某商業綜合體結構設計要點

黃 英 敏

(上海聯創設計集團股份有限公司，上海 200093)

1 工程概況

本項目位于新疆烏魯木齊市高新區，總建筑面積約13.33萬m2。地下2層(局部地下1層)，地上4層(局部5層)，結構高度約為20.5 m，整體建筑效果圖見圖1。

本工程設計使用年限50年，結構安全等級一級，抗震設防烈度為8度(0.20g)，設計地震分組為第二組，場地土類別為Ⅱ類，特征周期為0.40 s，基本風壓為0.6 kN/m2(50年重現期)。本工程為人流密集的大型多層商場，重點設防類。

2 結構體系

本工程是一座涵蓋商業、娛樂、超市、影院和餐飲等多功能為一體的商業綜合體，平面體量較大，因功能要求，平面存在樓板開洞多、大開洞、大跨度梁、大懸挑梁、連橋等情況；造型復雜，外立面設置玻璃幕墻、LED屏、廣告牌、出入口大雨篷；屋頂設置穹頂天窗、LOGO標識等。根據建筑功能要求和結構高度，本工程采用框架結構，地下2層抗震等級二級，地下1層、地上部分抗震等級一級。

3 荷載取值

商業綜合體項目最顯著的特點就是設計時未來的租戶不確定，業態分布未定，或者即使租戶確定，但他們的特殊需求可能會在項目施工后期或根據后期運營情況變化而變化。施工圖設計過程中會涉及內裝、幕墻、院線的調整和修改、方案簽批修改、商管業態調整等，因此需要我們具備相當的工程經驗和前期預判能力，選擇合適的荷載。

1)平面荷載。各開發商都有各自的設計管控要點，要點中有詳細的各功能房的面層做法及降板范圍、深度要求，根據實際情況計算對應的恒荷載，對于特殊功能房需和建筑及相關專業多溝通：餐飲店鋪需根據業態分布圖考慮廚房加高(或降低)區域荷載，并后期可能存在改變，荷載需充分預留布置范圍；同層排水做法以盡可能設計降板最小、范圍最少為最經濟合理；影廳考慮看臺框架及折板荷載、院線范圍屋面板下附加設備荷載；沿街步行街需考慮后期用途，是否設置展廳、水景、大型雕塑等。商業綜合體主要功能間基本類似，活荷載參考《建筑結構荷載規范》[2]取值，通過幾個商業綜合體設計總結，主要功能間活荷載匯總見表1。

表1 主要功能間活荷載取值

2)立面荷載。外立面荷載考慮外立面玻璃幕墻、外掛石材飾面、出入口雨篷、LED屏、屋頂采光頂、LOGO標識等荷載，荷載取值大小應根據業主和幕墻專業提供的實際情況取值，不可遺漏。

3)大型設備荷載。如超市冷凝器，冷卻塔，屋頂水箱。

4)消防車荷載。根據建筑總圖、景觀圖確定消防車行走路徑及登高場地位置。梁、板、柱強度設計時，考慮消防車荷載對應折減后的荷載組合(按規范對應覆土厚度折減、主次梁分別折減)，基礎、撓度、裂縫計算時不考慮此荷載。

5)吊掛荷載。地下室頂板各設備專業的吊掛荷載(如設備橋架的交叉密集區域、大管徑水管等)需重點復核，避免“常熟萬達廣場管道較大坍塌事故”類似事件再次發生。支吊架荷載包括豎向荷載、水平推力、側向荷載和地震作用等。大型管道支吊架，在橫穿車道、管線轉彎、出機房等處，優先采用落地支架；當無法設置時，必須在梁兩側同時設置支吊架或在柱間增設鋼托梁；支吊架水平推力較大時，可設置附加斜撐(拉桿)。結構總說明中必須強調管道支吊架設計要求，并需審核施工總包方的支吊架深化設計，支吊架及其節點詳圖、計算書是否符合規范要求；支吊架布置及間距是否合理，受力節點是否牢固，預埋還是后錨固。

6)特種結構荷載。商業綜合體常常為吸引兒童設置標志性大玩偶等游樂設備，游樂設備體量大、荷載大，且部分需與主體構件相連。荷載取值應根據廠家資料詳細了解圖紙工藝及安裝流程，涉及主體設計部分荷載需及時考慮并復核驗算，如預留支座荷載、吊掛荷載、設備震動荷載等，另需配合廠家做好預埋件設計。

4 結構布置要點

業主對商業綜合體項目品質追求特別高，尤其是在室內空間效果呈現方面要求越來越極致，需要我們將項目投資、適用性、美觀度等在設計之初考慮全面，并以最小的經濟付出取得最完美的效果。

