建筑结构|虹桥国际机场T1航站楼改造赏析——建筑和结构的融合设计

来源：iStructure ，获授权转载

摄影 胡义杰

项目名称：虹桥机场 T1航站楼改造

项目地点：上海市

建筑面积：总计12.73万m2，其中改造面积7.45万m2；

建设单位：上海机场集团

设计单位：华东建筑设计研究总院

建筑师：郭建祥 吕 程 等

结构师：周 健 张耀康 等

虹桥机场 T1航站楼改造项目，是建筑师和结构工程师从方案开始的紧密合作、融合设计的一个案例。正式介绍之前，我们先看看项目改造完工后的效果。

摄影 Sensor见闻影像

摄影 庄哲

1.设计概况

Design Overview

虹桥国际机场T1航站楼现存的A楼、B楼和楼前高架。自1960年代建设后，于1980、1990等不同年代多次扩建、改造而成。与虹桥T2相比，T1航站楼及周边相对破旧、环境较差。改造总体目标为：打造一个临近市中心的精品航站楼，带动虹桥商务区的发展。

区位图

总平面图

改造前照片

本次改造对A楼的60年代和84年建成部分拆除新建，A楼的其余部分和B楼、楼前高架均为改造和加固。

改造前T1航站楼外景

摄影 胡义杰

改造后的T1航站楼外景

拆除A楼原有的出发大厅低矮的混凝土屋面，提升建筑室内净高。为了提高换乘效率，楼内增设了集合地铁在内各种交通方式的换乘中心。原本脏乱的地面停车改为地下停车库，形成大片公共绿地使环境明显改善。

改造前的A楼室内

摄影 庄哲

改造后的A楼室内

2.可持续设计

Sustainable Design

• 分阶段改造，航站楼不停航运营

第一阶段：通过增设小型临时过渡厅，以B楼为主体提供航站楼的全部服务，对A楼进行改造施工。当A楼基本改造完成后，对B楼进行改造。这样的实施过程满足了改造期间航站楼不停航的特殊条件，体现了“物尽其用”的可持续发展理念。

A楼施工时B楼使用

B楼施工时A楼使用

• 合理的结构改造方案，尽可能保留原结构

1988年设计的B楼和高架桥未考虑抗震设防，被20mm宽变形缝划分为多个结构，各分块的刚度差异大，将导致地震下相互碰撞损坏。考虑到混凝土结构的收缩已基本完成，本次改造创造性的将各分散的单体连成整体，通过对楼梯间剪力墙加固以满足抗震需求，并加大抗震缝至150mm。

改造前B楼分块

改造后, 将各分散的单体连成整体

A楼入口大厅通过造型修改、结构体系优化得到比普通梁柱结构更为高效的方案，减少钢结构用量和混凝土结构加固量。

改造前A楼剖面

改造后A楼剖面

改造后A楼局部

B楼钢屋面局部抬高的方案，保留了作为连续跨的一跨桁架，减小对另一跨桁架受力的影响，减少钢屋盖和柱子的加固，避免更大范围的拆除。

改造前B楼局部剖面

B楼改造新增钢结构

改造后B楼局部

• 结构技术支撑被动式节能设计

A楼出发大厅高低侧窗形成自然通风，轻巧的天窗结构更利于自然采光，雨棚设置光伏发电板。

图19 A楼出发大厅被动式节能

国际联检厅设计了与通风塔相结合的伞形混凝土柱，实现自然通风和自然采光。这些被动式节能措施减少了资源消耗。

摄影 庄哲

A楼国际联检厅被动式节能

3.创意与创新

creation and renovation

A楼出发大厅是结构改造最大的区域。原15.8m标高的混凝土屋面抬高至24.0m，形成高大室内空间；悬挑雨篷由5m左右加大至12m以上，使其挡雨范围由一个车道扩大至两个车道。

• 以减少支承结构加固为目标的屋盖结构方案

紧贴航站楼的高架结构因使用功能和承载力限制，无法在其上增设雨篷支柱。入口处原结构有间距22.5m的柱子可用来支撑屋盖。该柱承受荷载较大，但受下部结构条件限制，加固承载力可提高程度很小。因此，减小入口处支承柱的受力成为选择结构方案的出发点。采用钢结构的轻型屋盖是最直接的方法，这是最先确定的。

