探讨商业建筑结构设计措施及合理性分析

谭敬联

广西壮族自治区建筑科学研究设计院

探讨商业建筑结构设计措施及合理性分析

谭敬联

广西壮族自治区建筑科学研究设计院

本文通过实际工程案例，对商业建筑的基础设计及结构设计合理性进行了详细分析，以供类似工程参考。

商业建筑；结构设计；合理性

1 工程概况

某商业建筑由1#楼5层全商业和11，12#楼22层办公及酒店组成。1#、11#、12#建筑地上5层和地下2层。1#、11#、12#层高：1层为6.0m，2～5层各为5.4m。11#、12#楼5～22层层高均为3.6m。结构体系：1#楼为框架结构，11#、12#楼为框架-剪力墙结构。基础形式为11#、12#楼为平板式筏形，1#楼为柱下条形基础+加防水板。5层以下建筑功能均为商业；建筑地上l，2层为独立街铺，3～5层为大商场以及餐饮区，6层以上为办公室和酒店公寓。地下一层为大型商业超市和设备用房(层高7.0m)，地下2层为车库和消防水池等设备用房(层高为4.20m)。本工程结构设计使用年限为50年；建筑结构安全等级为一级；抗震设防类别：商业营业面积≧7000m2为重点设防类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15，设计抗震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类，建筑的设计特征周期为0.35 s；基本风压0.4 kN／m2，地面粗糙度为B类。根据GB 50223--2008建筑工程抗震设防分类标准中3.O.3的规定，应按高于本地区抗震设防烈度1度的要求加强其抗震构造措施，其框架抗震等级在原基础上提搞一级。

2 基础设计

本工程地基基础设计等级为甲级。本工程所有地上单体均位于一个大地下室上，地下室层数2层，基础板面标高一15.400m，持力层为中风化安山岩，地基承载力特征值为 fak =600kPa；故基础形式采用1#柱下条形基础加抗浮压重防水板和11#及12#平板式筏基。抗浮水头11.26m。根据水头较高，1#楼需加1.4m压重解决抗浮问题，局部纯地下室部分加压重及抗浮锚杆解决抗浮问题；1#基础底板厚0.6 m，11#和12#平板板厚为1800mm。复核地基沉降变形计算因地质承载力较大，验算基础最大沉降量约为30mm，在地基规范要求范围内。

3 商业建筑结构设计合理性分析

3.1平面结构布置选择及优化

商业项目往往要满足建筑大空间功能要求，外形复杂，平面较不规则，通常存在大跨度、大悬挑结构，同时，考虑到设备、管道等对净空影响，梁高受到控制，因此梁端采用加腋等手段对梁截面进行优化，个别部位受建筑功能限制考虑采用钢-砼混合结构，更好地满足建筑功能处理能提升商业整体空间。规则柱网楼面梁采用框架梁+井字梁形式布置。对于柱跨的商业(12.6mx9m， 9x9m)主受力框架梁截面可控制在400mm×900～1000mm；次梁300mm×700mm。商业间通道连桥梁高控制在1.2m 以下，并且应至少设置2 道楼面梁以保持平面外稳定性。跨越商业间通道跨度不大于20m时梁应优先考虑采用钢筋混凝土结构，布置平行或者交叉梁，若主受力梁为次梁，应伸入两端主框架至少一跨形成连续梁以减小跨中弯矩及挠度，同时也可减小边跨框架梁的扭矩，增大两侧结构的牢靠联接。由于连桥面考虑进平面不规则及整体作用，水平力的传递及平面薄弱点出现，连桥板厚应适当加厚，板配筋按0.25%双层双向通长配置加强构造。大中庭结构设计要点：采用钢-混凝土混合结构，沿洞口周边设置斜钢梁，钢梁高度控制在约1.2m，跨度控制在30m 以下，钢梁端部支承于柱或混凝土框架梁处。自动扶梯端部应设置一道封口梁。由于大中庭跨度较大，组合结构刚度偏小，考虑到自动扶梯荷载较大且有一定的动力作用，中庭楼盖刚度应适当加强，钢梁除应满足承载力要求之外，可采用增加刚节点、加劲肋、增加腹板厚度等措施以减小弹性挠度，满足舒适度要求。小中庭结构设计要点：采用混凝土结构，柱框架梁为大跨度梁(跨度不大于20m)或悬臂梁，梁高控制在1.2m 以下。在荷载较大的位置，次梁亦可布置为悬臂方向，以减少主梁的负担。悬臂梁及大跨度梁可按受力及挠度要求设计为变截面，便于管线的布置，尽量减小对净空的影响。走廊大悬挑梁布置及截面优化方法：商业走廊悬挑长度一般在5m 以内，结构可采用框架梁悬挑+横向次梁的布置方式以减小框架梁根部弯矩。框架梁悬挑端一般与内跨同宽，通过增大悬挑端梁高以提高承载力，但一般不超过1.2m。

3.4基础及底板选型

根据地质勘察详细报告，底板面(标高约-15.4m)已进入土层中风化安山岩，承载力特征值fak = 600 kPa，承载力较高，均采用天然基础。本工程应考虑抗浮设计，抗浮水头约11.26m，技术措施上采用压重加抗浮锚杆抵抗。D160 锚杆(锚杆长按8m，入持力层中风化安山岩8m 内，极限侧阻力特征值取均值约120Kpa)，抗拔承载力特征值约360kN。压重量(取底板厚度600mm，压重层厚1400mm，其压重荷载为0.6*25+1.4*20+0.18*25*2+0.8*18=66.4kN/m2)，即整体抗浮剩余水浮力为：11.26*10*1.05-66.4=51.83kN/㎡；换算锚杆分布间距为√360/51.83=2.64m，抗浮锚杆间距按2.5m设计；仅设于纯地下室部分，施工要求主体结构完成及压重料回填后方可停止降水处理，否则仅地下室部分整体抗浮会存在安全隐患问题。

3.5地下室楼盖结构选型

首层室外覆土厚0.60m，沿着建筑物周边设有消防车道，覆土自重和消防荷载及跨度等较大；且结构顶板又作为塔楼嵌固端考虑。即采用现浇梁板式结构形成较好楼层刚度，板厚根据规范要求取值室内180mm，室外有覆土区域按250mm；板最小配筋率按0.25%考虑，并且采用双层双向通长配置。框架梁梁高按跨度l/12～18取值，一是保证结构变形安全稳定性，二是考虑地下一层商业空间使用，梁高控制范围在0.8～1.0m之间。由于地下水位较高考虑工程成本经济性，抗渗等级分段取值如底板，-2层外墙按P8，其余均地下室外墙和顶板与覆土或水接触构件按P6考虑。

4 结束语

综上所述，商业建筑结构设计通长面临大跨度、大悬挑、超长等难题，通过实例对以上问题的论述，只要合理把握建筑结构之间的关系，各专业紧密配合，通过合理布置的结构构件，即可做到结构体系清晰、传力途径合理，受力明确。另外，对于复杂的商业项目，在方案阶段，结构专业应及早介入，这是整个项目设计过程中结构合理性、经济性影响尤为重要的一个环节。