探討商業建筑結構設計措施及合理性分析

譚敬聯

廣西壯族自治區建筑科學研究設計院

探討商業建筑結構設計措施及合理性分析

譚敬聯

廣西壯族自治區建筑科學研究設計院

本文通過實際工程案例，對商業建筑的基礎設計及結構設計合理性進行了詳細分析，以供類似工程參考。

商業建筑；結構設計；合理性

1 工程概況

某商業建筑由1#樓5層全商業和11，12#樓22層辦公及酒店組成。1#、11#、12#建筑地上5層和地下2層。1#、11#、12#層高：1層為6.0m，2～5層各為5.4m。11#、12#樓5～22層層高均為3.6m。結構體系：1#樓為框架結構，11#、12#樓為框架-剪力墻結構。基礎形式為11#、12#樓為平板式筏形，1#樓為柱下條形基礎+加防水板。5層以下建筑功能均為商業；建筑地上l，2層為獨立街鋪，3～5層為大商場以及餐飲區，6層以上為辦公室和酒店公寓。地下一層為大型商業超市和設備用房(層高7.0m)，地下2層為車庫和消防水池等設備用房(層高為4.20m)。本工程結構設計使用年限為50年；建筑結構安全等級為一級；抗震設防類別：商業營業面積≧7000m2為重點設防類，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15，設計抗震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅱ類，建筑的設計特征周期為0.35 s；基本風壓0.4 kN／m2，地面粗糙度為B類。根據GB 50223--2008建筑工程抗震設防分類標準中3.O.3的規定，應按高于本地區抗震設防烈度1度的要求加強其抗震構造措施，其框架抗震等級在原基礎上提搞一級。

2 基礎設計

本工程地基基礎設計等級為甲級。本工程所有地上單體均位于一個大地下室上，地下室層數2層，基礎板面標高一15.400m，持力層為中風化安山巖，地基承載力特征值為 fak =600kPa；故基礎形式采用1#柱下條形基礎加抗浮壓重防水板和11#及12#平板式筏基。抗浮水頭11.26m。根據水頭較高，1#樓需加1.4m壓重解決抗浮問題，局部純地下室部分加壓重及抗浮錨桿解決抗浮問題；1#基礎底板厚0.6 m，11#和12#平板板厚為1800mm。復核地基沉降變形計算因地質承載力較大，驗算基礎最大沉降量約為30mm，在地基規范要求范圍內。

3 商業建筑結構設計合理性分析

3.1平面結構布置選擇及優化

商業項目往往要滿足建筑大空間功能要求，外形復雜，平面較不規則，通常存在大跨度、大懸挑結構，同時，考慮到設備、管道等對凈空影響，梁高受到控制，因此梁端采用加腋等手段對梁截面進行優化，個別部位受建筑功能限制考慮采用鋼-砼混合結構，更好地滿足建筑功能處理能提升商業整體空間。規則柱網樓面梁采用框架梁+井字梁形式布置。對于柱跨的商業(12.6mx9m， 9x9m)主受力框架梁截面可控制在400mm×900～1000mm；次梁300mm×700mm。商業間通道連橋梁高控制在1.2m 以下，并且應至少設置2 道樓面梁以保持平面外穩定性。跨越商業間通道跨度不大于20m時梁應優先考慮采用鋼筋混凝土結構，布置平行或者交叉梁，若主受力梁為次梁，應伸入兩端主框架至少一跨形成連續梁以減小跨中彎矩及撓度，同時也可減小邊跨框架梁的扭矩，增大兩側結構的牢靠聯接。由于連橋面考慮進平面不規則及整體作用，水平力的傳遞及平面薄弱點出現，連橋板厚應適當加厚，板配筋按0.25%雙層雙向通長配置加強構造。大中庭結構設計要點：采用鋼-混凝土混合結構，沿洞口周邊設置斜鋼梁，鋼梁高度控制在約1.2m，跨度控制在30m 以下，鋼梁端部支承于柱或混凝土框架梁處。自動扶梯端部應設置一道封口梁。由于大中庭跨度較大，組合結構剛度偏小，考慮到自動扶梯荷載較大且有一定的動力作用，中庭樓蓋剛度應適當加強，鋼梁除應滿足承載力要求之外，可采用增加剛節點、加勁肋、增加腹板厚度等措施以減小彈性撓度，滿足舒適度要求。小中庭結構設計要點：采用混凝土結構，柱框架梁為大跨度梁(跨度不大于20m)或懸臂梁，梁高控制在1.2m 以下。在荷載較大的位置，次梁亦可布置為懸臂方向，以減少主梁的負擔。懸臂梁及大跨度梁可按受力及撓度要求設計為變截面，便于管線的布置，盡量減小對凈空的影響。走廊大懸挑梁布置及截面優化方法：商業走廊懸挑長度一般在5m 以內，結構可采用框架梁懸挑+橫向次梁的布置方式以減小框架梁根部彎矩。框架梁懸挑端一般與內跨同寬，通過增大懸挑端梁高以提高承載力，但一般不超過1.2m。

3.4基礎及底板選型

根據地質勘察詳細報告，底板面(標高約-15.4m)已進入土層中風化安山巖，承載力特征值fak = 600 kPa，承載力較高，均采用天然基礎。本工程應考慮抗浮設計，抗浮水頭約11.26m，技術措施上采用壓重加抗浮錨桿抵抗。D160 錨桿(錨桿長按8m，入持力層中風化安山巖8m 內，極限側阻力特征值取均值約120Kpa)，抗拔承載力特征值約360kN。壓重量(取底板厚度600mm，壓重層厚1400mm，其壓重荷載為0.6*25+1.4*20+0.18*25*2+0.8*18=66.4kN/m2)，即整體抗浮剩余水浮力為：11.26*10*1.05-66.4=51.83kN/㎡；換算錨桿分布間距為√360/51.83=2.64m，抗浮錨桿間距按2.5m設計；僅設于純地下室部分，施工要求主體結構完成及壓重料回填后方可停止降水處理，否則僅地下室部分整體抗浮會存在安全隱患問題。

3.5地下室樓蓋結構選型

首層室外覆土厚0.60m，沿著建筑物周邊設有消防車道，覆土自重和消防荷載及跨度等較大；且結構頂板又作為塔樓嵌固端考慮。即采用現澆梁板式結構形成較好樓層剛度，板厚根據規范要求取值室內180mm，室外有覆土區域按250mm；板最小配筋率按0.25%考慮，并且采用雙層雙向通長配置。框架梁梁高按跨度l/12～18取值，一是保證結構變形安全穩定性，二是考慮地下一層商業空間使用，梁高控制范圍在0.8～1.0m之間。由于地下水位較高考慮工程成本經濟性，抗滲等級分段取值如底板，-2層外墻按P8，其余均地下室外墻和頂板與覆土或水接觸構件按P6考慮。

4 結束語

綜上所述，商業建筑結構設計通長面臨大跨度、大懸挑、超長等難題，通過實例對以上問題的論述，只要合理把握建筑結構之間的關系，各專業緊密配合，通過合理布置的結構構件，即可做到結構體系清晰、傳力途徑合理，受力明確。另外，對于復雜的商業項目，在方案階段，結構專業應及早介入，這是整個項目設計過程中結構合理性、經濟性影響尤為重要的一個環節。