大型商业综合体建筑的结构设计研究

陈 凌

（安徽水安建设集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

大型商业综合体属于多功能性建筑，规模大和形状不规则都是此类型建筑的主要特点。鉴于大型商业综合体建筑的这一特点，此类型建筑的结构设计难度大多比较高。在实践工作中，大型商业综合体建筑结构设计人员根据建筑所在区域的实际情况以及建筑的功能性、美观性要求，妥善开展结构体系布置和结构计算分析。

1 大型商业综合体建筑的特点和作用

大型商业综合体的概念源自于城市综合体，后者是集合了多种城市功能建筑的一体化城市经济聚集体，可以被称为“城中之城”；前者则可以被视为后者的简化模式，商业综合体可实现城市生活空间功能的有机组合，是一种可实现多功能联动、多功能互助且互相依存的高效化综合体。在大型商业综合体之中，可实现商业、住宅、餐旅、会议、文娱、办公等三项以上功能的有效组合，所以在此类型建筑之中往往包含多个功能区域。

在此背景之下，大型商业综合体大多表现出了高度密集性和集约性，单体建筑之间风格统一具有整体性特点；而且，大型商业综合体的可达性极高，功能复合性也非常强［1］。从内部环境来看，大型商业综合体大多拥有较大的空间尺寸和现代化景观设计，其内部的公共空间与交通也实现了有效连接，更与城市交通互通共同建成通道树型交通体系。此外，在大型商业综合体当中，还建有众多的高科技集成设施，能充分满足使用者的多元化要求。大型商业综合体的本质是多功能组合型建筑群，能够引导商业地产的升级和变革，更能实现节约用地，还可发挥缩短交通距离、提高经济效益、丰富市民生活的重要作用。

2 大型商业综合体案例概述

案例工程属于大型商业综合体，位于城市中心地段，总建筑面积达到了84028.21平方米。工程项目的地上和地下层数分别为4层与3层，另外局部建筑存在第五层，整体高度为32.2m。在大型商业综合体当中，地上与地下各层层高皆不相同。从地上建筑高度来看，地上1层、2-4层和5层的层高分别为5.7m、5.2m和10.4m，5层内还有层高为5.2m的夹层；从地下结构深度来看，地下室三层层高一次递减，负1层、负2层和负3层的层高分别为6.3m、4.9m和3.6m。本次案例建筑属于二级安全、乙类设防结构，拥有50年的设计使用年限，其所在区域内的抗震设防烈度为7度。

3 大型商业综合体建筑的结构设计难点和要点

大型商业综合体建筑大多处于大型商圈或市中心，建筑的使用功能需求较为多样，人流量也相对较大，所以在结构设计环节必须兼顾安全性和美观性要求。在实践工作当中，为了提高大型商业综合体的实用性，设计人员需要重点关注此类型建筑的不规则和不连续问题，并且强化结构体系的完整性和统一性设计，还应该做好计算分析。

3.1 设计难点

在设计大型商业综合体时，相关工作人员需要先确定其结构体系，从而为后续设计工作奠定基础。针对本次案例建筑的功能性和安全性需求，将选用框架体系设计大型商业综合体主楼结构，且该结构不设缝，最大长度为178m。在大型商业综合体建筑的中庭和通廊区域内存在较大跨度结构（15-24m），前者走廊的悬挑长度应保持在3-7m之间，而且应选用钢筋混凝土结构作为较大跨度框架梁。在设计时，将会为大型商业综合体的整体楼面结构，选用钢筋混凝土梁板楼面体系，楼层板厚度可达12cm。大型商业综合体的五层夹层为电影院，需要较大的调高和屋面跨度，因此可选用钢筋混凝土梁柱结构构建该层的屋面大跨度框架体系。

本次设计的难点并不仅仅表现在结构体系选定方面，更表现在抗震设防和多元结构处理方面。在实践中，大型商业综合体设计存在扭转和凹凸不规则的问题，它们都属于本次结构设计的难点［2］。基于Y+偶然偏心规定水平力，项目主楼3层的扭转位移比达到了1.41，4层扭转位移比更高，达到了1.47，从这种情况来看本次工程有较多楼层存在扭转位移比，扭转偏大、不规则问题十分突出。而且，平面凹进尺寸占据了相应投影方向总尺寸的66%，也使得结构存在凹凸不规则的问题。此外，标准层的有效楼板宽度与楼板的典型宽度不一致，前者仅为后者的38%，使得设计环节面临楼板不连续的难点；而4、5层之间的交接缩进也导致建筑结构尺寸突变。电影院为5层夹层，整体存在高达10.4m的穿层柱，也让该层的结构设计难度加大。

