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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

建筑结构 建筑结构 2020-05-19


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 Sensor见闻影像

©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


©摄影 Sensor见闻影像

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

改造后B楼剖面

B楼改造新增钢结构


©摄影 Sensor见闻影像

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。


©摄影 Sensor见闻影像


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。



©摄影 Sensor见闻影像

  • 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。


©摄影 Sensor见闻影像

 


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


免责提示:文中部分图片来自于网络,版权归原作者及原出处所有。如涉侵权或原版权所有者不同意转载,请及时联系我们,以便立即删除。

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