殊处理（图4）。

自动扶梯位置各层楼板缺失，支撑屋顶的柱从-16m的地下层直接升到+22m，柱长达38m。

为了使同一空间中的外露柱保持相同的450mm直径，结合幕墙构件的需要，在各楼层设置水平桁架，对柱形成弹性侧向约束以减小计算长度，桁架本身也尽可能简化构造，缩减尺寸（图7）。

1 虹桥枢纽2 虹桥机场T2航站楼办票大厅钢梁3 虹桥机场T2航站楼办票大厅钢梁4 虹桥机场T2航站楼多杆铰接节点5 虹桥机场T2航站楼柱间支撑虹桥机场T2航站楼业主：上海机场集团建筑设计：华建集团华东建筑设计研究总院设计团队：郭建祥、高文艳、黎岩、潘胜龙、付小飞、冯昕、张建华、吕程、纪晨、杨梦柳、余舜华、谢曦、张宏波等（建筑）；周健、徐志敏、陈红宇、项玉珍、汪大绥、张富林、周伟、施志深、许静、季俊杰、刘建飞、陆屹、陈小平、毕晓平（结构）设计时间：2005～2010建成时间：20106 虹桥机场T2航站楼办票大厅钢柱7 虹桥机场T2航站楼跨层柱8 虹桥机场T2航站楼无行李通道连桥T2航站楼内的连接通道均独立设置在较高空间的中部，自然成为了视觉的焦点，它们也都被作为结构表达的对象进行展示：到达大厅的无行李通道位于柱间跨中，与柱网呈45°夹角关系，结构上采用纤细的钢杆斜拉方式为通道结构提供支点，强化了结构的悬浮感（图8）；前往交通中心的长连桥采用了同样的斜拉结构形式，钢箱梁整体为锥形，使周边显得很薄，增加了轻巧感，箱梁内设置了TMD减振装置以解决人致振动问题（图9）；跨越下沉花园进出车库的步行桥采用梁柱结构，钢柱上下铰接只承受重力，侧向刚度由较为隐蔽布置的外加水平索提供，让简单的结构呈现一种看似不稳定的趣味性（图10）；办票大厅内通往屋顶餐厅的连桥采用普通单跨梭形桁架结构，斜腹杆按受拉方向布置，截面明显小于受压的直腹杆，视觉效果上使杆件显得更为简洁，同时二者截面尺寸的差异也为相交处采用销轴节点创造了条件。

结合泛光照明，整个连桥显得玲珑剔透（图11）。

9 虹桥机场T2航站楼前往交通中心连桥10 虹桥机场T2航站楼前往车库连桥11 虹桥机场T2航站楼办票大厅连桥12 虹桥机场T2航站楼双向张弦梁屋盖13 虹桥机场T2航站楼格构式腹杆14 虹桥机场T2航站楼入口雨篷航站楼中唯一跨度较大的结构是位于南北两侧的贵宾候机厅屋盖，其平面形状为底边90m、高45m的等腰直角三角形，采用了双向张弦梁结构以配合建筑师对屋面天窗指向性的要求（图12）。

为了解决双向杆件相互穿越的问题，所有的腹杆均做了空腹的特殊处理（图13）。

楼前入口雨篷，也采用了小型的弦支结构，很好地控制了顶部结构的厚度，从而为格栅等建筑构造让出空间，同时撑杆和下弦拉杆的节点进一步强化了结构的精致性（图14）。

整个虹桥T2航站楼虽然没有用到复杂的空间结构体系，结构的表达也采取了较为含蓄的方式，但每一处结构的设计都遵循了建筑空间简洁、精细、内敛的统一逻辑，通过结构细节的精致表达，提升了建筑空间品质。

15 虹桥机场T1航站楼改造后外景虹桥机场T1航站楼改造业主：上海机场集团建筑设计：华建集团华东建筑设计研究总院设计团队：郭建祥、张宏波、吕程、孙芸、马洪涛、鞠黎舟（建筑）；周健、张耀康、许静、王帅、顾乐明、蔡学勤、周慧、陆屹（结构）设计时间：2012～2017建成时间：20182 虹桥机场T1航站楼改造虹桥机场T1航站楼分为A楼和B楼，本次改造前已在20世纪60、80、90年代经多次改扩建，是一个根据时代发展需求逐渐“生长”的建筑。

