徐銳強

（佛山北大資源地產(chǎn)有限公司）

1 引言

隨著科技的發(fā)展社會的進步，我國的建筑結(jié)構(gòu)形式越來越多、規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)設(shè)計也越來越重要?，F(xiàn)在中國人口逐漸增加，為了很好的滿足人們的需求，大型商場的數(shù)量也越來越多。很多大型商場結(jié)構(gòu)跨度增大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，內(nèi)部格局也層出不窮。很多大型商場都打破單一的建筑布局模式，享有自己的設(shè)計風(fēng)格。體量大、體型復(fù)雜、大跨和開洞等，因此現(xiàn)代商業(yè)建筑對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求越來越高。

城市中，商業(yè)性的活動追求的是最高的利潤，這是設(shè)計建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性有很大關(guān)系。消費者是商業(yè)經(jīng)濟的主要來源，所以商業(yè)建筑的設(shè)計一定要滿足城市人口分布和需求設(shè)計建筑規(guī)模。與此同時，結(jié)構(gòu)設(shè)計是滿足結(jié)構(gòu)安全性使用功能要求的設(shè)計。做到不浪費資源，合理的規(guī)劃資源，在建筑方面主要從合理的設(shè)計做起[1]。

圖1 湖南省岳陽商業(yè)建筑

圖2 山東省青島商業(yè)建筑

2 設(shè)計資料

2.1 地質(zhì)條件

表1 各巖土層力學(xué)指標(biāo)表

（2）建設(shè)地點的地理情況：地形較為平坦，無障礙影響施工，周圍空地可供施工使用，地下沒有埋設(shè)物，場地類別二類。

（3）水文地質(zhì)概況：最高地下水位-3.6m，常年地下水位-3.9m，沒有腐蝕性，土壤最大凍結(jié)深度0.5m。

2.2 結(jié)構(gòu)體系選型

結(jié)構(gòu)主要有框架剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和筒式結(jié)構(gòu)等，隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，很多大型商場都是用框架結(jié)構(gòu)使用較多。選擇根據(jù)實際需要選擇設(shè)計結(jié)構(gòu)類型，框架結(jié)構(gòu)是最常見的；以它為例，框架主要受力構(gòu)件就是梁和柱。

（1）采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)體系。

（2）屋面：采用現(xiàn)澆的鋼筋混凝土，剛?cè)嵝韵嘟Y(jié)合的屋面，屋面板厚為150mm（只包括板厚）。

（3）樓面：全采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋，板厚150mm（不包括屋面做法）。

（4）樓梯：采用鋼筋混凝土的現(xiàn)澆樓梯。

3 設(shè)計主要計算

結(jié)構(gòu)主要構(gòu)配件梁板柱，很多人都知道結(jié)構(gòu)里的傳遞路徑為板傳遞梁，梁傳遞柱，柱傳遞基礎(chǔ)。針對大型商城的特點，簡要闡述設(shè)計中合理選擇結(jié)構(gòu)方案、荷載的計算取值、還有怎樣計算和分析。通過一些典型的和近似的案例作為參考，去設(shè)計結(jié)構(gòu)，以免再出現(xiàn)前人的錯誤，在前人的基礎(chǔ)上創(chuàng)新突破，創(chuàng)作出更好的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3.1 豎向荷載計算

豎向荷載計算內(nèi)容：

梁、柱截面尺寸的初步確定以及線剛度計算；

恒載標(biāo)準值計算；

活載標(biāo)準值計算；

豎向荷載作用下框架所受荷載計算。

3.2 水平荷載作用下的內(nèi)力計算

3.2.1 風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力計算

框架在風(fēng)荷載（風(fēng)從左向右吹）作用下的內(nèi)力用D值法進行計算，其計算步驟如下：

（1）計算各柱的反彎點處的剪力值；

（2）計算各柱反彎點高度；

（3）計算各柱桿端彎矩及梁端彎矩；

（4）計算各柱軸力和梁剪力。

框架各柱的桿端彎矩，梁端彎矩按下式計算，計算過程：

3.2.2 風(fēng)荷載作用下側(cè)移計算

（1）作用在屋面梁和樓面梁節(jié)點處的集中力的集中風(fēng)荷載標(biāo)準值為

式中：

w0——基本風(fēng)壓，w0=0.6kN/m2；

μz——風(fēng)壓高度變化系數(shù)，因地面粗糙度為B類；

μs——風(fēng)荷載體型系數(shù)，根據(jù)建筑物的體型查得μs=1.3；

βz——風(fēng)振系數(shù)，βz=1.0因高度小于30m，故不考慮；

hi——下層柱高；

hj——上層柱高，對頂層為女兒墻高度的2倍；

B——迎風(fēng)面的寬度，B=8.1m。

（2）側(cè)移驗算：

層間側(cè)移最大值要滿足小于1/550（滿足要求）。

3.3 內(nèi)力組合

考慮以下幾種內(nèi)力組合：

第一種組合：恒載+活載（永久荷載起控制作用）；

第二種組合：恒載+活載（活荷載起控制作用）；

第三種組合：恒載+活載+地震荷載。

在這里考慮內(nèi)力組合最大的，如彎矩最大，軸力最大等。內(nèi)力計算分為：永久荷載計算，可變荷載計算和偶然荷載等。

結(jié)構(gòu)荷載分類：

（1）按結(jié)構(gòu)反應(yīng)的特點分類。

（2）荷載又可以分為靜態(tài)荷載和動態(tài)荷載。

（3）荷載按位置分類有可分為固定荷載和移動荷載。

（4）設(shè)計時也要考慮結(jié)構(gòu)材料的選擇，例如材料的質(zhì)量和密度等。

（5）均布荷載是均勻分布的荷載作用面上，以單位面積上的荷載值為平均面荷載。均布線荷載是單位長度上的均勻荷載。非均布荷載是沿著長度方向上非均布加上荷載。

圖3 非均布荷載

荷載的設(shè)計值在一般情況下，荷載的標(biāo)準值和荷載的分項系數(shù)的乘積為荷載的設(shè)計值，也稱作設(shè)計荷載。

表2 承載力調(diào)整系數(shù)γRE

3.4 截面設(shè)計與配筋計算

從下部結(jié)構(gòu)起說，不同結(jié)構(gòu)類型地基設(shè)計的等級不同，這個等級也不同于結(jié)構(gòu)的安全等級。設(shè)計的安全等級應(yīng)該按照國家強制性規(guī)定進行操作，嚴格執(zhí)行[2]。設(shè)計中一定要分清楚設(shè)計等級與設(shè)計安全等級的區(qū)別，這是兩個容易混淆的感念?；A(chǔ)設(shè)計的安全等級強調(diào)的是有關(guān)結(jié)構(gòu)安全性，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級往往是根據(jù)地基復(fù)雜程度、建筑物規(guī)模和功能特征以及由于地基問題可能產(chǎn)生建筑物破壞或影響正常使用的程度，可以將地基基礎(chǔ)設(shè)計分為三個設(shè)計等級，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體情況選用級別[3]。

3.5 柱截面設(shè)計

在結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載確定后，影響柱截面尺寸的主要控制因素可分為：軸壓比允許值、層間位移角允許值和剪壓比允許值等。結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先進行框架柱的截面設(shè)計，并判定結(jié)構(gòu)的抗震等級，然后通過PKPM軟件等預(yù)先計算后，再根據(jù)控制因素允許值進行柱的截面尺寸修正。

柱截面設(shè)計內(nèi)容：

（1）軸壓比的驗算；

（2）截面尺寸的復(fù)核；

（3）柱正截面受彎承載力的計算；（4）軸心受壓驗算；

（5）柱的斜截面抗剪計算。

4 設(shè)計問題

以框架形式的商業(yè)建筑為例，它是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中經(jīng)常見到的結(jié)構(gòu)形式。通常結(jié)構(gòu)設(shè)計都會通過建模和軟件模擬進行結(jié)構(gòu)受力分析，結(jié)合框架結(jié)構(gòu)的形式，對不同的平面結(jié)構(gòu)布置形式來進行框架和框架中填充墻的協(xié)同受力分析[4]。找出結(jié)構(gòu)承載力比較薄弱的部位，分析結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)該注意的問題，發(fā)現(xiàn)及時采取措施。以達到結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的可靠度，更好的完成工程。對抗震方面的要求，采用框架結(jié)構(gòu)形式時，利用更優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時加強薄弱部位的結(jié)構(gòu)，得到合理和安全的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。隨著地震的頻發(fā)，一定要做好結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計[5]。在抗震規(guī)范要求，按照“兩階段三水準”原則：大震不倒，中震可修，小震不壞等進行計算。按Ⅷ度設(shè)防，地震分組為第二組，地震加速度為0.2g。按照強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱桿件的原則進行內(nèi)力調(diào)整。

5 工程實例

根據(jù)具體的項目進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體問題具體分析，以下邊星港國際廣場購物中心為例，項目周圍地勢平坦，建筑規(guī)模較大，工期較長，如圖4～5所示。

該項目的布局主要有幾部分：S1（大商業(yè)，裙樓，框架結(jié)構(gòu)），A#樓（S1塔樓，酒店、辦公，框剪結(jié)構(gòu)），S2（商業(yè)，裙樓，框架結(jié)構(gòu)），B#樓（S2塔樓1，商業(yè)框架結(jié)構(gòu)），C#樓（S2塔樓2，辦公，超高層，框剪結(jié)構(gòu)）。

對于本文要敘述的大型商場建筑結(jié)構(gòu)分為：地下和地上兩個部分，地下為停車場，地上為商業(yè)和辦公。因為建筑結(jié)構(gòu)有較大的跨度，所以在設(shè)計中要嚴格按照規(guī)范進行梁板柱尺寸和配筋等計算承載能力。在商場的上部區(qū)域結(jié)合商業(yè)活動的多樣性，使用功能的復(fù)雜性去設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)并滿足使用功能。

這個工程地基基礎(chǔ)設(shè)計等級較高，根據(jù)現(xiàn)場情況進行了地質(zhì)勘察，根據(jù)勘察結(jié)構(gòu)來進行地下結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于地下結(jié)構(gòu)要嚴格設(shè)計為了是滿足下結(jié)構(gòu)對水的抗浮能力，地下?lián)鯄吔缤恋淖钃跄芰?，這些都要嚴格符合設(shè)計要求。

結(jié)構(gòu)分析：

（1）設(shè)計參數(shù)選用；

（2）整體分析對結(jié)構(gòu)采用PKPM系列的SATWE等軟件，并且應(yīng)用了CSI等對結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的核算；

（3）結(jié)構(gòu)分析并進行研究設(shè)計，并且進行設(shè)計優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)更加具有經(jīng)濟價值。

圖4 星港大型商場建設(shè)項目

圖5 項目建設(shè)功能劃分

6 設(shè)計安全性

對設(shè)計實施安全監(jiān)測目的在于，根據(jù)設(shè)計要求進行施工，發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題要及時提出，并向業(yè)主反映，業(yè)主與設(shè)計商議解決方案。施工人員不得明知設(shè)計有問題，而繼續(xù)施工。否則，將可能造成嚴重的工程事故和不良的社會影響。

7 結(jié)束語

通過對上面內(nèi)容，簡述了結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本步驟，設(shè)計中要嚴格符合建設(shè)承載能力和安全要求，尤其是在設(shè)計方面往往會出現(xiàn)計算錯誤，所以每一個設(shè)計都要經(jīng)過多次審核。為了滿足現(xiàn)代商業(yè)建筑多功能要求，要對結(jié)構(gòu)設(shè)計不斷優(yōu)化，還要對建筑結(jié)構(gòu)抗震要求進行設(shè)計，滿足結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計中都要乘以工程需要的安全系數(shù)。