淺談大型商業綜合體建筑結構設計

徐銳強

（佛山北大資源地產有限公司）

1 引言

隨著科技的發展社會的進步，我國的建筑結構形式越來越多、規模越來越大，結構設計也越來越重要。現在中國人口逐漸增加，為了很好的滿足人們的需求，大型商場的數量也越來越多。很多大型商場結構跨度增大，結構復雜多樣，內部格局也層出不窮。很多大型商場都打破單一的建筑布局模式，享有自己的設計風格。體量大、體型復雜、大跨和開洞等，因此現代商業建筑對結構設計的要求越來越高。

城市中，商業性的活動追求的是最高的利潤，這是設計建筑設計和結構設計的經濟性有很大關系。消費者是商業經濟的主要來源，所以商業建筑的設計一定要滿足城市人口分布和需求設計建筑規模。與此同時，結構設計是滿足結構安全性使用功能要求的設計。做到不浪費資源，合理的規劃資源，在建筑方面主要從合理的設計做起[1]。

圖1 湖南省岳陽商業建筑

圖2 山東省青島商業建筑

2 設計資料

2.1 地質條件

表1 各巖土層力學指標表

（2）建設地點的地理情況：地形較為平坦，無障礙影響施工，周圍空地可供施工使用，地下沒有埋設物，場地類別二類。

（3）水文地質概況：最高地下水位-3.6m，常年地下水位-3.9m，沒有腐蝕性，土壤最大凍結深度0.5m。

2.2 結構體系選型

結構主要有框架剪力墻結構、框架結構和筒式結構等，隨著建筑行業的發展，很多大型商場都是用框架結構使用較多。選擇根據實際需要選擇設計結構類型，框架結構是最常見的；以它為例，框架主要受力構件就是梁和柱。

（1）采用鋼筋混凝土現澆框架結構體系。

（2）屋面：采用現澆的鋼筋混凝土，剛柔性相結合的屋面，屋面板厚為150mm（只包括板厚）。

（3）樓面：全采用現澆鋼筋混凝土樓蓋，板厚150mm（不包括屋面做法）。

（4）樓梯：采用鋼筋混凝土的現澆樓梯。

3 設計主要計算

結構主要構配件梁板柱，很多人都知道結構里的傳遞路徑為板傳遞梁，梁傳遞柱，柱傳遞基礎。針對大型商城的特點，簡要闡述設計中合理選擇結構方案、荷載的計算取值、還有怎樣計算和分析。通過一些典型的和近似的案例作為參考，去設計結構，以免再出現前人的錯誤，在前人的基礎上創新突破，創作出更好的結構設計。

