建筑形态的表现力与结构暴露
作为骨架支撑整个建筑的结构系统，即使不外露构件，其在建筑中的表达也是自然存在的：从表皮覆盖的外部建筑形态，到装饰材料遮挡的建筑内部空间，直至支承构件隐藏其间的分隔墙体，都可以让人隐约感受到看不见的结构在包覆材料后面的切实存在。这种不外露情况下的结构存在感，一般依赖建筑形态和空间本身表现力强烈程度的大小而增减。但是如果对结构构件进行适当的外露，则可以实现更大程度的结构表达，结构的存在感将不再受到建筑形态和空间的制约，即使一座形态收敛的建筑也能实现强烈的结构表达。因此，可以认为结构表达是建筑空间形态本身的表现力和结构构件的外露二者共同作用的结果。
结构表达的强化还是弱化，清晰的展示还是更深的隐藏，是建筑师针对具体项目根据其设计理念做出的不同选择。而对结构工程师而言，将航站楼建筑高大空间中的支承结构进行最大程度的展示，是一件极具吸引力的事。要让这种强化结构表达的想法在项目中变成现实，需要结构工程师与建筑师在很多方面达成共识，其中让建筑师愿意选择将结构的表达作为建筑的重要特点乃至成为其设计理念的一部分，是结构工程师工作中最为关键、有时也是最难的一步。结构工程师需要依靠诚意和信誉让建筑师相信，暴露的结构最终不仅不会让建筑显得简陋，还能成为建筑空间中的一个亮点，同时结构展示可以为希望成为技术与文化结晶的建筑提供一个证明其理性的机会。
真实性表达与表现性表达
从建筑学角度，结构的表达还存在真实性表达与表现性表达两种方式。前者顾名思义是将受力结构不加掩饰客观真实地表现，后者是通过有一定偏离或冗余的构造使结构“看上去”与先验的关于结构的认知相符合、或者更符合建筑师想表达的建筑效果，两种方式存在一定的差异，各有其适合的表达场景。对于表现性表达，需要评估那些偏离或冗余的构造对结构效率的影响程度，特别是对于类似航站楼这样的大型结构，过大的偏离或冗余对建造成本的影响可能会很明显，应该十分谨慎；较为安全的选择是，采用最高效的结构形式，然后进行真实性的表达，或者通过对真实结构进行选择性的局部表达从而实现其表现性表达。
华东院机场设计团队在近二十多年的航站楼项目实践中，对结构在建筑中的表达不断进行着探索与尝试，根据结构表达的强烈程度，大致将这些项目归为大尺度表达、中尺度表达和小尺度表达3个类型，对其结构表达的实现方式进行简单的剖析。
大尺度表达
大尺度表达，一般是对结构的主要受力体系进行完整的展示，从室内空间中可以明显感受到清晰的结构传力途径，这是对建筑结构融合度要求最高的方式，结构逻辑展示的清晰性、构件与建筑空间尺度的协调性、节点细节的精致性这三点是表达成败的关键。
浦东T1航站楼
采用法国建筑师安德鲁设计方案的浦东机场T1航站楼，对华东院机场团队而言是将结构作为一个符号进行充分表达的一个开创性项目。T1寓意海鸥展翅的四道简洁曲线的建筑形态本身就有强烈的结构表现力，张弦梁这种纯粹的结构体系第一次在中国建筑的室内外空间中得到了完整展示：28万平方米航站楼的所有顶层大空间中，张弦梁最有特色的下弦拉索和平行腹杆都完整地暴露在旅客视线之内，并通过黑白颜色的强烈对比强化腹杆的光柱效果，并弱化了下弦索的尺度，充分展现结构的力度；张弦梁的弧形上弦杆也在深蓝色金属吊顶之后通过腹杆穿过的透光孔隐约露出，完成了结构展示的完整性；间距为9米张弦梁与间距18米的纵向柱列的错位布置又形成一种和谐的韵律。这一结构的成功表达也促进张弦梁成为后来被广泛采用的结构形式。
