某商业综合体结构设计要点

黄 英 敏

(上海联创设计集团股份有限公司，上海 200093)

1 工程概况

本项目位于新疆乌鲁木齐市高新区，总建筑面积约13.33万m2。地下2层(局部地下1层)，地上4层(局部5层)，结构高度约为20.5 m，整体建筑效果图见图1。

本工程设计使用年限50年，结构安全等级一级，抗震设防烈度为8度(0.20g)，设计地震分组为第二组，场地土类别为Ⅱ类，特征周期为0.40 s，基本风压为0.6 kN/m2(50年重现期)。本工程为人流密集的大型多层商场，重点设防类。

2 结构体系

本工程是一座涵盖商业、娱乐、超市、影院和餐饮等多功能为一体的商业综合体，平面体量较大，因功能要求，平面存在楼板开洞多、大开洞、大跨度梁、大悬挑梁、连桥等情况；造型复杂，外立面设置玻璃幕墙、LED屏、广告牌、出入口大雨篷；屋顶设置穹顶天窗、LOGO标识等。根据建筑功能要求和结构高度，本工程采用框架结构，地下2层抗震等级二级，地下1层、地上部分抗震等级一级。

3 荷载取值

商业综合体项目最显著的特点就是设计时未来的租户不确定，业态分布未定，或者即使租户确定，但他们的特殊需求可能会在项目施工后期或根据后期运营情况变化而变化。施工图设计过程中会涉及内装、幕墙、院线的调整和修改、方案签批修改、商管业态调整等，因此需要我们具备相当的工程经验和前期预判能力，选择合适的荷载。

1)平面荷载。各开发商都有各自的设计管控要点，要点中有详细的各功能房的面层做法及降板范围、深度要求，根据实际情况计算对应的恒荷载，对于特殊功能房需和建筑及相关专业多沟通：餐饮店铺需根据业态分布图考虑厨房加高(或降低)区域荷载，并后期可能存在改变，荷载需充分预留布置范围；同层排水做法以尽可能设计降板最小、范围最少为最经济合理；影厅考虑看台框架及折板荷载、院线范围屋面板下附加设备荷载；沿街步行街需考虑后期用途，是否设置展厅、水景、大型雕塑等。商业综合体主要功能间基本类似，活荷载参考《建筑结构荷载规范》[2]取值，通过几个商业综合体设计总结，主要功能间活荷载汇总见表1。

表1 主要功能间活荷载取值

2)立面荷载。外立面荷载考虑外立面玻璃幕墙、外挂石材饰面、出入口雨篷、LED屏、屋顶采光顶、LOGO标识等荷载，荷载取值大小应根据业主和幕墙专业提供的实际情况取值，不可遗漏。

3)大型设备荷载。如超市冷凝器，冷却塔，屋顶水箱。

4)消防车荷载。根据建筑总图、景观图确定消防车行走路径及登高场地位置。梁、板、柱强度设计时，考虑消防车荷载对应折减后的荷载组合(按规范对应覆土厚度折减、主次梁分别折减)，基础、挠度、裂缝计算时不考虑此荷载。

5)吊挂荷载。地下室顶板各设备专业的吊挂荷载(如设备桥架的交叉密集区域、大管径水管等)需重点复核，避免“常熟万达广场管道较大坍塌事故”类似事件再次发生。支吊架荷载包括竖向荷载、水平推力、侧向荷载和地震作用等。大型管道支吊架，在横穿车道、管线转弯、出机房等处，优先采用落地支架；当无法设置时，必须在梁两侧同时设置支吊架或在柱间增设钢托梁；支吊架水平推力较大时，可设置附加斜撑(拉杆)。结构总说明中必须强调管道支吊架设计要求，并需审核施工总包方的支吊架深化设计，支吊架及其节点详图、计算书是否符合规范要求；支吊架布置及间距是否合理，受力节点是否牢固，预埋还是后锚固。

6)特种结构荷载。商业综合体常常为吸引儿童设置标志性大玩偶等游乐设备，游乐设备体量大、荷载大，且部分需与主体构件相连。荷载取值应根据厂家资料详细了解图纸工艺及安装流程，涉及主体设计部分荷载需及时考虑并复核验算，如预留支座荷载、吊挂荷载、设备震动荷载等，另需配合厂家做好预埋件设计。

4 结构布置要点

业主对商业综合体项目品质追求特别高，尤其是在室内空间效果呈现方面要求越来越极致，需要我们将项目投资、适用性、美观度等在设计之初考虑全面，并以最小的经济付出取得最完美的效果。

