商业综合体结构设计的探讨
发表时间：2020-04-02T06:17:18.500Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年24期作者：刘洋
[导读] 影视功能等区域大空间面积达29.8mx21.4m，本项目针对特定问题采取了如下特定的处理方法。

合肥市宝能房地产开发有限公司合肥市 230000
摘要：随着消费水平的提高及需求多样化，“综合”对于商业类建筑尤显重要，商业综合体建筑的显现在满足消费者需求的同时也为建筑设计领域带来了新的考验。

商业综合体建筑具有立面设计美观、功能分区多样、建筑造型标新立异等诸多特点，大悬挑、大空间、形体超长、大开洞等结构设计问题也随之而生。

基于此，本文主要对商业综合体结构设计进行分析探讨。

关键词：商业综合体；结构设计
1、工程概况
某商业综合体建筑层数为地上5层（局部6层）、地下2层，建筑高度为30.25m，平面尺寸为153mx148m，功能分区涵盖综合商业、餐饮、电影院、游艺、休闲娱乐、图书展示等，整体建筑以稳重、典雅、挺拔的新古典风格。

主体结构采用框架体系，相关参数见下表。

基础采用泥浆护壁钻孔灌注桩承基础。

结构设计基准期50年
结构设计使用年限50年
建筑结构安全等级一级
结构重要性系数 1.1
桩基、地基基础设计等级甲级
建筑抗震设防类别重点设防类
抗震设防烈度7度
设计基本地震加速度0.1g
设计地震分组Ⅱ类
地下室防水等级一级
2、工程实际问题
某商业综合体项目体型超长达153m，宽为148m，外立面设计要求整齐划一、简洁美观，建筑设计禁止设缝，为合理利用建筑空间、划分功能分区，结构整体柱距设置为9mx9m以形成大空间，局部位置开设大洞口以满足建筑空间造型及采光，洞口局部周围形成大跨度悬挑及超大跨度梁，影视功能等区域大空间面积达29.8mx21.4m，本项目针对特定问题采取了如下特定的处理方法。

2.1形体超长不设缝
当建筑形体超长时，常设置伸缩缝以减小由于施工期间水化热或使用期季节性温差和混凝土收缩等间接作用效应累计的影响，将混凝土结构分割为较小的单元以避免引起较大的约束应力和开裂。

《混凝土结构设计规范》（GB50007-2012）8.1.1条规定现浇框架结构室内或土中伸缩缝最大间距为55m，本项目长宽都超100米，属于超长结构体系，按规定应设置间距不大于55m的伸缩缝，但建筑师出于对建筑立面观感的考量不允许设缝，基于此施工图设计阶段采取构造措施来减少温度和混凝土收缩对结构的影响：（1）对顶层等温度变化影响较大的部位提高配筋率，另根据当地的设计要求，全楼均采用双层双向配筋；（2）每隔30米设后浇带，带宽为1米，钢筋采用搭界接头，后浇带混凝土宜在两个月后浇灌；
（3）在设计说明中注明采用伸缩小的水泥、减少水泥用量、在混凝土中加入适当的外加剂；
（4）在部分楼梯间增设剪力墙。

2.2楼盖结构分析
楼盖结构是指结构体系中的水平构件，主要包括梁和板。

楼盖体系的混凝土用量和用钢占整个结构成本的50%～70%。

因此结构平面的布置对本工程的造价控制起着决定性的因素。

本工程典型柱网为9mX9m，为了谨慎起见，方案初期选用了单道次梁、十字梁、井字梁三种方案。

从经济角度而言，十字梁要比井字梁经济较多；从结构安全角度而言，井字梁更加有利于发挥主次梁的协同作用，十字梁传递的荷载恰好作用在主框架梁的最大弯矩处；从美观角度而言，井字梁有利于节省空间，十字梁相对来说稍微差点。