针对浦东机场的抗震需求和所处的海边大风环境，原建筑方案并没有充分考虑，我们也都通过直接外露的结构手法解决：T1增加中部下拉索解决上吸风问题，T2和T3增设斜柱间交叉索增加侧向抗震刚度，T4通过斜拉群索提供全部侧向刚度，所有这些索都直接展示在建筑空间之中；并对索端锚固节点、索球与钢索相连节点、群索下锚固节点等都进行了精心设计，以满足受力和美观的双重需求。这种独特的空间效果使航站楼建筑从外观到内部都具有极强的个性。
/ 浦东T1 剖面 /
/ 立面效果 /
/ 室内效果 /
/ 节点图 /
浦东T2航站楼
呼应已建成的浦东T1航站楼屋盖海鸥展翅欲飞的轮廓形象，华东院原创设计的T2屋盖，外形的意向是一条如海鸥翱翔于天空的舒展曲线，结构方案也是基于这条曲线跟随传力逻辑逐步演化而成：力流汇聚处的曲线最低点是理想的内部立柱位，两侧内收的边斜柱可以凸显两翼上升的趋势；拱形曲面梁结构固有的向外水平推力由作为张弦梁下弦的钢拉杆自然平衡；内部直立柱演化为V形斜柱，以减小柱顶部位梁的截面需求，并通过给V形斜柱增加直段，以避免斜柱对旅客通行的阻挡；边、内斜柱都在朝外方向做成Y形以实现下部结构18米柱网与张弦梁9米榀距的转换，同时提供纵向抗侧刚度，柱顶节点也进行了精心的设计；配合梭形的天窗形状，张弦梁的上弦也在跨中区域分叉形成梭形。Y形斜柱支撑的张弦连续梁这一看似复杂的结构体系至此自然形成。
/ 屋盖轮廓线意向 /
/ 屋盖结构体系演化过程 /
/ 分叉柱及万向铰节点 /
/ 结合天窗的张弦梁 /
/ 将被局部遮蔽的大截面箱梁 /
相比浦东T1完全真实的结构展示，浦东T2的结构表达结合了一些建筑的处理方式：中柱顶部区域的大截面箱型梁通过吊顶的局部遮蔽，弱化了与跨中区域的截面大小差距；Y形斜柱顶的分肢间拉杆被移至吊顶内，以使柱的Y形更为纯粹。最终暴露的结构虽然与真实有些许差异，但完整的主传力体系得到了保留，建筑师表现性表达的需求也得到了满足，毕竟对绝大多数的旅客来说，一个纤细的截面和一个纯粹的柱形比实际受力需要的大截面和实际可以改善受力状况的看着多余杆件，更容易被接受。
虹桥T2航站楼
虹桥T2航站楼本身是一个巨大的项目，其办票大厅却是一个仅36米柱网、12米净高的中小尺度空间，形态也是方正平实，结构采用基于普通梁柱的朴素体系与之匹配。从结构表达的角度是大尺度的，结构体系也进行了完整的展示；针对近人尺度空间中结构构件可接近性的特点，构件和节点设计被放在特别重要的位置。
竖向结构采用水平与竖向承载力分开传递的方式，将可见范围的钢柱截面控制在450直径、30的高宽比，在空间中可以保持细高的感觉；立面侧柱子的水平刚度由柱间纤细的拉索支撑提供；梁端理想铰接，端部截面收小，使之视觉上轻量化；对梁柱节点、柱间支撑和屋面支撑及其节点进行了专门设计，结构的精致性通过节点得到完美呈现。
吊顶设在梁间并在端部，提前收至天窗边，将主梁下翼缘和梁柱节点区域完整且真实暴露。
/ 细高柱 /
/ 梁-柱-支撑节点 /
/ 端部收小的梁端 /
/ 端部收小的梁端 /
虹桥T1改造
虹桥T1航站楼的办票大厅是稍小空间尺度的建筑，建筑师希望结构能够以一种精致的方式在建筑空间中得以呈现，与虹桥T2风格相协调。“精致”意味着构件的尺度要小且有细节；好的“呈现”要求结构的逻辑清晰可见。
