浦东T1改造项目中，两个连接廊上部增加三层结构满足航站楼贵宾、办公面积的需求。扩建部分依托现有建筑进行竖向加层扩建，既能满足现代新功能的需求，同时又能大大降低建造成本，是目前既有航站楼改扩建的方式之一。加层扩建投资经济、用地节约，须坚持安全可靠、经济合理、有利抗震、方便施工、节约能源、立面协调等几个原则。本文重点讨论航站楼加层扩建的结构问题。
1、加层扩建类型
加层扩建根据与老结构的关系可以分为独立于老结构和依托老结构两大类，其中依托老结构又分为完全依托和部分依托。根据加层结构的材料又可分为钢结构和钢筋混凝土结构。
(1)独立于老结构
新老结构完全脱开，互不影响。这种方案有利于保护原建筑、不需要考虑新老结构协同工作、加层结构布置较为灵活、结构加固工程量小、方便后期再改建。主要适用于：历史性保护建筑或有保护价值的建筑；老结构承载力较差；老结构较为复杂，资料不全等。
(2)完全依托老结构
不增加竖向承重构件，完全依靠老结构承担加层荷载。这种方案充分利用老结构承载力、不涉及基础工程、造价相对较低等。主要适用于老结构柱网跨度不大，承载力有较大富余的建筑。
(3)部分依托老结构
增加竖向承重构件，同时依靠老结构承担加层荷载。这种方案可尽量减少基础工程、充分利用老结构承载力、易于控制加层结构高度保证建筑净高等。主要适用于老结构柱网跨度较大，承载力有较大富余的建筑。
(4)钢结构：由于自重小、安装方便、工期短、拆卸回收利用方便等优点，因此加层改造较常采用。钢结构加层一般采用压型钢板与混凝土的组合楼板。
(5)钢筋混凝土结构：造价低、耐久性好、维护成本低、结构防火和隔声性能好等优点。混凝土结构加层一般采用现浇梁板结构，当跨度较大且高度受限时，可采用现浇空心楼盖、预应力混凝土扁梁楼盖等减小加层结构的高度。
目前航站楼加层扩建项目中采用钢结构体系较多，主要原因是：(1)重量轻。钢结构仅为混凝土结构重量的2/3-1/2，降低了基础及加固的工作量。(2)抗震性能好。钢结构强度高、延性好，弹塑性变形能力强；(3)钢结构施工速度快、工期短、方便不停航施工。
2、抗震加固
加层扩建可能引起原结构基础、竖向构件承受的荷载较大幅度的增加，整体结构重量及振动特性变化导致地震作用改变。
传统抗震加固常用的加固方法有增加竖向构件的刚度(柱截面增大)、增加平面构件的刚度(梁截面增大)、新增抗侧构件(钢或砼支撑)。本质上是通过增强结构的抗侧能力、延性及整体性能来“硬抗”地震输入给结构的能量。传统加固施工时间较长、涉及到较多的湿作业、加固完成后的构件外观尺度相对较大等，这些问题会影响航站楼运营。
减震加固法是通过在结构物的某些部位设置耗能器或耗能构件，耗散掉部分或绝大多数的地震输入能量，以减小结构的地震反应，从而提高建筑物的抗震能力。与传统加固技术相比：1)施工现场主要为干作业，基本不影响正常使用功能；2)保持原建筑外貌不变，实现提高抗震能力和改善使用功能的协调；3)消能效果明显；4)有效节约经费和缩短工期；据国内外工程应用总结资料，消能减震体系比传统抗震加固方法节约造价10-50%。目前加固工程中常见的耗能器有：摩擦耗能器、金属耗能器、黏滞阻尼器、黏弹性阻尼器等。屈曲约束支撑(BRB)属于金属耗能器，设置可以达到耗能减震目的，但小震下自有刚度会放大结构的地震力，增加结构加固量；屈曲约束支撑小震时耗能不明确，多遇地震下的阻尼比难以确定。粘滯阻尼器不产生刚度，为速度相关型的耗能器，结构产生位移即进入耗能状态，各种地震工况下的耗能状况比较确定。
隔震加固法是通过设置隔震层，将地震作用集中到隔震层，限制能量向上部结构传递，减少结构地震反应，提高建筑物的抗震安全度。隔震技术的优越性：1)提高建筑结构的抗震能力；2)不影响上部建筑结构的正常使用；3)不仅保护建筑结构，而且保护建筑内的仪器设备；4)对于重要建筑，通过对建筑物进行隔震加固，造价比传统抗震加固低。隔震层通常具有较大的阻尼，使得老结构所受地震作用较非隔震结构有较大的衰减；其次，隔震层具有很小的水平向刚度。