1)柱网设计配合时，需考虑上部中庭、连桥、影院等的平面布置，尽可能缩小大跨度梁、悬挑梁的跨距，并根据地下室车道及停车位的布置，合理布置柱的位置。在建筑轴网固定的情况下，地下车库需考虑每跨停3辆车还是4辆车，保证停车方向净宽满足要求，如柱截面大小在停车方向保持不变，则通过另一边加高处理。

近年来，人们对于共享经济模式越来越关注，共享经济逐渐走入到各行各业的发展中，并且获得了良好的促进效果，是化解过剩产能、降低成本的有效途径。目前我国物流业发展中仍旧存在着一些问题，阻碍了绿色物流的实现，影响了物流业的可持续发展。因此，思考共享经济下中国物流业的升级路径这一问题十分必要。

2)中庭、连桥、影院等区域常布置大跨度梁、大悬挑梁。中庭位置根据洞口合理布置柱网，在满足建筑功能及美观的条件下，尽量缩短梁的跨距，大跨度位置布置斜梁减小洞口边梁跨度，受力关系复杂区域采用加强一次悬挑，辅助二次悬挑的做法，保证结构安全。扶梯尽量与建筑配合直接搭在框架梁上，受力、舒适度控制均较好，若不能直接搭在框架梁上，需加强扶梯梁支座，辅助二次悬挑，并验算扶梯悬挑梁挠度是否满足规范要求。

中庭、连桥、影院区域楼板及大跨度梁除强度计算外，挠度、裂缝、舒适度需重点复核，为提高安全储备，在满足净高的条件下适当增大构件刚度；并明确不同跨度、位置的梁板设计起拱要求，起拱值应满足正常使用阶段规范对挠度变形的要求，不宜超过楼面做法未施加时对应荷载作用下的计算挠度值。当普通梁不能满足设计要求时，通常会采用预应力混凝土结构、型钢混凝土结构、钢结构。尽量避免形成复杂梁柱节点，大跨度梁、大悬挑梁的支撑柱支撑超过3个方向梁时，为方便钢筋锚固需增设柱帽，柱帽需满足抗剪要求；梁纵筋在柱内交叉重合锚固时，保护层变大，有效高度比模型计算的小，梁实际配筋时需根据梁实际有效高度复核。本项目抗震设防烈度为8度，大跨度和长悬臂结构计算竖向地震作用。

3)中庭空间效果需美观大气，在保证结构安全的条件下，建筑净高需重点关注。设计过程中，需与建筑、设备各专业多沟通，注意设备桥架的交叉密集区域，提醒设备专业避让梁高区域。悬挑梁采取变截面形式，外圈梁底保持平齐，中庭外圈不露柱。扶梯支座需根据扶梯厂家资料合理布置支座梁的水平、高低位置，避免安装时偏位或与室内空间高低不平，使后期需要改造处理。

4)影厅大厅不应出现柱，看台设计为框架结构形式，看台下梁上起柱，梁上柱升至看台楼板，踏步转折位置设梁，平面见图2，剖面见图3。大小影厅面积不同，各处(大堂、放映厅、厅内入场通道等)净高要求也不同，设计时多复核厅内梁下净高是否满足院线各区域净高要求。IMAX厅从3层平面直接到大屋面，跨越多层，在楼层标高处设置框架梁时，注意避让放映口。影厅放映室若采用吊柱，吊柱应加密并采用二道防线设计，在吊柱失效时从主结构伸出的悬挑梁能承载吊柱对应荷载。单柱悬挑梁也采用二道防线设计，加强周边悬挑梁配筋，保证单柱悬挑梁失效时仍满足受力要求。影厅耳墙填充墙高度较高，普通做法不满足高厚比要求，本项目通过增设翼墙提高墙体稳定性，也可通过设置结构板减小层高、增加墙厚等多种方法来满足规范要求。

5)幕墙、出入口大雨篷、LED屏、采光顶、广告牌、LOGO等一般均有专业厂家设计，设计时应在相应部位设置梁、柱、构造柱、圈梁等结构构件，不能让其直接连接在砌体上，埋件应事先预埋。

5 平面超长问题的应对措施

本工程建筑平面尺寸为206 m×138 m，长度远超现行规范设置伸缩缝间距要求，但建筑功能要求限制平面设缝，导致结构为超长混凝土结构。混凝土收缩徐变、温度升降等产生拉应力，均会导致混凝土开裂，本工程主要从以下几方面进行设计及采取加强措施：