3.1 豎向荷載計算

豎向荷載計算內容：

梁、柱截面尺寸的初步確定以及線剛度計算；

恒載標準值計算；

活載標準值計算；

豎向荷載作用下框架所受荷載計算。

3.2 水平荷載作用下的內力計算

3.2.1 風荷載作用下的內力計算

框架在風荷載（風從左向右吹）作用下的內力用D值法進行計算，其計算步驟如下：

（1）計算各柱的反彎點處的剪力值；

（2）計算各柱反彎點高度；

（3）計算各柱桿端彎矩及梁端彎矩；

（4）計算各柱軸力和梁剪力。

框架各柱的桿端彎矩，梁端彎矩按下式計算，計算過程：

3.2.2 風荷載作用下側移計算

（1）作用在屋面梁和樓面梁節點處的集中力的集中風荷載標準值為

式中：

w0——基本風壓，w0=0.6kN/m2；

μz——風壓高度變化系數，因地面粗糙度為B類；

μs——風荷載體型系數，根據建筑物的體型查得μs=1.3；

βz——風振系數，βz=1.0因高度小于30m，故不考慮；

hi——下層柱高；

hj——上層柱高，對頂層為女兒墻高度的2倍；

B——迎風面的寬度，B=8.1m。

（2）側移驗算：

層間側移最大值要滿足小于1/550（滿足要求）。

3.3 內力組合

考慮以下幾種內力組合：

第一種組合：恒載+活載（永久荷載起控制作用）；

第二種組合：恒載+活載（活荷載起控制作用）；

第三種組合：恒載+活載+地震荷載。

在這里考慮內力組合最大的，如彎矩最大，軸力最大等。內力計算分為：永久荷載計算，可變荷載計算和偶然荷載等。

結構荷載分類：

（1）按結構反應的特點分類。

（2）荷載又可以分為靜態荷載和動態荷載。

（3）荷載按位置分類有可分為固定荷載和移動荷載。

（4）設計時也要考慮結構材料的選擇，例如材料的質量和密度等。

（5）均布荷載是均勻分布的荷載作用面上，以單位面積上的荷載值為平均面荷載。均布線荷載是單位長度上的均勻荷載。非均布荷載是沿著長度方向上非均布加上荷載。

圖3 非均布荷載

荷載的設計值在一般情況下，荷載的標準值和荷載的分項系數的乘積為荷載的設計值，也稱作設計荷載。

表2 承載力調整系數γRE

3.4 截面設計與配筋計算

從下部結構起說，不同結構類型地基設計的等級不同，這個等級也不同于結構的安全等級。設計的安全等級應該按照國家強制性規定進行操作，嚴格執行[2]。設計中一定要分清楚設計等級與設計安全等級的區別，這是兩個容易混淆的感念。基礎設計的安全等級強調的是有關結構安全性，地基基礎設計等級往往是根據地基復雜程度、建筑物規模和功能特征以及由于地基問題可能產生建筑物破壞或影響正常使用的程度，可以將地基基礎設計分為三個設計等級，設計時應根據具體情況選用級別[3]。

3.5 柱截面設計

在結構設計荷載確定后，影響柱截面尺寸的主要控制因素可分為：軸壓比允許值、層間位移角允許值和剪壓比允許值等。結構設計中，首先進行框架柱的截面設計，并判定結構的抗震等級，然后通過PKPM軟件等預先計算后，再根據控制因素允許值進行柱的截面尺寸修正。

柱截面設計內容：

（1）軸壓比的驗算；

（2）截面尺寸的復核；

（3）柱正截面受彎承載力的計算；（4）軸心受壓驗算；

（5）柱的斜截面抗剪計算。

4 設計問題

以框架形式的商業建筑為例，它是現代建筑結構中經常見到的結構形式。通常結構設計都會通過建模和軟件模擬進行結構受力分析，結合框架結構的形式，對不同的平面結構布置形式來進行框架和框架中填充墻的協同受力分析[4]。找出結構承載力比較薄弱的部位，分析結構設計中應該注意的問題，發現及時采取措施。以達到結構設計要求的可靠度，更好的完成工程。對抗震方面的要求，采用框架結構形式時，利用更優的結構設計，同時加強薄弱部位的結構，得到合理和安全的建筑結構設計方案。隨著地震的頻發，一定要做好結構的抗震設計[5]。在抗震規范要求，按照“兩階段三水準”原則：大震不倒，中震可修，小震不壞等進行計算。按Ⅷ度設防，地震分組為第二組，地震加速度為0.2g。按照強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱桿件的原則進行內力調整。

5 工程實例

根據具體的項目進行結構設計的具體問題具體分析，以下邊星港國際廣場購物中心為例，項目周圍地勢平坦，建筑規模較大，工期較長，如圖4～5所示。

該項目的布局主要有幾部分：S1（大商業，裙樓，框架結構），A#樓（S1塔樓，酒店、辦公，框剪結構），S2（商業，裙樓，框架結構），B#樓（S2塔樓1，商業框架結構），C#樓（S2塔樓2，辦公，超高層，框剪結構）。

對于本文要敘述的大型商場建筑結構分為：地下和地上兩個部分，地下為停車場，地上為商業和辦公。因為建筑結構有較大的跨度，所以在設計中要嚴格按照規范進行梁板柱尺寸和配筋等計算承載能力。在商場的上部區域結合商業活動的多樣性，使用功能的復雜性去設計建筑結構并滿足使用功能。

這個工程地基基礎設計等級較高，根據現場情況進行了地質勘察，根據勘察結構來進行地下結構和上部結構設計。對于地下結構要嚴格設計為了是滿足下結構對水的抗浮能力，地下擋墻對邊界土的阻擋能力，這些都要嚴格符合設計要求。

結構分析：

（1）設計參數選用；

（2）整體分析對結構采用PKPM系列的SATWE等軟件，并且應用了CSI等對結構進行設計的核算；

（3）結構分析并進行研究設計，并且進行設計優化，使結構更加具有經濟價值。

圖4 星港大型商場建設項目

圖5 項目建設功能劃分

6 設計安全性

對設計實施安全監測目的在于，根據設計要求進行施工，發現設計問題要及時提出，并向業主反映，業主與設計商議解決方案。施工人員不得明知設計有問題，而繼續施工。否則，將可能造成嚴重的工程事故和不良的社會影響。

7 結束語

通過對上面內容，簡述了結構設計的基本步驟，設計中要嚴格符合建設承載能力和安全要求，尤其是在設計方面往往會出現計算錯誤，所以每一個設計都要經過多次審核。為了滿足現代商業建筑多功能要求，要對結構設計不斷優化，還要對建筑結構抗震要求進行設計，滿足結構安全性設計中都要乘以工程需要的安全系數。