3.2 设计要点

在本次设计环节，想要突破设计难点，兼顾美观与安全，保证整体结构实用性，就必须做好计算分析工作。大型商业综合体设计人员应该将计算分析工作贯穿于每一个设计要点。

1）复杂楼板应力：在案例大型商业综合体当中，为满足建筑的功能性需求，其整体平面中存在大范围的楼板开洞和深度凹进。这样一来，建筑楼板之间的连接性相对较差，不连续以及相互连接薄弱问题十分突出。而且，4层和5层的交接位置的立面体型缩进也进一步增加了建筑结构受力方面的复杂性，当上部地震所用自上而下传递时，上下部结构之间的楼板需要承担的面内应力相对较大。由于平立面存在不规则性而引发的楼板受力复杂问题将会严重影响结构的整体安全性，所以在大型商业综合体建筑结构设计环节，相关工作人员也应该重点关注这一问题。比如，建筑BIM模型，基于立体化、直观化模型，反应建筑楼板平面的刚度变化，为开展复杂楼板的应力分析做好充足准备；基于MIDAS-GEN软件开展多遇和设防地震作用楼板时的应力计算，为保证建筑结构设计方案合理提供保障。

在面对多遇地震工况时，案例工程的楼板并不存在较大范围的应力集中问题。但在X向和Y向多遇地震工况之下，楼板的应力分布情况存在明显差异；基于前者，建筑楼板的应力分布均匀性较高；基于后者，建筑楼板的应力会集中在固定区域，主要受力位置是中庭通廊的洞边楼板和建筑平面的中间楼板。形成这种情况的根本原因，是大型商业综合体建筑的两侧存在刚度差异，为避免两侧框架变形，中间区域的楼板必须承担协调变形的任务。从设计角度来看，X向和Y向楼板的最大拉应力应小于2N/mm2，该数值未超过混凝土抗拉强度的标准值，所以不会造成楼板开裂和安全风险。当然，面对局部楼板应力集中的问题，设计人员可对这些位置进行针对性加固设计。比如，增加应力集中位置的楼板厚度、加强配筋等。

2）扭转不规则：面对案例建筑的多层扭转位移比过高问题，设计人员应该追根溯源找到这一问题的成因。在本次选定的大型商业综合体建筑当中，平面形状不规则、中部凹进过深且平面的相对狭长程度高，都使得建筑结构平面的两侧协调变形能力下降［3］。而且，建筑中还存在局部五层的情况，五层中还存在夹层，这些都增加了建筑结构的复杂性和受力不稳定性，共同导致了扭转位移比过大、扭转不规则的情况。

面对这一问题，设计人员需要通过强化扭转位移比计算，为强化局部设计做好充足准备。在此环节，应基于建筑功能性要求，在满足梁宽和轴压比的基础上，完成抗侧力构件布置和建筑平面两侧区域框架设计工作。这样一来，可借助于降低平面两侧刚度差，来增强结构的抗扭刚度，并对主楼的扭转位移比进行有效控制，使其最大值不超过1.5。在计算时，设计人员还需要基于分块刚性力学模型，计算扭转位移比，并借助于局部内力增大系数完成边榀框架的加强设计。

3）竖向体型收进：本次研究选用的大型商业综合体存在非常明显的竖向体型缩进问题，这一问题的出现会加剧结构的高阶振型，使结构顶部的鞭梢效应变得更加突出；而且收进部位的楼板受力复杂性高，面对强大的面内应力容易出现薄弱坍塌情况风险。为了解决这些问题，设计人员可以基于振型分解反应谱来完成地震作用下的结构受力计算。比如，基于振型分解反应谱和RIZ向量法，以24个振型数为基础计算平动振型参与质量系数，为合理开展收进方案设计做好充足准备。同时，面对竖向体型收进交接处楼板设计问题，设计人员应该通过该加强楼板厚度和配筋的方式，保证交接楼板的抗拉强度小于标准值，从而确保在多遇和设防地震作用之下建筑结构都具有强大的稳定性和安全性。

4 结语

总而言之，开展大型商业综合体建筑结构设计时，设计人员需要充分考虑此类型建筑的整体统一性和功能复合性，更需要在设计时做好建筑结构的受力分析与计算，从而保证结构的整体稳定性和安全性。在实践工作当中，设计人员需要针对大型商业综合体建筑的不规则结构、竖向体型收进以及结构应力等问题进行有效计算和分析。