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商业建筑结构系统选型

发布于:2022-12-06 09:28:06 来自:建筑设计/公共建筑设计 [复制转发]

转自公众号:DCStructure

1、概述

商业项目开发流程管理的逐渐精细化对于商业建筑的设计,尤其是结构专业设计,带来了更多的挑战和机遇。较为成熟的商业地产开发企业的商业项目设计团队通常大量配备专业设计顾问,包括创意艺术类(建筑、景观、室内、灯光和标识等),工程技术类(结构、机电、幕墙、消防、交通和声学等)和商业经济类(商业和造价等)等对方案设计和初步设计进行把控。结构在方案阶段沟通介入的越多,对建筑品质和材料成本的控制越有效,方案阶段的结构选型和优化对建筑品质和成本的影响高达50~60%。
根据以往商业项目设计经验,对于商业项目结构选型方法进行总结形成结构系统选型评价框架(FOCUCE)。根据该评价框架,一般可以从以下五个角度对结构体系选型进行评价,并给出综合比选结论:

商业项目在方案阶段需要对结构系统进行详细比选分析,综合多方考虑得出最优方案。结构系统可以按照基础系统、地下结构系统、地上结构系统进行分类,在比选时,结构设计师需要充分理解商业功能需求,并对各项指标有经验性的把握。

2、商业功能需求

2.1、 建筑平面设计及结构影响

商业建筑的平面功能性取决于具体业态的策划定位和布局,同时平面设计需基于商业项目内部空间合理动线规划,对于商业项目整体柱位进行设计,以提供最为合理的商业空间布局。
商业项目裙房的标准柱网通常需要综合考虑地上店铺数量和比例以及地下停车效率,一般店铺的开间以两个或一个柱跨为宜,每个柱跨三个地下停车位,故商业裙房柱网一般可考虑8.4m×8.4m、9.0m×9.0m或9m×11m的标准柱网,根据不同项目的整体尺寸、停车位和商铺配比选择最优方案。
除标准柱网外,商业项目的中庭、主要公区动线及其他亮点区域,结构柱网往往变化较多。大型中庭面积约500~600㎡,其他中庭面积约350~500㎡,中庭之间一般形成大跨梁连桥;中庭周围走道结构悬挑梁跨度一般为4m~6m,个别搭设扶梯位置悬挑距离达到8~10m。

2.2、建筑空间设计及结构影响

国内传统商业建筑,首层层高一般为5.6m~6.6m,最高可达7m~8m,净高要求通常为3.8m~4.2m;标准层层高一般为5.4m~5.8m,净高要求为3.6m~3.8m。

商业项目的净高起控制因素的位置,往往是出现结构大跨、长悬挑的商业公区。一般商业标准层层高5.4m,净高3.6m,意味着留给结构梁高、机电管线、室内吊顶和面层的高度只有1.8m。通常结构设计时,大跨度、长悬挑梁尽量控制在1.0m~1.2m的高度,以满足各专业的竖向空间需求。

商业项目净高分析剖面图

2.3、商业建筑设计标准

商业项目需具有一定的差异性,以形成一定的区域辐射性,在考虑商业项目整体定位的同时,基于商业项目周边目标客户群体,对于商业项目整体招商项目业态进行一定程度的筛选,为潜在消费群体提供更具吸引力的消费环境及产品。
现阶段商业项目开发规划定位越来越趋向于精细化,基于不同档次划分,建筑、结构及机电等具有相对应的限值标准。

3、基础结构系统

建筑工程场地的岩土及水文地质条件对拟建工程的基础设计、施工有着重大影响,是保证工程顺利进行的重要地质依据。知悉场地的岩土各组成成分及特性,对场地综合分析与评价,可确定场地类型、不良地质、持力层位置等内容;而了解地下水位情况,不但有助于现场施工的实施,而且有助于解决地下工程的抗浮设计问题。了解各城市的岩土及水文地质条件是必要步骤。
商业综合体通常由塔楼、裙房及地下室等功能区构成,其中公寓、酒店、办公等塔楼由于荷载较大,基础常用形式为桩筏基础。商业裙房、地下车库通常荷载较低,一般采用桩筏基础、浅基础,通常需要抗拔措施,如设置抗拔桩、抗浮锚杆等。
根据基础所在的持力层位置处土层性质,可将地基分为软土地基和岩石地基。
3.1、软土地基
1) 基础选型