1)设置800 mm宽伸缩后浇带，释放部分混凝土的收缩变形及施工期间的温度应力，间距控制在30 m～40 m，后浇带设置在柱距三等分的中间范围内，通常应避开人防密闭门、水池、卫生间、配电间、扶梯坑、集水井、楼梯间、大跨度梁、预应力梁、转换梁，位置示意见图4。后浇带应在两侧结构构件浇筑2个月后采用高一级强度的补偿收缩混凝土浇筑封闭，一次性浇筑且浇筑时间应在10 ℃左右，宜选择当天温度低的时候进行浇筑。

2)根据《建筑结构荷载规范》[2]乌鲁木齐月平均最低气温约-23 ℃，最高气温约34 ℃。后浇带合拢温度取10 ℃～15 ℃，温度作用大小考虑使用阶段和施工阶段(后浇带封闭到交付使用)两阶段分别取值，T总温差=T季节温差+T当量温差。

考虑混凝土徐变和收缩，把混凝土收缩换算成当量温差，后浇带合拢日期最早为浇筑后60 d，根据王铁梦《工程结构裂缝控制》[3]第2.3～2.4节的公式，经计算60 d后收缩当量温差T当量温差≈-12 ℃。

使用阶段：建筑外墙及屋面全部设置保温，且室内设置空调，根据《实用供热空调设计手册》确定室内温度：夏季26 ℃±2 ℃(28 ℃，24 ℃)，冬季18 ℃±2 ℃(20 ℃，16 ℃)。

a.楼盖温度同室内温度，夏季T季节温差=28-10=18 ℃，冬季T季节温差=16-15=1 ℃，均为升温；考虑季节性温差和收缩当量温差后，升温T总温差=18 ℃(升温不计当量温差，以下同)；降温T总温差=1-12=-11 ℃。

b.屋盖及楼层外围构件取室内外平均值，夏季T季节温差=(34+28)/2-10=21 ℃；冬季T季节温差=(-23+16)/2-15=-18.5 ℃；考虑季节性温差和收缩当量温差后，升温T总温差=21 ℃；降温T总温差=-18.5-12=-30.5 ℃。

施工阶段：本项目主体封顶即将进入冬季，主体将在无围护和保温的条件下过冬，为了避免主体结构由于超长且在冬季承受较大降温而产生过大的拉应力而开裂，后浇带必须在第二年春天以后封闭，因主体封顶到交付使用周期短，封闭后要求施工单位做好主体防风保暖工作，温度保持在-10 ℃以上。

升温T季节温差=34-10=24 ℃，降温T季节温差=-10-15=-25 ℃；考虑季节性温差和收缩当量温差后，升温T总温差=24 ℃；降温T总温差=-25-12=-37 ℃。

根据徐培福《复杂高层建筑结构设计》[4]第四章第四节，温度作用分析：由于变形受到约束产生的应力，应考虑混凝土徐变引起的应力松弛特性，折减系数可取0.3；混凝土结构在各荷载效应作用下，应计入构件截面裂缝影响，梁柱构件混凝土截面弹性刚度折减系数可取0.85(本工程仅降温工况考虑)。

通过YJK软件进行温度应力分析，对温度应力结果采用包络设计，对应力较大或集中部位采取加强构造措施，适当加强楼板配筋率，设置板顶贯通钢筋；补充温度应力钢筋，加强部分梁通长钢筋，部分腰筋设置按受拉锚固要求；柱配筋根据温度应力结果加强；地下室外墙采用密而细的配筋形式。

3)根据应力分析结果，2层温度效应最明显，产生的拉应力最大，2层楼面在竖向力受力较小处设置诱导缝，释放部分楼板的温度应力，间距控制在50 m～60 m，诱导缝设在框架结构处，框架柱上设双梁，双梁之间降板，平面位置见图5。

4)中庭大开洞形成较多薄弱连接的连桥，此区域板厚增大为130 mm，配筋双层双向拉通，并加强两侧边梁配筋，加强区域如图4中阴影区域所示。

5)对商品混凝土材料要求：水泥宜采用低水化热的；砂石骨料的级配和含泥量需严格控制；混凝土采用60 d龄期的强度，混凝土拌合物入泵坍落度宜控制在(180±20) mm，具体要求详见《地下混凝土结构防裂技术规程》中要求；根据新疆推广高性能混凝土政策建议，上部结构采用补偿收缩混凝土，梁板结构在施工过程中建议添加膨胀剂，掺量根据厂家具体资料确定，限制膨胀率应大于0.015%，并预先进行试验研究。