本次改造的目标是提升整体服务品质、安全保障系统、环境空间形态，并使之与新建的T2航站楼匹配。

根据结构鉴定结果和投资情况，本次改造为部分拆除后新建、部分加固改造，其中拆建面积超过5万m2，加固改造面积超过7万m2（图15）。

与结构表达相关的主要是A、B楼立面改造和相应办票大厅内部空间的改造。

原办票大厅楼面以上立面及屋顶拆除，原楼面上加建抬高的立面、屋顶和外挑加大的雨篷（图16）。

改造后的办票大厅进深24.5m，属于中等偏小的空间尺度，结构上实现这种尺度的跨越有多种方案，如何选择取决于两个关键因素：一是下部混凝土结构加固条件的约束，二是建筑师希望结构在这个空间中起怎样的表达作用。

为了在一个不大的空间里尽可能减少构件和层次，建筑师根据直觉，提出可以尝试屋面、幕墙、雨篷一体化设计。

“一体化”概念在结构工程师眼中就是一幅名为“平衡”的弯矩图（图17）：悬挑雨篷的弯矩与屋盖的弯矩内外平衡，可以明显减小对原结构柱的弯矩作用从而减小对柱的加固要求；屋面、立面、雨篷三者形成一体化整体结构，弱化了与支承柱的连接，体现了由稳重的混凝土基座支托轻盈屋盖的漂浮感，这也是建筑师希望看到的效果。

为了与T2航站楼风格相协调，建筑师希望结构“能以一种精致的方式在建筑空间中呈现”。

结构体系的研究从构件的尺度与建筑空间尺度相协调开始：支承屋盖-立面-雨篷一体化系统的混凝土柱间距为24.5m，屋面的跨度23m并由单坡的折点划分为9.5m+13.5m，外挑雨篷12m；在这些跨度条件下，各种现有的格构化结构体系如桁架、网架都会因杆件过多而显得繁复，常规的梁式跨越对构件的截面需求相对于这个空间尺度又显得偏大。

通过采用将竖向支承构件格构化离散的方式，将外轮廓上所有杆件的跨度减小至界面高度500mm以内的钢梁可以轻松跨越，格构化的竖向支承构件也成为显示结构逻辑和节点的载体（图18，19）。

外轮廓构件均采用矩形截面以方便与幕墙、天窗及屋面板等围护系统连接，格构化离散构件全部采用铰接圆杆，以精细的铰接节点展示其仅承受轴力的特点（图20，21）。

在结构体系和节点确定过程中，建筑与结构两个专业紧密配合，很难分清哪些是建筑确定的、哪些是结构确定的，所有做法都是在探讨研究过程中逐渐得出结论。

最终完成的这个外观平直方正、内部能感受到结构细部的航站楼基本实现了最初的设想。

16 虹桥机场T1航站楼改造情况17 虹桥机场T1航站楼改造一体化结构平衡弯矩图18 虹桥机场T1航站楼改造柱格构化后的结构骨架19 虹桥机场T1航站楼改造格构化的支承柱20 虹桥机场T1航站楼改造后入口雨篷21 虹桥机场T1航站楼改造后办票大厅22 扬州泰州机场航站楼外景3 扬州泰州机场航站楼扬州泰州机场航站楼总建筑面积约3万m2（图22），在本项目中，建筑师想尝试不设吊顶、屋盖结构完全外露的设计，以结构的力量表现这个经济快速发展地区的勃勃生机。

失去了选择性地隐藏结构的机会，整个结构的每一个角落都成了室内空间重要的表达内容（图23），这对建筑和结构设计都是新的挑战。

该屋面的形态为由一条双波曲线经扇形展开而成的双曲面，支承屋面结构的柱网也呈放射状布置，径向和环向最大柱距分别为45m和24m，建筑师最初希望暴露的屋盖结构是一个单层的斜交网格。

经过初步的结构分析发现，如按视觉效果合适的角度斜交布置网格，柱顶支承点之间无法有直接网格构件，因而网格受力的效率很低，截面高度需求过大，经济性较差且建筑外观过于笨重；如果调整构件网格夹角至柱顶间有构件直接连接，则视觉效果不好，且过小的杆件间夹角也会给制作带来困难。

于是我们尝试了主次结构的方案：由径向布置于柱顶的主跨越结构支承斜交网格次结构（图24），次结构24m的最大跨度可以采用较小的构件截面，网格的布置原则也更为自由，从而满足建筑师的要求。