航站楼钢结构彩带

  • 来源:建筑创作
  • 关键字:航站楼,昆明,国际机场
  • 发布时间:2015-09-24 12:23

  设计理念

  1.一体化设计

  航站楼的主楼设计,由于要涵盖主要的旅客流程转换与接送机等职能,有大量的人流需要在这样的空间聚集,主楼空间往往都体量巨大。为了给旅客提供更加舒适的乘机感受,这样的大体量空间多被设计成开敞、高大、连续的空间。而为了可以支撑、匹配这样的“巨型”空间,很多已建成的国内外知名机场的航站楼都没有采用传统的结构体系,而是采用非常规的结构体系来取而代之,这样做的好处就是可以尽量减少巨大的结构构件对空间产生的负面作用。

  昆明长水国际机场主楼设计东西长约300m,南北长约150m,主楼高度60~20m。这样的空间体量如果用传统的结构柱网来设计,结构构件之多,结构柱径之大是可想而知的。如果真的采用了这样的结构体系方案,对整个航站楼主楼空间将是极大的破坏。

  为了可以解决好这一设计问题,在方案设计时,大胆的采用了连续拱券的结构形式替代传统的柱子体系来支撑整个主楼的屋面结构。这样的结构方案不仅可以利用拱券特有的受力特点,亦可以提供大跨度的受力支撑,减少结构构件对整体空间的分隔作用。因此,“彩带”形式的结构受力体系应运而生,用于支撑整个航站楼主楼的屋面结构。经过多次与结构工程师的探讨和分析,最终确定了“七道彩带”的方案。

  航站楼的主楼设计里最主要的就是处理好进出港旅客的流程转换,为了让旅客流程更加顺畅,减少结构构件对整个航站楼主楼空间的割裂影响,在保证结构受力合理的前提下,设计将“彩带”的结构体系与旅客的主要流程设计相结合。这样的设计很好的避免了旅客流程与结构体系之间的矛盾冲突,并且很好的梳理了旅客出港流程层次关系,更为旅客提供了强烈的指引做用。

  2.释放空间

  “彩带”的结构体系为昆明长水国际机场在航站楼的主楼设计中,创造了“无柱”的空间形式。通过采用空间拱形的结构支撑形式,替代了传统设计中支撑柱的设计手法,更能适应航站楼对建筑空间的需求。七道“彩带”之间的间隔距离,最大的间距72m,结合了旅客流程设计设置,在旅客的值机岛区域。这样大的跨度用传统的结构柱受力体系是很难实现的。每一道“彩带”都由多个连续的拱形相接而成。根据拱券特有的受力特点,在与结构工程师多次分析后,每一拱券的跨度为36m、24m不等,大大增大了结构构件之间的间距。

  因此,“彩带”结构体系的采用,有效地释放了建筑空间,进而让航站楼主楼的空间更加完整、流畅。

  设计构型控制

  从临车道边航站楼南侧外幕墙起,到航站楼主楼北侧边线,共分布有七道结构拱形“彩带”支撑。这七道“彩带”支撑了航站楼主楼的屋面系统,不仅是独特的结构受力构件,也是独特的空间造型构件,更巧妙地将旅客的出发流程结合在其中。七道“彩带”的平面布局间距,是根据结构支撑受力需要,以及出发旅客的流程需要共同确定的。

  “彩带”结构体系根随航站楼主楼屋面高度的变化而变化。七道“彩带”从拱形结构的空间高度上可以分为双层和单层两种类型;从空间构型上可分为平面、三维交叉和弧形三种类型。

  1#和4#“彩带”间距24m,位于B1层至F3层的通高连通空间的连桥区域。1#和4#“彩带”的空间高度最高,是七道“彩带”中的平面双层类型。底层“彩带”高度为B1层至F3层,上层“彩带”高度为F3层至主楼屋面。

  2#和3#“彩带”是七道“彩带”中的三维交叉类型,空间高度为F3层至主楼屋面,两条“彩带”在空间编织交错构型独特。这一设计在最初的方案讨论阶段曾考虑过取消,因为设计难度、生产加工难度以及后期的施工难度都很大,在有限的建造时期内,担心可能难以完成。但经过多次的研讨以及和结构工程师的多次论证分析,最终决定保留这两条独特的空间交错“彩带”构件。这样的考虑既有利于结构的整体受力平衡,也为建筑空间带来独特的感受,当然对后续的深化设计工作也带来了挑战。