6)施工措施：施工过程采用合理的施工工序，降低混凝土的入模温度，利用夜间或有利的低温季节浇筑混凝土；采取隔热保温措施，混凝土内部温度与表面温度的差值、混凝土外表面和环境温度差值均不应超过25 ℃，控温工作要持续到混凝土内部温度与大气平均温度差在15 ℃内，且混凝土强度达到设计强度的75%以上时，方可停止，并加强混凝土的养护。地下室混凝土浇筑达到强度后，应尽可能及时回填。

本项目开业于2018年9月，至今始终保持了良好的运行状态，其主体结构安全可靠度高，显性开裂及观感缺陷等质量问题均未发生，赢得了业主的高度肯定与信任，由此表明以上超长结构技术应对措施在本项目运行中可靠有效。

6 结构优化设计

不管万达、华润、宝龙、龙湖还是其他开发商，近年来对经济指标控制尤其重视，本工程采取如下优化措施来配合业主成本控制部门。

1)梁、柱、基础设计时，考虑活荷载折减；消防车取值优化见第3节荷载取值。

2)地下室顶板为结构嵌固端，按规范要求板厚为180 mm，为充分发挥厚板优势，非特殊部位不设置次梁，采取大板结构；地下1层人防区域板厚较大，同理不设置梁，采取大板结构。

3)地下室外墙迎水面裂缝宽度限值为0.2 mm，背水面为0.3 mm。迎水面保护层厚度实际为50 mm，计算裂缝时取30 mm。

4)本项目标准柱网为8.4 m，8度区上部结构因整体指标计算要求，框架梁截面为400×850,450×850，若为7度区，框架梁截面可为300×700,300×800，减小梁宽(箍筋肢数少)可减少箍筋用量；上部结构通过方案经济对比分析，单向次梁比十字次梁布置方式造价低，最终次梁采用2.8 m间距单向次梁布置方案(见图4)，次梁为250×600，非加强区域板厚为110 mm。

5)两侧无高差均有板时，梁按考虑楼板翼缘的T形梁配筋，框架梁加密区、非加密区箍筋采用不同直径，并满足面积配筋率要求，本工程400宽普通框架梁箍筋为10@100(4)/8@200(4)，见图6。在满足规范要求的条件下，次梁底筋部分伸入支座，顶筋不采用贯通筋，采用架立筋。主次梁交接处优先采用箍筋抗剪，无法满足时再设置吊筋。

6)柱箍筋与核心区箍筋分开表示。

7)屋面、地下室顶板室外范围采用结构找坡，既降低建筑找坡成本，又减少屋面恒荷载，达到结构截面和配筋优化。

8)屋面较高女儿墙，采用框架梁、柱形成框架+填充墙的形式。

7 地基基础设计

根据《乌鲁木齐高新万达广场岩土工程详细勘察报告》，本场地地形较平坦，场地未发现不良地质现象。场地地层由杂填土、粉土和卵石组成，杂填土、粉土层物理力学性质较差，且在基础埋深以上，应全部挖除。第③层卵石层，场内均有分布，层位稳定，厚度大，物理力学性质良好。在勘探深度范围内未见地下水，不考虑地下水对拟建建筑物基础的影响。根据本工程特征和场地土质情况，基础采用独立基础(外墙下条形基础)+防水板，基础持力层为第③层卵石层，地基承载力特征值fak=450 kPa。

因不考虑地下水，底板除小范围边跨外均为人防区域，板厚为300 mm，基础底板配筋人防区应设置φ8梅花状拉筋，拉筋间距不大于500 mm，拉住最外层受力筋。轴左侧为地下2层，轴右侧为地下1层，导致交界处相邻基础基底高差较大，设计时地下1层相邻基础下移使相邻基底高差与基础净距之比小于1∶2，做法见图7。南北坡道条形基础底板随坡导致板底不平，又因和主体结构相连，基础构造较复杂，为基底受力合理，基底做法见图8。本工程不考虑地下水，受力简单；当地质条件为高水位时，防水板会承担独基一部分地基反力，这种反力的转移随浮力增加，独基底部弯矩、剪力相应也增大。

8 结语

首先根据建筑使用功能合理选择结构形式；其次根据业态功能结合预判能力，选择合适的荷载；通过与建筑、设备、内装、景观等各专业的紧密沟通，结合室内空间效果，对各部位采取多种计算分析及构造措施，并对超长结构采取相应的设计措施及施工措施，最终实现全专业整体优化；最后根据地质资料选用合理基础形式。

为保证结构安全可靠、建筑功能与形式完美融合，在设计过程中要始终聚焦业主，满足各业态功能要求，多方案比选贯穿全周期，善于总结，还需关注经济性指标，不断优化，方能设计合理。