根据经验,商业综合体基础形式在软土地区,一般采用桩筏基础,基底反力较小时常用预制桩,基底反力较大或邻近地铁时常用钻孔灌注桩。

2)承压设计

基础设计首先需明确设计等级,同时承压设计应区分施工阶段和正常使用阶段。由于现场施工一般在地下室底板的后浇带封闭后停止降水,且停止降水后水位需要   2   年左右恢复,施工阶段承压设计一般不考虑低水位的有利作用,考虑施工阶段设计是一种短暂设计状况,故单桩承载力可以按照特征值的   1.35~1.5   倍取值;在正常使用阶段,由于地下水位已经恢复,承压设计时可考虑低水位的有利贡献,具体尚需根据当地规定和通用做法确定。
承压设计时,基桩应尽量布置在柱下及墙下;地下室底板可采用平板   +   柱墩的形式,柱墩厚度由柱冲切控制。

3)抗浮设计

软土地基通常采用筏板配重、设置抗拔桩   /   抗浮锚杆来解决地下工程的抗浮问题。配重法简单、可靠,相对比较经济,适用于各类地下工程,但会占用建筑空间,对建筑功能有一定影响;抗拔桩   /   抗浮锚杆利用桩侧阻力起抗浮作用,其经济性与桩型、桩径、桩长及地质条件有关。
抗浮设计应区分施工阶段和正常使用阶段,施工阶段裂缝控制指标可适当放宽。布置时,抗拔桩应尽量布置在跨中位置及两柱中间,可以减小筏板的受力和变形,提高筏板经济性。

抗拔桩布置原则

3.2、岩石地基

1)基础选型

在浅埋岩石地区,由于地基承载力相对较好,地下室底板位于岩石层时,一般用独基加防水板基础;地下室底板不在岩石层时,基础一般用桩(墩)加筏板形式;抗浮措施一般采用抗浮锚杆。
案例   2   位于福建厦门市,场地下主要土层有:①   -1   素填土、②   -2   淤泥、②   -3   粗砂、④残积砂质粘性土、⑤全风化花岗岩、⑥   -1   砂砾状强风化花岗岩等。其中第⑤层、第⑥   -1   层土物理性能较好,可作为本工程桩端持力层。
地下室绝大部分区域,底板结构面标高为   -4.6m   ,在基底标高位置大面积分布为淤泥或素填土。对于本工程绝大部分区域而言,不宜采用天然地基基础方案,经过比选,选用   PHC 500 AB 125   预应力管桩。

  2)承压设计

岩石地基作为持力层时,一般要注意地基承载力的宽度和深度修正以及软弱下卧层的验算,必要时对下卧层采取地基处理措施。
一般岩石地基作为持力层采用灌注桩,可以较好地适应基岩起伏和风化层厚度的变化,相对于预制桩在施工时更加灵活。另一方面,预制桩的成本远小于灌注桩,但预制桩又面临如何确定桩长度、以及沉桩可行性的问题。在案例   2   项目中,参考周边地块的施工经验,辅以详细的地勘分析,成功实现采用预应力管桩作为桩基础。

3)抗浮设计

岩石地基抗浮措施一般采用抗浮锚杆,抗浮锚杆利用锚固体与岩土层的粘结力作为抗浮力,造价较低,施工方便;值得注意的是,《建筑工程抗浮技术标准》   JGJ476-2019   规定抗浮设计等级乙级及以上的工程,考虑到抗浮构件不能出现裂缝,宜选择预应力抗浮锚杆。
抗浮锚杆直径一般取   150mm~200mm   ,普通锚杆杆体材料一般为热轧带肋钢筋,预应力锚杆杆体材料一般为   1080   级预应力精轧螺纹或   1860   级预应力钢绞线。
相对于柱下集中布置,锚杆布置采用均匀布置较为经济合理,均匀布置优点:由于锚杆均匀布置,地下室底板配筋较小。缺点:锚杆布置相对分散,地下室底板下外防水施工相对麻烦。
采用均匀布置,通常会采用以下两种锚杆布置方案进行比选,方案一为跨中均匀式布置,方案二为分散均匀式布置。经过经济性比选,分散均匀式配筋量更少。

