浅谈大型商业综合体建筑结构设计

徐锐强

（佛山北大资源地产有限公司）

1 引言

随着科技的发展社会的进步，我国的建筑结构形式越来越多、规模越来越大，结构设计也越来越重要。现在中国人口逐渐增加，为了很好的满足人们的需求，大型商场的数量也越来越多。很多大型商场结构跨度增大，结构复杂多样，内部格局也层出不穷。很多大型商场都打破单一的建筑布局模式，享有自己的设计风格。体量大、体型复杂、大跨和开洞等，因此现代商业建筑对结构设计的要求越来越高。

城市中，商业性的活动追求的是最高的利润，这是设计建筑设计和结构设计的经济性有很大关系。消费者是商业经济的主要来源，所以商业建筑的设计一定要满足城市人口分布和需求设计建筑规模。与此同时，结构设计是满足结构安全性使用功能要求的设计。做到不浪费资源，合理的规划资源，在建筑方面主要从合理的设计做起[1]。

图1 湖南省岳阳商业建筑

图2 山东省青岛商业建筑

2 设计资料

2.1 地质条件

表1 各岩土层力学指标表

（2）建设地点的地理情况：地形较为平坦，无障碍影响施工，周围空地可供施工使用，地下没有埋设物，场地类别二类。

（3）水文地质概况：最高地下水位-3.6m，常年地下水位-3.9m，没有腐蚀性，土壤最大冻结深度0.5m。

2.2 结构体系选型

结构主要有框架剪力墙结构、框架结构和筒式结构等，随着建筑行业的发展，很多大型商场都是用框架结构使用较多。选择根据实际需要选择设计结构类型，框架结构是最常见的；以它为例，框架主要受力构件就是梁和柱。

（1）采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。

（2）屋面：采用现浇的钢筋混凝土，刚柔性相结合的屋面，屋面板厚为150mm（只包括板厚）。

（3）楼面：全采用现浇钢筋混凝土楼盖，板厚150mm（不包括屋面做法）。

（4）楼梯：采用钢筋混凝土的现浇楼梯。

3 设计主要计算

结构主要构配件梁板柱，很多人都知道结构里的传递路径为板传递梁，梁传递柱，柱传递基础。针对大型商城的特点，简要阐述设计中合理选择结构方案、荷载的计算取值、还有怎样计算和分析。通过一些典型的和近似的案例作为参考，去设计结构，以免再出现前人的错误，在前人的基础上创新突破，创作出更好的结构设计。