  4#和5#“彩带”间距72m,是“彩带”间间距最大的,区域间主要功能为旅客办票值机大厅和迎客大厅。这个区域是航站楼内旅客相对密集的区域,72m的大跨度构件为此区域提供了最大限度的开敞空间,满足了建筑对于空间的需求。

  5#和6#“彩带”间距24m,是七道“彩带”中的平面单层类型,空间高度为F3层至主楼屋面,区域间主要功能为陆侧商业及功能用房,旅客在办完票后,可在此区域休息、购物。国际旅客在此区域通过竖向交通去往F2层出发联检。

  6#和7#“彩带”之间平面为扇形空间,7#“彩带”随着航站楼主楼北侧的结构板边布置,为平面弧形类型,空间高度为F3层至主楼屋面。区域间主要功能为国内旅客的安检区域。

  当旅客穿过所有“彩带”之后,即完成了空陆侧转换的所有流程,可继续跟随标识的指引去往相应的候机区域等候。“彩带”结构的形式,能够给旅客强烈的空间指引,让旅客在巨大的航站楼室内空间不至于迷失方向。

  设计技术逻辑

  所有的“彩带”沿航站楼南北向的中轴线东西对称布置,随着航站楼主屋面的高度变化,中轴高,东西两边逐渐降低。

  从“彩带”的设计构型上,除了2#和3#“彩带”外,其余五道“彩带”都由“主彩带”和“次彩带”构成。这样的设计,是为减少主要的结构构件的落地支撑,加大支撑的跨度,同时满足结构受力的需求,以及抗震稳定性的需求。

  1.主彩带

  主彩带,贯穿结构支撑高度的连续拱跨,是主要的结构支撑构件,其顶部和底部分别支撑于航站楼的主屋面和结构楼板。主彩带以航站楼中轴居中设置,东、西各对称设置6个拱跨,其中1~4号拱跨距36m,5号拱跨距24m,6号拱为半跨拱,跨距12m。

  主彩带的顶部高度受航站楼主屋面高度控制,随着主屋面的高度变化而变化。除了双层彩带类型,主彩带的底部落于航站楼F3层的楼板上。双层彩带类型分上、下两层,下层彩带底部落于B1层的楼板上,上层彩带底部落于F3层的楼板上,每一拱跨上、下两层彩带顶、底相连。

  2.次彩带

  次彩带,为次要的支撑构件和联系构件,其顶部和“主彩带”的顶部错开半跨支撑于航站楼的主屋面,并与“主彩带”有两处拉接的连续拱跨。以航站楼中轴居中设置,东、西各对称设置5个拱跨,跨距36m。

  次彩带的顶部高度受航站楼主屋面的高度控制,随着主屋面的高度变化而变化。底部高度受航站楼室内空间的净高要求控制,即次彩带的底部最低点高度,要保证航站楼内的净高高度满足建筑空间的需求。

  3.数字化控制

  “彩带”在空间造型上为随着航站楼主屋面高度变化的连续拱跨。为了要实现这一设计效果,方案阶段经过了多方案的比较。考虑到日后生产加工和施工安装定位的难度,以及深化设计阶段的易调整性,“彩带”的造型不能是随意的曲线,需要经过结构受力的分析,以及数学模型的推敲比选,最终确定一个唯一的数学逻辑,应用于所有“彩带”的空间构型定位以及日后的生产加工及安装。

  将每一条主次彩带的中轴线作为数学模型的控制曲线。为了适应主屋面高度的变化,便于控制彩带的变化,设计将每一条主次彩带的曲线,分成由1/2拱跨的曲线连续相接而得。

  为了保证拱形的平滑相交,每1/2拱跨曲线又分成了三段曲线相互相切而成。考虑到便于调整彩带的曲线,以及建筑室内空间净高度的控制需求,在数学模型里设置有几个参数控制点,将5m的平面间距定位三段曲线的平面分隔位置。

  每一个1/2拱跨的曲线,顶段和底段均采用抛物线的曲线形式,中间段采用三次曲线进行连接,并保证在连接位置各段曲线相切。通过由大到小的精细化数学模型的控制,让每一条彩带的构型可根据实际需要的高度控制进行调整,并保证了彩带曲线的平滑连接,以及为日后的量化生产创造可追溯控制条件。

