大型商業綜合體建筑的結構設計研究

陳 凌

（安徽水安建設集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

大型商業綜合體屬于多功能性建筑，規模大和形狀不規則都是此類型建筑的主要特點。鑒于大型商業綜合體建筑的這一特點，此類型建筑的結構設計難度大多比較高。在實踐工作中，大型商業綜合體建筑結構設計人員根據建筑所在區域的實際情況以及建筑的功能性、美觀性要求，妥善開展結構體系布置和結構計算分析。

1 大型商業綜合體建筑的特點和作用

大型商業綜合體的概念源自于城市綜合體，后者是集合了多種城市功能建筑的一體化城市經濟聚集體，可以被稱為“城中之城”；前者則可以被視為后者的簡化模式，商業綜合體可實現城市生活空間功能的有機組合，是一種可實現多功能聯動、多功能互助且互相依存的高效化綜合體。在大型商業綜合體之中，可實現商業、住宅、餐旅、會議、文娛、辦公等三項以上功能的有效組合，所以在此類型建筑之中往往包含多個功能區域。

在此背景之下，大型商業綜合體大多表現出了高度密集性和集約性，單體建筑之間風格統一具有整體性特點；而且，大型商業綜合體的可達性極高，功能復合性也非常強［1］。從內部環境來看，大型商業綜合體大多擁有較大的空間尺寸和現代化景觀設計，其內部的公共空間與交通也實現了有效連接，更與城市交通互通共同建成通道樹型交通體系。此外，在大型商業綜合體當中，還建有眾多的高科技集成設施，能充分滿足使用者的多元化要求。大型商業綜合體的本質是多功能組合型建筑群，能夠引導商業地產的升級和變革，更能實現節約用地，還可發揮縮短交通距離、提高經濟效益、豐富市民生活的重要作用。

2 大型商業綜合體案例概述

案例工程屬于大型商業綜合體，位于城市中心地段，總建筑面積達到了84028.21平方米。工程項目的地上和地下層數分別為4層與3層，另外局部建筑存在第五層，整體高度為32.2m。在大型商業綜合體當中，地上與地下各層層高皆不相同。從地上建筑高度來看，地上1層、2-4層和5層的層高分別為5.7m、5.2m和10.4m，5層內還有層高為5.2m的夾層；從地下結構深度來看，地下室三層層高一次遞減，負1層、負2層和負3層的層高分別為6.3m、4.9m和3.6m。本次案例建筑屬于二級安全、乙類設防結構，擁有50年的設計使用年限，其所在區域內的抗震設防烈度為7度。

3 大型商業綜合體建筑的結構設計難點和要點

大型商業綜合體建筑大多處于大型商圈或市中心，建筑的使用功能需求較為多樣，人流量也相對較大，所以在結構設計環節必須兼顧安全性和美觀性要求。在實踐工作當中，為了提高大型商業綜合體的實用性，設計人員需要重點關注此類型建筑的不規則和不連續問題，并且強化結構體系的完整性和統一性設計，還應該做好計算分析。

3.1 設計難點

在設計大型商業綜合體時，相關工作人員需要先確定其結構體系，從而為后續設計工作奠定基礎。針對本次案例建筑的功能性和安全性需求，將選用框架體系設計大型商業綜合體主樓結構，且該結構不設縫，最大長度為178m。在大型商業綜合體建筑的中庭和通廊區域內存在較大跨度結構（15-24m），前者走廊的懸挑長度應保持在3-7m之間，而且應選用鋼筋混凝土結構作為較大跨度框架梁。在設計時，將會為大型商業綜合體的整體樓面結構，選用鋼筋混凝土梁板樓面體系，樓層板厚度可達12cm。大型商業綜合體的五層夾層為電影院，需要較大的調高和屋面跨度，因此可選用鋼筋混凝土梁柱結構構建該層的屋面大跨度框架體系。

本次設計的難點并不僅僅表現在結構體系選定方面，更表現在抗震設防和多元結構處理方面。在實踐中，大型商業綜合體設計存在扭轉和凹凸不規則的問題，它們都屬于本次結構設計的難點［2］。基于Y+偶然偏心規定水平力，項目主樓3層的扭轉位移比達到了1.41，4層扭轉位移比更高，達到了1.47，從這種情況來看本次工程有較多樓層存在扭轉位移比，扭轉偏大、不規則問題十分突出。而且，平面凹進尺寸占據了相應投影方向總尺寸的66%，也使得結構存在凹凸不規則的問題。此外，標準層的有效樓板寬度與樓板的典型寬度不一致，前者僅為后者的38%，使得設計環節面臨樓板不連續的難點；而4、5層之間的交接縮進也導致建筑結構尺寸突變。電影院為5層夾層，整體存在高達10.4m的穿層柱，也讓該層的結構設計難度加大。