从受力角度，此结构体系选择的余地非常大，基于上述要求以及作为改造结构的特殊约束条件，结构采取了3个选型策略：一是采用屋面、立面、雨篷三者一体化的整体结构形式，让大悬挑雨篷的弯矩与大跨屋盖的弯矩内外自平衡，减小作用于原下部混凝土结构的弯矩；二是通过将主要支撑构件单元化以减小杆件的截面需求，并通过将杆端按铰接设计以创造节点表现机会；三是外表面采用连续箱型截面杆件，便于与屋面、幕墙、百叶等表皮系统的连接。
/ 结构构成模型 /
/ 单元化结构减小构件截面 /
/ 室内效果 /
/ 柱顶分叉节点 /
扬州泰州机场
这是目前为止华东院完成的唯一完全不设吊顶、主次结构完全暴露的航站楼。屋盖主结构采用结合扇形平面特点放射状布置的连续曲梁，最大跨度约45米，曲梁采用带槽口的异形截面的形式，以使最大处高度为1200毫米的梁高实现视觉上的缩减；曲梁由V形柱、人形柱和摇摆柱支撑并提供面内抗侧刚度，屋盖在曲梁面外方向的抗侧刚度由位于幕墙平面内的钢拉杆支撑提供；柱与曲梁的铰接点采用承托的形式，柱与地面铰接通过铸钢节点实现；次结构为单层双曲面四边形斜交网格梁，与菱形网格天窗的布置完全契合。主次结构顶部共面布置，压缩了结构占用高度并简化了屋面系统的构造层次，整个屋面显得紧凑简洁。
/ 室内效果 /
/ 室内效果 /
呼和浩特新机场
呼和浩特新机场，建筑师希望将蒙古包与哈达的意向以现代的方式在航站楼中进行诠释。主结构的桁架采用菱形网格的布置方式，契合了传统蒙古包中“哈那”交叉网格围栏的意向，斜向的主结构跨度被拉大的不利影响通过增设柱列得以解决，桁架的下弦杆根据展示网格密度需要选择性外露；“套瑙”通过高出屋面的天窗来呼应，斜拉结构的概念被用在天窗的设计，穿出屋面的柱顶向下伞状斜拉索来悬吊屋盖结构，下拉的斜索本身就有蒙古包“乌尼”的意向,斜拉索上覆盖大面积的 ETFE 气枕，减少了对天窗次龙骨的需求，实现最大程度的通透。在天窗光线聚焦下，支撑柱的建筑表达重要性凸显，所以将其做成上下铰接的摇摆柱，以极限的方式展示其精致性。
屋盖往外悬挑的宽度相对于桁架的室内跨度显得过大，建筑立面的哈达形态被用于为悬挑端提供一定的支撑，原先不落地的哈达两端通过增设V形落地柱，使之具有一定的拱的作用，从而分担悬挑桁架的负担并减小其截面高度需求。
/ 传统蒙古包组成 /
/ 菱形网格布置的桁架 /
/ 高出屋面的天窗 /
/ 悬挂屋盖的摇摆柱 /
中尺度表达
中尺度表达是对结构进行选择性的局部外露，有时结合富有表现力的建筑形态，人们可以感受到结构在空间中的存在，但一般无法对整个结构传力体系有直观的判断。结构展示的部位与建筑效果的需求紧密相关，采光天窗和结构柱是最多被选择进行表达的部位。
禄口机场T2
南京禄口机场T2航站楼，办票大厅屋盖整体结构采用内外表面贴合波浪形表皮的单向布置多管桁架结构，条形天窗设置在波谷的位置，是室内效果中的一个关注点。为实现天窗部位结构简洁通透并减少对天窗效果的影响，将主受力的桁架沿放射向柱顶布置，减小天窗部位结构在竖向荷载下受力的需求，因而有条件将其做成单层网格结构。为解决单排柱支撑下主桁架的侧翻问题，单层网格与双层桁架间的过渡做成了刚接，过渡位置的杆件位置关系经过了细致的规划，以保证天窗与吊顶间的最终完成面自然平滑过渡；水平荷载作用下屋面结构的平面内刚度问题，通过将单层结构构件按三角形网格布置来解决。所有天窗构件均完全暴露，看似不经意暴露出的那部分轻盈单层结构，也会引导旅客去体会包括藏在表皮后面的整个屋盖结构的精致品质。
/ 天窗与柱网位置关系 /