3.1 竖向荷载计算

竖向荷载计算内容：

梁、柱截面尺寸的初步确定以及线刚度计算；

恒载标准值计算；

活载标准值计算；

竖向荷载作用下框架所受荷载计算。

3.2 水平荷载作用下的内力计算

3.2.1 风荷载作用下的内力计算

框架在风荷载（风从左向右吹）作用下的内力用D值法进行计算，其计算步骤如下：

（1）计算各柱的反弯点处的剪力值；

（2）计算各柱反弯点高度；

（3）计算各柱杆端弯矩及梁端弯矩；

（4）计算各柱轴力和梁剪力。

框架各柱的杆端弯矩，梁端弯矩按下式计算，计算过程：

3.2.2 风荷载作用下侧移计算

（1）作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中力的集中风荷载标准值为

式中：

w0——基本风压，w0=0.6kN/m2；

μz——风压高度变化系数，因地面粗糙度为B类；

μs——风荷载体型系数，根据建筑物的体型查得μs=1.3；

βz——风振系数，βz=1.0因高度小于30m，故不考虑；

hi——下层柱高；

hj——上层柱高，对顶层为女儿墙高度的2倍；

B——迎风面的宽度，B=8.1m。

（2）侧移验算：

层间侧移最大值要满足小于1/550（满足要求）。

3.3 内力组合

考虑以下几种内力组合：

第一种组合：恒载+活载（永久荷载起控制作用）；

第二种组合：恒载+活载（活荷载起控制作用）；

第三种组合：恒载+活载+地震荷载。

在这里考虑内力组合最大的，如弯矩最大，轴力最大等。内力计算分为：永久荷载计算，可变荷载计算和偶然荷载等。

结构荷载分类：

（1）按结构反应的特点分类。

（2）荷载又可以分为静态荷载和动态荷载。

（3）荷载按位置分类有可分为固定荷载和移动荷载。

（4）设计时也要考虑结构材料的选择，例如材料的质量和密度等。

（5）均布荷载是均匀分布的荷载作用面上，以单位面积上的荷载值为平均面荷载。均布线荷载是单位长度上的均匀荷载。非均布荷载是沿着长度方向上非均布加上荷载。

图3 非均布荷载

荷载的设计值在一般情况下，荷载的标准值和荷载的分项系数的乘积为荷载的设计值，也称作设计荷载。

表2 承载力调整系数γRE

3.4 截面设计与配筋计算

从下部结构起说，不同结构类型地基设计的等级不同，这个等级也不同于结构的安全等级。设计的安全等级应该按照国家强制性规定进行操作，严格执行[2]。设计中一定要分清楚设计等级与设计安全等级的区别，这是两个容易混淆的感念。基础设计的安全等级强调的是有关结构安全性，地基基础设计等级往往是根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能产生建筑物破坏或影响正常使用的程度，可以将地基基础设计分为三个设计等级，设计时应根据具体情况选用级别[3]。

3.5 柱截面设计

在结构设计荷载确定后，影响柱截面尺寸的主要控制因素可分为：轴压比允许值、层间位移角允许值和剪压比允许值等。结构设计中，首先进行框架柱的截面设计，并判定结构的抗震等级，然后通过PKPM软件等预先计算后，再根据控制因素允许值进行柱的截面尺寸修正。

柱截面设计内容：

（1）轴压比的验算；

（2）截面尺寸的复核；

（3）柱正截面受弯承载力的计算；（4）轴心受压验算；

（5）柱的斜截面抗剪计算。

4 设计问题

以框架形式的商业建筑为例，它是现代建筑结构中经常见到的结构形式。通常结构设计都会通过建模和软件模拟进行结构受力分析，结合框架结构的形式，对不同的平面结构布置形式来进行框架和框架中填充墙的协同受力分析[4]。找出结构承载力比较薄弱的部位，分析结构设计中应该注意的问题，发现及时采取措施。以达到结构设计要求的可靠度，更好的完成工程。对抗震方面的要求，采用框架结构形式时，利用更优的结构设计，同时加强薄弱部位的结构，得到合理和安全的建筑结构设计方案。随着地震的频发，一定要做好结构的抗震设计[5]。在抗震规范要求，按照“两阶段三水准”原则：大震不倒，中震可修，小震不坏等进行计算。按Ⅷ度设防，地震分组为第二组，地震加速度为0.2g。按照强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件的原则进行内力调整。

5 工程实例

根据具体的项目进行结构设计的具体问题具体分析，以下边星港国际广场购物中心为例，项目周围地势平坦，建筑规模较大，工期较长，如图4～5所示。

该项目的布局主要有几部分：S1（大商业，裙楼，框架结构），A#楼（S1塔楼，酒店、办公，框剪结构），S2（商业，裙楼，框架结构），B#楼（S2塔楼1，商业框架结构），C#楼（S2塔楼2，办公，超高层，框剪结构）。

对于本文要叙述的大型商场建筑结构分为：地下和地上两个部分，地下为停车场，地上为商业和办公。因为建筑结构有较大的跨度，所以在设计中要严格按照规范进行梁板柱尺寸和配筋等计算承载能力。在商场的上部区域结合商业活动的多样性，使用功能的复杂性去设计建筑结构并满足使用功能。

这个工程地基基础设计等级较高，根据现场情况进行了地质勘察，根据勘察结构来进行地下结构和上部结构设计。对于地下结构要严格设计为了是满足下结构对水的抗浮能力，地下挡墙对边界土的阻挡能力，这些都要严格符合设计要求。

结构分析：

（1）设计参数选用；

（2）整体分析对结构采用PKPM系列的SATWE等软件，并且应用了CSI等对结构进行设计的核算；

（3）结构分析并进行研究设计，并且进行设计优化，使结构更加具有经济价值。

图4 星港大型商场建设项目

图5 项目建设功能划分

6 设计安全性

对设计实施安全监测目的在于，根据设计要求进行施工，发现设计问题要及时提出，并向业主反映，业主与设计商议解决方案。施工人员不得明知设计有问题，而继续施工。否则，将可能造成严重的工程事故和不良的社会影响。

7 结束语

通过对上面内容，简述了结构设计的基本步骤，设计中要严格符合建设承载能力和安全要求，尤其是在设计方面往往会出现计算错误，所以每一个设计都要经过多次审核。为了满足现代商业建筑多功能要求，要对结构设计不断优化，还要对建筑结构抗震要求进行设计，满足结构安全性设计中都要乘以工程需要的安全系数。