4、地下基础结构系统

4.1、地下室顶板

地下室顶板通常为上部结构的嵌固端,作为嵌固端的地下室顶板应采用现浇梁板结构,板厚不小于180mm。非人防区的地下室顶板通常荷载较小,取标准跨8.4m×8.4m柱网下的裙房地下室顶板为例,以下为几种常用的楼盖形式材料用量对比。

从结构材料成本(包括钢筋、混凝土及模板)的角度考虑,一般采用单向单次梁的楼盖形式最为经济。出于经济性及外观性的考虑,以及便于排布室内管线,布置单向单次梁楼盖时,通常与次梁平行的框架梁采用相同的截面尺寸,与次梁垂直的框架梁梁高略大于次梁。当柱网在横纵方向上跨度不同时,次梁布置在小跨度的框架梁上相较于布置在大跨度的框架梁上缩短了传力路径,降低了梁高,减小了梁配筋。

人防区的地下室顶板按规范要求板厚不应小于200mm,人防区荷载较大,对结构的密闭性要求较高,综合考虑工期、设备管道布置等因素,可考虑采用无次梁加腋大板的楼盖形式。
当地下室顶板作为嵌固端时,楼板要具备足够的水平力传递能力。在不利于水平力传递的部位,应对楼板采取相应的加强措施。如在顶板存在较大高差,可采取在高差处的柱子箍筋加密、水平传力方向的梁板加腋等措施,一般可以和审图做进一步沟通,仅对主梁进行加腋。顶板洞口面积一般不宜大于顶板面积的30%,洞口边缘与主体结构的距离不宜太近,洞口周围梁板构件的配筋应进行加强,若洞口面积所占比例大于30%,应做详细的楼板应力分析并采取相应的加强措施。

4.2、地下室楼板
当地下室顶板无法满足嵌固端要求时,嵌固端可能选在地下室楼板或底板。地下室楼板作为嵌固端时应采用现浇梁板式结构,板厚不小于180mm。从结构材料成本(包括钢筋、砼及模板)的角度考虑,一般采用单向单次梁的楼盖形式最为经济。当地下室顶板为嵌固端时,单考虑结构材料成本(包括钢筋、砼及模板),一般采用单向双次梁的楼盖形式最为经济。
相对于梁板式楼盖,无梁楼盖虽然在楼盖体系中材料用量相对较多,但是其可提高地下室的建筑空间使用效果,有利于机电管线布置,满足净高要求。在满足相同净高要求的前提下,采用无梁楼盖可以减少模板费用和基础埋深,并由此减少开挖土方量及护坡、地下室外墙和竖向构件材料用量、降水量及抗浮费用、外墙防水面积等,综合经济效果更好。但对于建筑功能主要为商业的地下室楼盖,后期运营调整的可能性较大,不建议采用无梁楼盖。

无梁楼盖布置示意图
人防区的地下室楼板按规范要求板厚不应小于200mm,人防区荷载较大,取标准跨8.4m×8.4m柱网下的地下室楼板为例,以下为几种常用的楼盖形式材料用量对比。从结构材料成本(包括钢筋、砼及模板)的角度考虑,人防区一般采用单向双次梁最为经济。但是在设计前期若考虑无梁楼盖,可以降低地下室层高,降低开挖深度,综合考虑土方费用、围护造价,考虑工期、设备管道布置等因素,无梁楼盖综合经济性会更好。