最初始的方案

一体化结构方案 V1.0

• 兼顾结构抗侧刚度和绿色节能的屋面形状

底部铰接的钢屋盖高度较大，结构侧向刚度很小，设置斜撑是提高结构抗侧刚度的直接方法。因此，将平屋面改为局部单坡，这一形状修改减少了建筑室内空间，有利于绿色节能。考虑自然通风需求局部形状再次优化。

屋面形状调整 V1.1

• 利用平衡特性的屋盖、幕墙、雨篷一体化结构

新增结构与混凝土柱铰接设计也是减少柱受力的有效方法，而能够实现铰接连接的前提是屋面、立面、雨蓬三者形成一体化的整体结构，让大悬挑雨蓬的弯矩与大跨屋盖的弯矩内外自平衡，从而最大程度减小支承柱的弯矩，并能呈现出稳重的混凝土基座支托轻盈屋盖的漂浮感。

• 以轴力杆件为主实现轻松跨越的结构体系

24.7m的屋盖跨度和12m的悬挑雨棚若采用实腹钢梁，构件尺度比较大，为减小杆件截面需求，采用以轴力杆件为主的更高效的单元化结构体系。利用三角形稳定性，从混凝土柱上立起伞形柱结构和支撑杆件；伞形单元和斜撑平衡雨棚荷载，同时减小了屋面钢梁截面。单元之间可方便的布置围护系统结构。

离散化结构方案 V2.0

最终，实际采用的结构体系 V3.0

轴向受力体系

单个结构单元

多个结构单元的组合

• 灵活应用BRB支撑

立面支撑在自重荷载下受力不大，但在水平力下存在较大的压力，而支撑长度为11.8m，杆件截面较小时容易出现失稳破坏。因此采用BRB支撑，外径由250mm减小到180mm，达到结构轻巧的效果，避免地震下失稳。

4.优雅与精致

elegance and exquisiteness

• 简洁的外露钢结构，成为建筑表现的元素

伞形柱、支撑、V形屋面梁等结构以简洁的三角形稳定体系、清晰的受力逻辑，成为空间中的表现要素，营造出精致简约、内敛含蓄的建筑风格。杆件尺度适宜，结构形式活泼，建筑空间有趣，给旅客带来轻松愉悦的享受。

• 精致细节设计

雨棚V形斜撑、伞形钢柱等构件均为铰接节点，大量采用铸钢节点制作而成，受力明确且便于安装。细节设计上体现了精致、细腻，同样也给人轻松的感受。

以数字模型和实体模型推敲节点设计

节点照片

• 混凝土构件的理性设计

国际联检厅的重载屋面，通伞形混凝土结构形成菱形天窗，通过理性设计营造出举重若轻的效果。基于梁柱节点附近弯矩变化的规律，采用宽度较小的变截面混凝土梁，将弯矩最小处设为最小截面。而此处仍需要传递剪力，因此在混凝土梁柱中设置了型钢，最终实现所见的截面尺寸。

梁柱节点构造

摄影 庄哲

国际联检厅混凝土结构照片

5.便捷的施工

convenient construction

• 构件轻型化解决施工场地限制难题

正常使用的高架及A楼保留结构限制了大型塔吊的架设，机场运营也限制高大塔吊的使用，可用的施工场地狭小。钢屋盖结构构件的小型化、轻量化解决了这一问题。

• 单元化结构体系及销轴连接便于制作安装

每个独立单元可以站立，因而不需要满堂脚手，只需在单元形成的过程中局部临时支撑。单元结构内部采用铸钢节点和销轴连接，减少高空焊接、便于安装，又能提高施工精度。

6.价值 value

经济价值

• 改造施工过程中机场运营功能不中断，避免因停运而产生的业主经济损失。

• 对不同结构采用特定的改造方案，尽可能利用原结构，减少拆除、节约造价。

• 结构技术支撑的被动式节能措施，减少能源消耗。

社会价值

• 创造了全新候机空间和外部形态，使T1航站楼重新焕发了新的活力。

• 设计注重美观和旅客感受，T1航站楼的整体形象提升将带动周边地区商业价值。

• 这是目前国内最大的航站楼不停航改造项目，实施过程和设计理念将对今后航站楼改造起到示范作用。

摄影 胡义杰

参考资料：

建筑学报 《多目标性能优化下的结构建筑学实践—虹桥国际机场T1航站楼改造设计》 郭建祥、周健、张耀康、吕程

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