/ 天窗处单层结构 /
/ 天窗部位最终效果 /
温州机场T2航站楼
温州机场T2航站楼，主楼屋盖总体采用正放四角锥网架结构，为了实现在中轴线区域设置大面积采光天窗的建筑需求，将该区域的网架整体替换为弦支结构，并与空、陆两侧的立面幕墙结构连成一体。弦支结构支承于二侧网架结构的悬挑端，为将两侧桁架有效连成一体以提高屋盖整体性，该弦支结构采用由多个“十字形张弦梁” 沿进深方向连续复合而成的空间张弦结构，其上弦梁交织成交叉网格结构，具有很好的平面内刚度，同时为天窗提供完整的支承边界，整个天窗表现出一种次序感。
/ 天窗区域的张弦结构 /
/ 天窗最终效果 /
乌鲁木齐T4
乌鲁木齐T4航站楼，办票大厅屋盖造型为有条状掀起的双向自由曲面，采用双层空间曲面网格结构体系，其中南北向连续光滑、东西向局部区域呈高低错落的台阶状用以布置侧天窗。侧天窗为最大高度6米的月牙形，为达到通透的目的，天窗面内采用平面桁架，桁架斜腹杆按受拉方向布置并采用钢棒以减少阻挡。这些平面桁架使得东西向双层网格结构的抗弯刚度连续性被打断，部分南北向条状网格结构下无结构柱支撑；沿东西方向的面内刚度也有一定削弱。
通过对条状网格结构宽度的优化，可以使天窗位置位于重力荷载下的反弯点处，从而消解双层结构抗弯能力不连续的不利影响；通过调整月牙形天窗的形状，可以使条状网格结构在柱顶区域的错开程度降至最小，从而保证东西向面内基本刚度；错开程度较大处，加大天窗桁架腹杆及与之顺向相连杆件的面外的抗弯刚度，可以进一步加大东西向面内的刚度。
最终，条状侧窗处平面桁架结构的裸露和被侧窗分割成条状体块的屋面形态成为了结构表达的主要元素。
/ 天窗桁架和条状网格结构示意 /
/ 天窗外观效果 /
/ 天窗位置的优化 /
/ 室内效果 /
小尺度表达
小尺度表达是指结构仅有很少或者没有常规支撑柱以外的结构外露，主要基于较为强烈的建筑形态来对结构的存在进行表达。
萧山机场T4
萧山机场的目标是一座契合杭州地域文化特征的现代航站楼，建筑设计关注于秀雅、精致、温润的江南文化意蕴的营造，办票大厅中“清荷映绿”作为表达这些意境的一个最重要的场景，需要通过天窗和柱结合进行营造，荷叶柱及其对应的天窗是结构表达的重点。
为实现雅致的效果，屋盖主体网架结构不能从柱顶通过，荷叶柱分肢间连接的减弱会降低单个柱承受竖向荷载的能力。设计通过在天窗周边设置加强桁架让柱顶弯矩绕过天窗，同时微调柱分肢的形态，使相邻荷叶柱间形成一定的拱作用，减小柱分肢的抗弯负担，从而实现了荷叶柱顶分开、顶部通透的效果。
本案例中荷叶柱虽没有直接的结构外露，但从表皮包覆下的有机形态中，结构的表达作用是可明显感知的，结构的表达就是借助建筑空间形态本身的表现力来实现的。
/ “清荷映绿”室内效果 /
/ 荷叶柱结构 /
/ 柱分叉处节点 /
/ 包覆后的荷叶柱 /
结语
结构的表达是建筑整体表达的一个环节，需基于整体设计的理念进行取舍，并非不可或缺；同时，好的结构表达对传递建筑理念、甚至丰富建筑理念起到重要的作用。因此，作为建筑师，要充分关注结构表达在每一个合适的项目、特别是大跨空间项目中实施的可能性；作为结构工程师，更要主动探索结构表达的各种可能方式，为建筑提供更多的选项，同时做好为实现一个好的结构表达投入比一般项目更多工作的准备。
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