1)柱網設計配合時，需考慮上部中庭、連橋、影院等的平面布置，盡可能縮小大跨度梁、懸挑梁的跨距，并根據地下室車道及停車位的布置，合理布置柱的位置。在建筑軸網固定的情況下，地下車庫需考慮每跨停3輛車還是4輛車，保證停車方向凈寬滿足要求，如柱截面大小在停車方向保持不變，則通過另一邊加高處理。

近年來，人們對于共享經濟模式越來越關注，共享經濟逐漸走入到各行各業的發展中，并且獲得了良好的促進效果，是化解過剩產能、降低成本的有效途徑。目前我國物流業發展中仍舊存在著一些問題，阻礙了綠色物流的實現，影響了物流業的可持續發展。因此，思考共享經濟下中國物流業的升級路徑這一問題十分必要。

2)中庭、連橋、影院等區域常布置大跨度梁、大懸挑梁。中庭位置根據洞口合理布置柱網，在滿足建筑功能及美觀的條件下，盡量縮短梁的跨距，大跨度位置布置斜梁減小洞口邊梁跨度，受力關系復雜區域采用加強一次懸挑，輔助二次懸挑的做法，保證結構安全。扶梯盡量與建筑配合直接搭在框架梁上，受力、舒適度控制均較好，若不能直接搭在框架梁上，需加強扶梯梁支座，輔助二次懸挑，并驗算扶梯懸挑梁撓度是否滿足規范要求。

中庭、連橋、影院區域樓板及大跨度梁除強度計算外，撓度、裂縫、舒適度需重點復核，為提高安全儲備，在滿足凈高的條件下適當增大構件剛度；并明確不同跨度、位置的梁板設計起拱要求，起拱值應滿足正常使用階段規范對撓度變形的要求，不宜超過樓面做法未施加時對應荷載作用下的計算撓度值。當普通梁不能滿足設計要求時，通常會采用預應力混凝土結構、型鋼混凝土結構、鋼結構。盡量避免形成復雜梁柱節點，大跨度梁、大懸挑梁的支撐柱支撐超過3個方向梁時，為方便鋼筋錨固需增設柱帽，柱帽需滿足抗剪要求；梁縱筋在柱內交叉重合錨固時，保護層變大，有效高度比模型計算的小，梁實際配筋時需根據梁實際有效高度復核。本項目抗震設防烈度為8度，大跨度和長懸臂結構計算豎向地震作用。

3)中庭空間效果需美觀大氣，在保證結構安全的條件下，建筑凈高需重點關注。設計過程中，需與建筑、設備各專業多溝通，注意設備橋架的交叉密集區域，提醒設備專業避讓梁高區域。懸挑梁采取變截面形式，外圈梁底保持平齊，中庭外圈不露柱。扶梯支座需根據扶梯廠家資料合理布置支座梁的水平、高低位置，避免安裝時偏位或與室內空間高低不平，使后期需要改造處理。

4)影廳大廳不應出現柱，看臺設計為框架結構形式，看臺下梁上起柱，梁上柱升至看臺樓板，踏步轉折位置設梁，平面見圖2，剖面見圖3。大小影廳面積不同，各處(大堂、放映廳、廳內入場通道等)凈高要求也不同，設計時多復核廳內梁下凈高是否滿足院線各區域凈高要求。IMAX廳從3層平面直接到大屋面，跨越多層，在樓層標高處設置框架梁時，注意避讓放映口。影廳放映室若采用吊柱，吊柱應加密并采用二道防線設計，在吊柱失效時從主結構伸出的懸挑梁能承載吊柱對應荷載。單柱懸挑梁也采用二道防線設計，加強周邊懸挑梁配筋，保證單柱懸挑梁失效時仍滿足受力要求。影廳耳墻填充墻高度較高，普通做法不滿足高厚比要求，本項目通過增設翼墻提高墻體穩定性，也可通過設置結構板減小層高、增加墻厚等多種方法來滿足規范要求。

5)幕墻、出入口大雨篷、LED屏、采光頂、廣告牌、LOGO等一般均有專業廠家設計，設計時應在相應部位設置梁、柱、構造柱、圈梁等結構構件，不能讓其直接連接在砌體上，埋件應事先預埋。

5 平面超長問題的應對措施

本工程建筑平面尺寸為206 m×138 m，長度遠超現行規范設置伸縮縫間距要求，但建筑功能要求限制平面設縫，導致結構為超長混凝土結構。混凝土收縮徐變、溫度升降等產生拉應力，均會導致混凝土開裂，本工程主要從以下幾方面進行設計及采取加強措施：