隔震实质上是将整个建筑放置于隔震支座上，隔震支座的数量基本不变，允许改变的仅为支座的大小和参数；减震则是在老结构特定位置增设耗能阻尼器，数量根据需要控制。建议：1)对于新建不久需要局部加强的建筑，宜优先选用减震技术加固；2)当地震作用需求提高较小时，宜优先选用减震技术加固；3)对于选用隔震技术受到条件限制，宜优先选用减震技术加固；4)当地震作用需求提高较大时，宜优先选用隔震技术加固；5)对于选用减震技术受到条件限制，宜优先选用隔震技术加固。
3、构件承载力加固
构件承载力不足的常规设计方法有：增大截面、粘钢加固、碳纤维加固、体外预应力、增加支点等。各种方案有其制约条件，各方案的实施需根据现场条件进行调整和变化。
(1)增大截面法，在混凝土梁柱等结构构件外加钢筋混凝土、聚合物砂浆钢绞线、加型钢等加大构件截面面积，提高结构承载力和刚度。该方法的技术特点是加固后截面中的新旧钢筋应焊接，以保证新旧混凝土整体工作，该方法操作简单，但现场施工湿作业，养护时间较长，影响航站楼的正常运行，且减少了建筑使用面积，对室内空间影响较大。航站楼中因为运营的原因，可以在梁面上增加叠合层，增加正截面承载力。在浦东T1航站楼改造中，利用梁下增加型钢来增加梁的正截面承载力。
(2)体外预应力方法，结构不能满足正常使用或承载力不足时，可在结构体外采用预应力技术加固。该方法相对常规的预应力结构有以下优点：预应力筋便于检查、监测和替换，预应力筋与结构无过多接错导致预应力损失少。浦东机场计时宾馆改造中采用了该技术。
(3)增加支点法，水平构件承载力不足时，采用梁下设立柱或梁上设吊柱的方法增加支点减少水平构件的跨度从而较少梁的荷载效应。浦东机场T1航站楼改造中因功能原因，部分承重墙需拆除，采用增加支点法的加固。
4)外包型钢法，在承重构件外包型钢，从而增加结构的承力的加固方法，分为干式外包型加固和湿式外包型钢加固。干式加固法是型钢直接外包于构件外侧，两者之间填塞的水泥砂浆不能保证将二者可靠粘结(即应力不能有效传递)；湿式外包是在型钢和原构件间填乳胶水泥、环氧砂浆或细石混凝土，从而使两者粘结成一体。这种方法优势是在不扩大结构尺寸的同时，结构承载力増幅大，施工简单，周期较短。不足之处是消耗钢材较大，投资成本高。
5)增补受拉钢筋法，一般用于梁的加固，是在构件受拉力较大的区域增补受拉钢筋来提高承载力。增补的钢筋与原来的梁采用全焊接法、半焊接法或者粘结法进行连接。特点是増补筋应力滞后于原筋，增补筋屈服时梁产生了大的变形和裂缝；对于全焊接法连接，会使原钢筋变形，从而导致钢筋的应力滞后现象。
6)纤维加固法，用高性能粘结剂把纤维布或片材贴在原有结构构件(可以是钢结构、混凝土或者砌体)表面，或嵌入构件，使两者共同工作的方法。纤维增强材料可以是碳纤维CFRP、玻璃纤维GFRP或芳纶纤维AFRP。该方法不增大截面和结构自重、强度高、增强构件的耐久性和延性，施工简便经济、速度快等。
4、结语
1)加层扩建后建筑的高度发生变化，如果加建后建筑高度超过24m，改建后的建筑要符合高层建筑的设计规范，因此加建后的高度应尽量控制在24m以内。
2)结构加层时，需要从结构体系、地基基础的方案选择中预估加固总量和工期综合判定加层改造结构方案。应注重从整体结构出发，系统提高结构的整体性能，提高结构加固的效率。
3)刚看到泉州欣佳酒店的倒塌事故，很痛心！结构改造一定要遵守规范、不能擅自改变功能用途……尊重科学、尊重生命！
参考文献：
1.周健等，上海浦东机场T1航站楼改扩建设计，工程抗震与加固改造，Vol.38，No.5，2016
2.兰香等，隔减震技术在既有建筑加固中的应用与选择，建筑结构，Vol.48，No.18，2018
作者简介：
王晓鸿，博士、教授级高工、民航中青年技术带头人、PMP，曾担任卢浦大桥主桥项目部技术质量部常务副经理、上海机场建设指挥部总工办副主任、飞行区副部长、航站部副部长、上海机场集团技术中心综合办主任、上海机场集团技术咨询公司总经理。
来源：微信-民航基建