3.2 設計要點

在本次設計環節，想要突破設計難點，兼顧美觀與安全，保證整體結構實用性，就必須做好計算分析工作。大型商業綜合體設計人員應該將計算分析工作貫穿于每一個設計要點。

1）復雜樓板應力：在案例大型商業綜合體當中，為滿足建筑的功能性需求，其整體平面中存在大范圍的樓板開洞和深度凹進。這樣一來，建筑樓板之間的連接性相對較差，不連續以及相互連接薄弱問題十分突出。而且，4層和5層的交接位置的立面體型縮進也進一步增加了建筑結構受力方面的復雜性，當上部地震所用自上而下傳遞時，上下部結構之間的樓板需要承擔的面內應力相對較大。由于平立面存在不規則性而引發的樓板受力復雜問題將會嚴重影響結構的整體安全性，所以在大型商業綜合體建筑結構設計環節，相關工作人員也應該重點關注這一問題。比如，建筑BIM模型，基于立體化、直觀化模型，反應建筑樓板平面的剛度變化，為開展復雜樓板的應力分析做好充足準備；基于MIDAS-GEN軟件開展多遇和設防地震作用樓板時的應力計算，為保證建筑結構設計方案合理提供保障。

在面對多遇地震工況時，案例工程的樓板并不存在較大范圍的應力集中問題。但在X向和Y向多遇地震工況之下，樓板的應力分布情況存在明顯差異；基于前者，建筑樓板的應力分布均勻性較高；基于后者，建筑樓板的應力會集中在固定區域，主要受力位置是中庭通廊的洞邊樓板和建筑平面的中間樓板。形成這種情況的根本原因，是大型商業綜合體建筑的兩側存在剛度差異，為避免兩側框架變形，中間區域的樓板必須承擔協調變形的任務。從設計角度來看，X向和Y向樓板的最大拉應力應小于2N/mm2，該數值未超過混凝土抗拉強度的標準值，所以不會造成樓板開裂和安全風險。當然，面對局部樓板應力集中的問題，設計人員可對這些位置進行針對性加固設計。比如，增加應力集中位置的樓板厚度、加強配筋等。

2）扭轉不規則：面對案例建筑的多層扭轉位移比過高問題，設計人員應該追根溯源找到這一問題的成因。在本次選定的大型商業綜合體建筑當中，平面形狀不規則、中部凹進過深且平面的相對狹長程度高，都使得建筑結構平面的兩側協調變形能力下降［3］。而且，建筑中還存在局部五層的情況，五層中還存在夾層，這些都增加了建筑結構的復雜性和受力不穩定性，共同導致了扭轉位移比過大、扭轉不規則的情況。

面對這一問題，設計人員需要通過強化扭轉位移比計算，為強化局部設計做好充足準備。在此環節，應基于建筑功能性要求，在滿足梁寬和軸壓比的基礎上，完成抗側力構件布置和建筑平面兩側區域框架設計工作。這樣一來，可借助于降低平面兩側剛度差，來增強結構的抗扭剛度，并對主樓的扭轉位移比進行有效控制，使其最大值不超過1.5。在計算時，設計人員還需要基于分塊剛性力學模型，計算扭轉位移比，并借助于局部內力增大系數完成邊榀框架的加強設計。

3）豎向體型收進：本次研究選用的大型商業綜合體存在非常明顯的豎向體型縮進問題，這一問題的出現會加劇結構的高階振型，使結構頂部的鞭梢效應變得更加突出；而且收進部位的樓板受力復雜性高，面對強大的面內應力容易出現薄弱坍塌情況風險。為了解決這些問題，設計人員可以基于振型分解反應譜來完成地震作用下的結構受力計算。比如，基于振型分解反應譜和RIZ向量法，以24個振型數為基礎計算平動振型參與質量系數，為合理開展收進方案設計做好充足準備。同時，面對豎向體型收進交接處樓板設計問題，設計人員應該通過該加強樓板厚度和配筋的方式，保證交接樓板的抗拉強度小于標準值，從而確保在多遇和設防地震作用之下建筑結構都具有強大的穩定性和安全性。

4 結語

總而言之，開展大型商業綜合體建筑結構設計時，設計人員需要充分考慮此類型建筑的整體統一性和功能復合性，更需要在設計時做好建筑結構的受力分析與計算，從而保證結構的整體穩定性和安全性。在實踐工作當中，設計人員需要針對大型商業綜合體建筑的不規則結構、豎向體型收進以及結構應力等問題進行有效計算和分析。