结合本工程对造价，含钢率要求较高，采用十字梁板平面布置。

经过结构计算对比分析，布置十字梁相对更加经济合理，梁截面高度初选为1/20～1/15。

主梁高取300X800，次梁高取250X600，当遇到荷载较大处，梁配筋率较大处，尽量加宽主梁而不是一味增加高度，从而和各专业更紧密配合。

商业中庭的设计是本项目结构设计的难点。

作为整个商业裙楼重要的垂直交通、突出室内空间及提升档次的垂直载体，一般结构工程师将面临两大难题：第一，本项目中庭走道上一律不能出现柱子，即结构需要悬挑4.5米的荷载，且很多需同时作为自动扶梯的支撑梁，致使悬挑梁高很难控制下来，为此，在满足结构合理受力情况下，采用变截面挑梁400x1200～800，经过计算分析大悬挑位置梁挠度及支座裂缝均满足要求；第二，中庭连桥也是抽柱大跨度的难点，由于本项目在连桥位置设置不少增色的布置，且考虑餐饮或商场活动时人流聚集，结构设计时此处荷载很多大于室内店铺，作为抽柱后形成18米的大跨度，初期曾考虑做单向钢梁或者预应力梁，后来结合甲方对造价以及工期的高标准要求，采用普通混凝土梁形式，既能满足承载力要求，又能在中庭连桥防火分区交界处设置防火卷帘处预留更多净高，避免在此位置出现天花最矮处。

建筑出于空间及采光的考量，在建筑四个角的位置设置了椭圆状长短轴10mX7.3m的庭院，造成结构在中庭局部有22米的柱网，并且有4.5m长的大跨度悬挑梁，如图1所示。

图1 预应力及大跨度梁布置图
施工图最终选用预应力梁解决大跨问题，预应力梁截面为500x1200，在大悬挑位置，则选用400x800的梁，并向后延伸1～2跨，以增加其抗倾覆能力，经过计算分析大跨度及大悬挑位置梁挠度及支座裂缝均满足要求。

2.3大空间屋面的处理
大跨度屋面根据跨度通常有两种做法，跨度在20m左右时可选用预应力混凝土梁或井字梁，当跨度远大于20m时常选用钢结构支撑的钢屋面或组合屋面板。

前者无论设计成井字梁还是预应力梁，梁截面均较大，通常梁高均在1000mm以上，影响净高，不利于建筑空间功能的合理利用，后者则利用钢材的宜连接、强度高的特点，通过较小截面的相贯焊接组成平面刚度较大的桁架结构，结合压型钢板组合楼板或者新兴的钢筋桁架楼承板构成屋面，整体结构力学性能良好，外观轻巧美观，根据现有地震震害资料统计可知，轻巧大跨度钢结构或钢承式屋面相对更加稳定。

本项目涉及两个大空间功能区域，跨度分别为27m、18m，方案初期以预应力结构试算，施工图阶段综合考虑建筑空间净空需求最终选用钢桁架支撑的压型钢板组合屋面，单榀桁架如图2所示。

桁架采用方管相贯焊接而成，采用空间结构计算分析软件3D3S进行屋盖结构内力分析与计算，并优选管桁架杆件截面，根据图集《钢与混凝土组合楼（屋）盖结构构造》（05SG522）要求，合理布置栓钉，并在洞口位置增加角钢、栓钉以满足构造要求，相应构造及节点连接如图2所示。

图2 桁架平面图及节点大样
3、结构整体分析计算结果
本工程采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的结构分析软件SATWE（2012年版）进行结构分析。

考虑建筑平面功能的细化、楼面功能性孔洞设置等条件的变化，合理选择大跨度及大悬挑处梁截面尺寸及梁类型，运用PKPM中的prec模块分析计算预应力混凝土梁，空间结构计算软件3D3S分析计算钢桁架组合屋面并导入主体框架结构考虑结构整体响应，不断调整、优化结构模型。

分析可知结构周期比为0.77＜0.9，不考虑偶然偏心的层间位移角为1/971＜1/550（X地震）、1/8612＜1/550（X风荷载），经判定结构无薄弱层，故该商业综合体结构设计满足规范要求。

4、结语
商业综合体类建筑中变形缝的处理、大跨度梁及悬挑梁的选择、大空间屋楼面的设计对于建筑立面表达效果及功能空间效能发挥有着重要影响，本文以案例形式简述了商业综合体建筑结构设计常见3类问题的处理方法及措施。

参考文献
[1]GB50009-2012.建筑结构荷载规范[S].2012
[2]JGJ3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程[S].2010。