1)設置800 mm寬伸縮后澆帶，釋放部分混凝土的收縮變形及施工期間的溫度應力，間距控制在30 m～40 m，后澆帶設置在柱距三等分的中間范圍內，通常應避開人防密閉門、水池、衛生間、配電間、扶梯坑、集水井、樓梯間、大跨度梁、預應力梁、轉換梁，位置示意見圖4。后澆帶應在兩側結構構件澆筑2個月后采用高一級強度的補償收縮混凝土澆筑封閉，一次性澆筑且澆筑時間應在10 ℃左右，宜選擇當天溫度低的時候進行澆筑。

2)根據《建筑結構荷載規范》[2]烏魯木齊月平均最低氣溫約-23 ℃，最高氣溫約34 ℃。后澆帶合攏溫度取10 ℃～15 ℃，溫度作用大小考慮使用階段和施工階段(后澆帶封閉到交付使用)兩階段分別取值，T總溫差=T季節溫差+T當量溫差。

考慮混凝土徐變和收縮，把混凝土收縮換算成當量溫差，后澆帶合攏日期最早為澆筑后60 d，根據王鐵夢《工程結構裂縫控制》[3]第2.3～2.4節的公式，經計算60 d后收縮當量溫差T當量溫差≈-12 ℃。

使用階段：建筑外墻及屋面全部設置保溫，且室內設置空調，根據《實用供熱空調設計手冊》確定室內溫度：夏季26 ℃±2 ℃(28 ℃，24 ℃)，冬季18 ℃±2 ℃(20 ℃，16 ℃)。

a.樓蓋溫度同室內溫度，夏季T季節溫差=28-10=18 ℃，冬季T季節溫差=16-15=1 ℃，均為升溫；考慮季節性溫差和收縮當量溫差后，升溫T總溫差=18 ℃(升溫不計當量溫差，以下同)；降溫T總溫差=1-12=-11 ℃。

b.屋蓋及樓層外圍構件取室內外平均值，夏季T季節溫差=(34+28)/2-10=21 ℃；冬季T季節溫差=(-23+16)/2-15=-18.5 ℃；考慮季節性溫差和收縮當量溫差后，升溫T總溫差=21 ℃；降溫T總溫差=-18.5-12=-30.5 ℃。

施工階段：本項目主體封頂即將進入冬季，主體將在無圍護和保溫的條件下過冬，為了避免主體結構由于超長且在冬季承受較大降溫而產生過大的拉應力而開裂，后澆帶必須在第二年春天以后封閉，因主體封頂到交付使用周期短，封閉后要求施工單位做好主體防風保暖工作，溫度保持在-10 ℃以上。

升溫T季節溫差=34-10=24 ℃，降溫T季節溫差=-10-15=-25 ℃；考慮季節性溫差和收縮當量溫差后，升溫T總溫差=24 ℃；降溫T總溫差=-25-12=-37 ℃。

根據徐培福《復雜高層建筑結構設計》[4]第四章第四節，溫度作用分析：由于變形受到約束產生的應力，應考慮混凝土徐變引起的應力松弛特性，折減系數可取0.3；混凝土結構在各荷載效應作用下，應計入構件截面裂縫影響，梁柱構件混凝土截面彈性剛度折減系數可取0.85(本工程僅降溫工況考慮)。

通過YJK軟件進行溫度應力分析，對溫度應力結果采用包絡設計，對應力較大或集中部位采取加強構造措施，適當加強樓板配筋率，設置板頂貫通鋼筋；補充溫度應力鋼筋，加強部分梁通長鋼筋，部分腰筋設置按受拉錨固要求；柱配筋根據溫度應力結果加強；地下室外墻采用密而細的配筋形式。

3)根據應力分析結果，2層溫度效應最明顯，產生的拉應力最大，2層樓面在豎向力受力較小處設置誘導縫，釋放部分樓板的溫度應力，間距控制在50 m～60 m，誘導縫設在框架結構處，框架柱上設雙梁，雙梁之間降板，平面位置見圖5。

4)中庭大開洞形成較多薄弱連接的連橋，此區域板厚增大為130 mm，配筋雙層雙向拉通，并加強兩側邊梁配筋，加強區域如圖4中陰影區域所示。

5)對商品混凝土材料要求：水泥宜采用低水化熱的；砂石骨料的級配和含泥量需嚴格控制；混凝土采用60 d齡期的強度，混凝土拌合物入泵坍落度宜控制在(180±20) mm，具體要求詳見《地下混凝土結構防裂技術規程》中要求；根據新疆推廣高性能混凝土政策建議，上部結構采用補償收縮混凝土，梁板結構在施工過程中建議添加膨脹劑，摻量根據廠家具體資料確定，限制膨脹率應大于0.015%，并預先進行試驗研究。