  设计表达逻辑

  1.彩带断面控制

  为了可以支撑如此巨大的航站楼主楼屋面系统,结构的受力构件尺寸大小也是不容忽视的。为了从建筑美学上让“彩带”支撑结构看起来不那么粗大、厚重,设计过程中与结构工程师通过多方案的比较分析,在保证相同承载力的前提下,最终选定矩形截面的箱型梁形式做为“彩带”的断面形式。主次彩带的箱型梁截面尺寸为750mm×2000mm,1#和4#主“彩带”的下层彩带箱型梁截面尺寸为750mm×2500~4000mm。在断面选择上,保证让箱形梁的窄面沿东西向布置,宽面沿南北向布置。这样的设计考虑,既可以保证结构受力的合理性也让迎着旅客主流程的方向上,“彩带”构件看起来更加“轻巧”。

  2.构造节点控制

  “彩带”作为支撑结构的形式在国内属于首例,为了更好地体现结构构件自身的美感,对整个“彩带”钢结构构件的各个细节节点都进行了精细控制。

  (1)焊接及分段

  由于“彩带”箱形梁结构的断面尺寸,以及运输及生产加工的难度,设计将每一个“彩带”的梁结构拆解成单片的钢板,通过钢板焊接形成最终的箱形梁结构。而为了便于加工,结合结构箱形梁内部肋片的设计,将单片的钢板进行分段设计。通过这样分级拆解的方式,让如此巨大的钢结构构件的加工与运输成为可以实现的。但是拆解之后的钢结构构件零部件要最终组合到一起,需要通过大量的焊接工艺来完成。如何控制好这些焊缝,让人眼尽可能看不到这些焊缝就成了设计中必须要考虑的问题。在选择焊缝的位置上,将焊缝设置在沿南北向的箱形梁宽面上,这样的考虑是为了在旅客主流程的方向上看不到就交接的焊缝。而对于焊缝焊点的处理,设计也通过技术控制措施对施工中焊缝的处理作了精细化的控制。

  (2)支座节点

  “彩带”的顶部和底部为了可以提供足够的结构连接节点,通过一个“支座”来完成。支座的设计既要契合“彩带”的曲线,亦要满足结构受力的要求,更要考虑到建筑对于美观的要求。支座分为三种:底部支座、顶部支座、中间支座。底部支座,根据“彩带”底部的曲线构型,设计为梯形支座。顶部支座,为了便于与屋面网架结构连接设计为矩形支座。中间支座,要连接上层和下层彩带,形状设计需要契合两层彩带的曲线造型。

  (3)近人高度处理

  “彩带”底部落地的位置,随着曲线造型的变化,将有一定区域内的“彩带”下高度不能满足人通行的需要。针对这样的区域,特别设计有结合照明和绿化的栏杆,通过这样的设计,将这些区域分隔出来,避免旅客走近碰头,同时也有意识的防止孩子攀爬可能造成的危险。

  3.色彩与照明

  “彩带”作为整个航站楼主楼屋面的支撑结构,对整个航站楼主楼的室内空间气氛起着主要的烘托作用。在色彩方案的比选上也综合考虑了航站楼内主屋面吊顶、地面、幕墙、内立面幕墙等多重因素的影响,最终确定“金色”的主色调与整个航站楼室内空间色彩相协调,并且与云南“金殿”的地域文化相呼应。

  照明方案,最初设计考虑到“彩带”的结构复杂,从内部穿电线布置照明比较困难,需要从设计最初就配合一并考虑,如果沿“彩带”外走明线铺设照明器材,在不开灯情况下,外露的电线会影响“彩带”的整体效果。所以,在设计最初没有考虑沿“彩带”设置照明的方案。而是采用在“彩带”底部通过投光来进行打亮照明。设置投射灯的位置,结合“彩带”底部的栏杆系统一体化设计。投射光角度,按照打亮1/3“彩带”高度控制。而“彩带”的顶部照明,则结合航站楼主屋面吊顶的灯带系统结合考虑。

  徐文

……
关注读览天下微信, 100万篇深度好文, 等你来看……
阅读完整内容请先登录:
帐户:
密码: