陳 凌

（安徽水安建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

大型商業(yè)綜合體屬于多功能性建筑，規(guī)模大和形狀不規(guī)則都是此類型建筑的主要特點。鑒于大型商業(yè)綜合體建筑的這一特點，此類型建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計難度大多比較高。在實踐工作中，大型商業(yè)綜合體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員根據(jù)建筑所在區(qū)域的實際情況以及建筑的功能性、美觀性要求，妥善開展結(jié)構(gòu)體系布置和結(jié)構(gòu)計算分析。

1 大型商業(yè)綜合體建筑的特點和作用

大型商業(yè)綜合體的概念源自于城市綜合體，后者是集合了多種城市功能建筑的一體化城市經(jīng)濟(jì)聚集體，可以被稱為“城中之城”；前者則可以被視為后者的簡化模式，商業(yè)綜合體可實現(xiàn)城市生活空間功能的有機(jī)組合，是一種可實現(xiàn)多功能聯(lián)動、多功能互助且互相依存的高效化綜合體。在大型商業(yè)綜合體之中，可實現(xiàn)商業(yè)、住宅、餐旅、會議、文娛、辦公等三項以上功能的有效組合，所以在此類型建筑之中往往包含多個功能區(qū)域。

在此背景之下，大型商業(yè)綜合體大多表現(xiàn)出了高度密集性和集約性，單體建筑之間風(fēng)格統(tǒng)一具有整體性特點；而且，大型商業(yè)綜合體的可達(dá)性極高，功能復(fù)合性也非常強(qiáng)［1］。從內(nèi)部環(huán)境來看，大型商業(yè)綜合體大多擁有較大的空間尺寸和現(xiàn)代化景觀設(shè)計，其內(nèi)部的公共空間與交通也實現(xiàn)了有效連接，更與城市交通互通共同建成通道樹型交通體系。此外，在大型商業(yè)綜合體當(dāng)中，還建有眾多的高科技集成設(shè)施，能充分滿足使用者的多元化要求。大型商業(yè)綜合體的本質(zhì)是多功能組合型建筑群，能夠引導(dǎo)商業(yè)地產(chǎn)的升級和變革，更能實現(xiàn)節(jié)約用地，還可發(fā)揮縮短交通距離、提高經(jīng)濟(jì)效益、豐富市民生活的重要作用。

2 大型商業(yè)綜合體案例概述

案例工程屬于大型商業(yè)綜合體，位于城市中心地段，總建筑面積達(dá)到了84028.21平方米。工程項目的地上和地下層數(shù)分別為4層與3層，另外局部建筑存在第五層，整體高度為32.2m。在大型商業(yè)綜合體當(dāng)中，地上與地下各層層高皆不相同。從地上建筑高度來看，地上1層、2-4層和5層的層高分別為5.7m、5.2m和10.4m，5層內(nèi)還有層高為5.2m的夾層；從地下結(jié)構(gòu)深度來看，地下室三層層高一次遞減，負(fù)1層、負(fù)2層和負(fù)3層的層高分別為6.3m、4.9m和3.6m。本次案例建筑屬于二級安全、乙類設(shè)防結(jié)構(gòu)，擁有50年的設(shè)計使用年限，其所在區(qū)域內(nèi)的抗震設(shè)防烈度為7度。

3 大型商業(yè)綜合體建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計難點和要點

大型商業(yè)綜合體建筑大多處于大型商圈或市中心，建筑的使用功能需求較為多樣，人流量也相對較大，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)必須兼顧安全性和美觀性要求。在實踐工作當(dāng)中，為了提高大型商業(yè)綜合體的實用性，設(shè)計人員需要重點關(guān)注此類型建筑的不規(guī)則和不連續(xù)問題，并且強(qiáng)化結(jié)構(gòu)體系的完整性和統(tǒng)一性設(shè)計，還應(yīng)該做好計算分析。

3.1 設(shè)計難點

在設(shè)計大型商業(yè)綜合體時，相關(guān)工作人員需要先確定其結(jié)構(gòu)體系，從而為后續(xù)設(shè)計工作奠定基礎(chǔ)。針對本次案例建筑的功能性和安全性需求，將選用框架體系設(shè)計大型商業(yè)綜合體主樓結(jié)構(gòu)，且該結(jié)構(gòu)不設(shè)縫，最大長度為178m。在大型商業(yè)綜合體建筑的中庭和通廊區(qū)域內(nèi)存在較大跨度結(jié)構(gòu)（15-24m），前者走廊的懸挑長度應(yīng)保持在3-7m之間，而且應(yīng)選用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為較大跨度框架梁。在設(shè)計時，將會為大型商業(yè)綜合體的整體樓面結(jié)構(gòu)，選用鋼筋混凝土梁板樓面體系，樓層板厚度可達(dá)12cm。大型商業(yè)綜合體的五層夾層為電影院，需要較大的調(diào)高和屋面跨度，因此可選用鋼筋混凝土梁柱結(jié)構(gòu)構(gòu)建該層的屋面大跨度框架體系。

本次設(shè)計的難點并不僅僅表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)體系選定方面，更表現(xiàn)在抗震設(shè)防和多元結(jié)構(gòu)處理方面。在實踐中，大型商業(yè)綜合體設(shè)計存在扭轉(zhuǎn)和凹凸不規(guī)則的問題，它們都屬于本次結(jié)構(gòu)設(shè)計的難點［2］?；赮+偶然偏心規(guī)定水平力，項目主樓3層的扭轉(zhuǎn)位移比達(dá)到了1.41，4層扭轉(zhuǎn)位移比更高，達(dá)到了1.47，從這種情況來看本次工程有較多樓層存在扭轉(zhuǎn)位移比，扭轉(zhuǎn)偏大、不規(guī)則問題十分突出。而且，平面凹進(jìn)尺寸占據(jù)了相應(yīng)投影方向總尺寸的66%，也使得結(jié)構(gòu)存在凹凸不規(guī)則的問題。此外，標(biāo)準(zhǔn)層的有效樓板寬度與樓板的典型寬度不一致，前者僅為后者的38%，使得設(shè)計環(huán)節(jié)面臨樓板不連續(xù)的難點；而4、5層之間的交接縮進(jìn)也導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)尺寸突變。電影院為5層夾層，整體存在高達(dá)10.4m的穿層柱，也讓該層的結(jié)構(gòu)設(shè)計難度加大。

3.2 設(shè)計要點

在本次設(shè)計環(huán)節(jié)，想要突破設(shè)計難點，兼顧美觀與安全，保證整體結(jié)構(gòu)實用性，就必須做好計算分析工作。大型商業(yè)綜合體設(shè)計人員應(yīng)該將計算分析工作貫穿于每一個設(shè)計要點。

1）復(fù)雜樓板應(yīng)力：在案例大型商業(yè)綜合體當(dāng)中，為滿足建筑的功能性需求，其整體平面中存在大范圍的樓板開洞和深度凹進(jìn)。這樣一來，建筑樓板之間的連接性相對較差，不連續(xù)以及相互連接薄弱問題十分突出。而且，4層和5層的交接位置的立面體型縮進(jìn)也進(jìn)一步增加了建筑結(jié)構(gòu)受力方面的復(fù)雜性，當(dāng)上部地震所用自上而下傳遞時，上下部結(jié)構(gòu)之間的樓板需要承擔(dān)的面內(nèi)應(yīng)力相對較大。由于平立面存在不規(guī)則性而引發(fā)的樓板受力復(fù)雜問題將會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的整體安全性，所以在大型商業(yè)綜合體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，相關(guān)工作人員也應(yīng)該重點關(guān)注這一問題。比如，建筑BIM模型，基于立體化、直觀化模型，反應(yīng)建筑樓板平面的剛度變化，為開展復(fù)雜樓板的應(yīng)力分析做好充足準(zhǔn)備；基于MIDAS-GEN軟件開展多遇和設(shè)防地震作用樓板時的應(yīng)力計算，為保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案合理提供保障。

在面對多遇地震工況時，案例工程的樓板并不存在較大范圍的應(yīng)力集中問題。但在X向和Y向多遇地震工況之下，樓板的應(yīng)力分布情況存在明顯差異；基于前者，建筑樓板的應(yīng)力分布均勻性較高；基于后者，建筑樓板的應(yīng)力會集中在固定區(qū)域，主要受力位置是中庭通廊的洞邊樓板和建筑平面的中間樓板。形成這種情況的根本原因，是大型商業(yè)綜合體建筑的兩側(cè)存在剛度差異，為避免兩側(cè)框架變形，中間區(qū)域的樓板必須承擔(dān)協(xié)調(diào)變形的任務(wù)。從設(shè)計角度來看，X向和Y向樓板的最大拉應(yīng)力應(yīng)小于2N/mm2，該數(shù)值未超過混凝土抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，所以不會造成樓板開裂和安全風(fēng)險。當(dāng)然，面對局部樓板應(yīng)力集中的問題，設(shè)計人員可對這些位置進(jìn)行針對性加固設(shè)計。比如，增加應(yīng)力集中位置的樓板厚度、加強(qiáng)配筋等。

2）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：面對案例建筑的多層扭轉(zhuǎn)位移比過高問題，設(shè)計人員應(yīng)該追根溯源找到這一問題的成因。在本次選定的大型商業(yè)綜合體建筑當(dāng)中，平面形狀不規(guī)則、中部凹進(jìn)過深且平面的相對狹長程度高，都使得建筑結(jié)構(gòu)平面的兩側(cè)協(xié)調(diào)變形能力下降［3］。而且，建筑中還存在局部五層的情況，五層中還存在夾層，這些都增加了建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和受力不穩(wěn)定性，共同導(dǎo)致了扭轉(zhuǎn)位移比過大、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的情況。

面對這一問題，設(shè)計人員需要通過強(qiáng)化扭轉(zhuǎn)位移比計算，為強(qiáng)化局部設(shè)計做好充足準(zhǔn)備。在此環(huán)節(jié)，應(yīng)基于建筑功能性要求，在滿足梁寬和軸壓比的基礎(chǔ)上，完成抗側(cè)力構(gòu)件布置和建筑平面兩側(cè)區(qū)域框架設(shè)計工作。這樣一來，可借助于降低平面兩側(cè)剛度差，來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，并對主樓的扭轉(zhuǎn)位移比進(jìn)行有效控制，使其最大值不超過1.5。在計算時，設(shè)計人員還需要基于分塊剛性力學(xué)模型，計算扭轉(zhuǎn)位移比，并借助于局部內(nèi)力增大系數(shù)完成邊榀框架的加強(qiáng)設(shè)計。

3）豎向體型收進(jìn)：本次研究選用的大型商業(yè)綜合體存在非常明顯的豎向體型縮進(jìn)問題，這一問題的出現(xiàn)會加劇結(jié)構(gòu)的高階振型，使結(jié)構(gòu)頂部的鞭梢效應(yīng)變得更加突出；而且收進(jìn)部位的樓板受力復(fù)雜性高，面對強(qiáng)大的面內(nèi)應(yīng)力容易出現(xiàn)薄弱坍塌情況風(fēng)險。為了解決這些問題，設(shè)計人員可以基于振型分解反應(yīng)譜來完成地震作用下的結(jié)構(gòu)受力計算。比如，基于振型分解反應(yīng)譜和RIZ向量法，以24個振型數(shù)為基礎(chǔ)計算平動振型參與質(zhì)量系數(shù)，為合理開展收進(jìn)方案設(shè)計做好充足準(zhǔn)備。同時，面對豎向體型收進(jìn)交接處樓板設(shè)計問題，設(shè)計人員應(yīng)該通過該加強(qiáng)樓板厚度和配筋的方式，保證交接樓板的抗拉強(qiáng)度小于標(biāo)準(zhǔn)值，從而確保在多遇和設(shè)防地震作用之下建筑結(jié)構(gòu)都具有強(qiáng)大的穩(wěn)定性和安全性。

4 結(jié)語

總而言之，開展大型商業(yè)綜合體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員需要充分考慮此類型建筑的整體統(tǒng)一性和功能復(fù)合性，更需要在設(shè)計時做好建筑結(jié)構(gòu)的受力分析與計算，從而保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和安全性。在實踐工作當(dāng)中，設(shè)計人員需要針對大型商業(yè)綜合體建筑的不規(guī)則結(jié)構(gòu)、豎向體型收進(jìn)以及結(jié)構(gòu)應(yīng)力等問題進(jìn)行有效計算和分析。