6)施工措施：施工過程采用合理的施工工序，降低混凝土的入模溫度，利用夜間或有利的低溫季節澆筑混凝土；采取隔熱保溫措施，混凝土內部溫度與表面溫度的差值、混凝土外表面和環境溫度差值均不應超過25 ℃，控溫工作要持續到混凝土內部溫度與大氣平均溫度差在15 ℃內，且混凝土強度達到設計強度的75%以上時，方可停止，并加強混凝土的養護。地下室混凝土澆筑達到強度后，應盡可能及時回填。

本項目開業于2018年9月，至今始終保持了良好的運行狀態，其主體結構安全可靠度高，顯性開裂及觀感缺陷等質量問題均未發生，贏得了業主的高度肯定與信任，由此表明以上超長結構技術應對措施在本項目運行中可靠有效。

6 結構優化設計

不管萬達、華潤、寶龍、龍湖還是其他開發商，近年來對經濟指標控制尤其重視，本工程采取如下優化措施來配合業主成本控制部門。

1)梁、柱、基礎設計時，考慮活荷載折減；消防車取值優化見第3節荷載取值。

2)地下室頂板為結構嵌固端，按規范要求板厚為180 mm，為充分發揮厚板優勢，非特殊部位不設置次梁，采取大板結構；地下1層人防區域板厚較大，同理不設置梁，采取大板結構。

3)地下室外墻迎水面裂縫寬度限值為0.2 mm，背水面為0.3 mm。迎水面保護層厚度實際為50 mm，計算裂縫時取30 mm。

4)本項目標準柱網為8.4 m，8度區上部結構因整體指標計算要求，框架梁截面為400×850,450×850，若為7度區，框架梁截面可為300×700,300×800，減小梁寬(箍筋肢數少)可減少箍筋用量；上部結構通過方案經濟對比分析，單向次梁比十字次梁布置方式造價低，最終次梁采用2.8 m間距單向次梁布置方案(見圖4)，次梁為250×600，非加強區域板厚為110 mm。

5)兩側無高差均有板時，梁按考慮樓板翼緣的T形梁配筋，框架梁加密區、非加密區箍筋采用不同直徑，并滿足面積配筋率要求，本工程400寬普通框架梁箍筋為10@100(4)/8@200(4)，見圖6。在滿足規范要求的條件下，次梁底筋部分伸入支座，頂筋不采用貫通筋，采用架立筋。主次梁交接處優先采用箍筋抗剪，無法滿足時再設置吊筋。

6)柱箍筋與核心區箍筋分開表示。

7)屋面、地下室頂板室外范圍采用結構找坡，既降低建筑找坡成本，又減少屋面恒荷載，達到結構截面和配筋優化。

8)屋面較高女兒墻，采用框架梁、柱形成框架+填充墻的形式。

7 地基基礎設計

根據《烏魯木齊高新萬達廣場巖土工程詳細勘察報告》，本場地地形較平坦，場地未發現不良地質現象。場地地層由雜填土、粉土和卵石組成，雜填土、粉土層物理力學性質較差，且在基礎埋深以上，應全部挖除。第③層卵石層，場內均有分布，層位穩定，厚度大，物理力學性質良好。在勘探深度范圍內未見地下水，不考慮地下水對擬建建筑物基礎的影響。根據本工程特征和場地土質情況，基礎采用獨立基礎(外墻下條形基礎)+防水板，基礎持力層為第③層卵石層，地基承載力特征值fak=450 kPa。

因不考慮地下水，底板除小范圍邊跨外均為人防區域，板厚為300 mm，基礎底板配筋人防區應設置φ8梅花狀拉筋，拉筋間距不大于500 mm，拉住最外層受力筋。軸左側為地下2層，軸右側為地下1層，導致交界處相鄰基礎基底高差較大，設計時地下1層相鄰基礎下移使相鄰基底高差與基礎凈距之比小于1∶2，做法見圖7。南北坡道條形基礎底板隨坡導致板底不平，又因和主體結構相連，基礎構造較復雜，為基底受力合理，基底做法見圖8。本工程不考慮地下水，受力簡單；當地質條件為高水位時，防水板會承擔獨基一部分地基反力，這種反力的轉移隨浮力增加，獨基底部彎矩、剪力相應也增大。

8 結語

首先根據建筑使用功能合理選擇結構形式；其次根據業態功能結合預判能力，選擇合適的荷載；通過與建筑、設備、內裝、景觀等各專業的緊密溝通，結合室內空間效果，對各部位采取多種計算分析及構造措施，并對超長結構采取相應的設計措施及施工措施，最終實現全專業整體優化；最后根據地質資料選用合理基礎形式。

為保證結構安全可靠、建筑功能與形式完美融合，在設計過程中要始終聚焦業主，滿足各業態功能要求，多方案比選貫穿全周期，善于總結，還需關注經濟性指標，不斷優化，方能設計合理。