4.3、嵌固端楼层选择

1)单层地下室

当商业建筑仅有一层地下室、且主体结构基础采用筏型天然地基基础或桩   -   筏基础时,结构嵌固端可以设置在基础顶处即地下室底板处,这样做主要有两点优点:一是有利于结构充分利用筏型基础的平面内“无限刚度”;二是当地下室顶板不作为嵌固端时,无须满足顶板的刚性要求,可以满足首层楼面留大洞的建筑需求。
此外,现行规范对地下室负一层的抗震等级和抗震构造措施的规定与上部结构的抗震等级和抗震构造措施保持一致,因此嵌固端选取在地下室的底板不会造成工程造价的提高,相反顶板不作为嵌固端,顶板的厚度以及配筋率无需达到规范所规定的刚性要求,从而取得一定经济效益。
若单层地下室全部作为抗爆炸荷载的人民防空地下室时,其地下室顶板按照相应的人防规范要求进行设计,顶板通常具有作为结构嵌固端的平面内刚性,此时可取地下室顶板作为上部结构的嵌固端。
2)多层地下室

a)一般情况

通常情况下,存在多层地下室的多高层建筑会选择地下室顶板作为上部结构的嵌固端。因为地下室顶板以下的结构有地基土包裹,水平位移基本可忽略不计,而上部结构受到的水平力理论上会由地下室顶板传至周围土体,不再向下传到地下室的竖向构件上,结构在地震作用下在嵌固端上部竖向构件底部出现塑性变形的同时仍具有一定承载能力,安全性较高。因此,将地下室顶板选为嵌固端,除地下一层竖向构件的设计构造根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(   JGJ3-2010   )的要求需要加强外,以下各层构件的抗震构造要求会逐层降低,是经济合理的选择。
为保证地下室顶板作为嵌固端需起到的水平力传递作用,《高层建筑混凝土结构技术规程》(   JGJ3-2010   )对地下室顶板作为嵌固端的板厚及配筋都做出了明确的要求,而且指明了高层建筑地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,应避免开设大洞口;为保证嵌固端在大震下的安全贮备,《高层建筑混凝土结构技术规程》(   JGJ3-2010   )要求地下室顶板作为上部结构嵌固端时相邻下层与上层的侧向刚度比值不宜小于   2   。且对上下层对应位置的墙、柱的纵筋面积比也提出了明确的要求。

b)高差场地

对于高差场地,即主楼首层底板顶与周边相连地下室顶板有高差时,可按如下方法确定嵌固部位:首层底板顶与周边地下室顶板高差不大于梁高时,且主楼首层与相关范围内地下一层侧向刚度之比满足嵌固部位要求时,可将主楼首层底板作为嵌固部位;首层底板顶与周边地下室顶板高差大于梁高时,且主楼首层与主楼范围内地下一层侧向刚度之比不大于   0.5   时,可将主楼首层底板作为嵌固部位,地下一层应按错层结构采取加强措施。

c)下沉式广场

当项目中地下一层某侧有下沉广场或庭院时,可按如下方法确定其嵌固位置:紧邻下沉式广场或庭院的地下一层外墙,当其总长度大于建筑平面总周长的   1/4   或某侧的长度大于相应单边边长的   1/2   时,整体结构应分别按嵌固在地下一层顶板和地下二层顶板两种计算模型进行包络设计;底部加强部位应延伸至地下一层,地下二层的抗震等级应与底部加强部位相同,地下二层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低。

d)坡地建筑

若建筑为坡地建筑,地下室各边填埋深度差异较大时,往往会导致主体地下室一面或两面有土、其余面无土约束的情况,对水平力的传递十分不利。商业临近的塔楼嵌固端选取需要作分析论证,塔楼嵌固端选择是否合理直接影响到工程造价、计算的安全性。

5、地上结构系统

商业项目地上通常为4~6层左右的多层或者高层建筑,结构系统大多采用框架结构,或者根据抗震二道防线的需求配置少量剪力墙或支撑,尽量减少结构墙体对商业布置的影响并且有利于运营期间的工程改造。地上结构楼盖不同的梁板布置形式对建筑物的层高、总高、天棚、外观、设备管道布置有重要的影响,同时对建筑物的整体造价也具有较大影响。地上结构系统作为商业项目结构体系的主要组成部分,其选型涉及是否分缝、嵌固端选取、结构楼屋盖形式和结构抗侧力体系。

5.1、结构缝

结构缝一共有六种类型:   抗震缝、沉降缝、伸缩缝、后浇带、膨胀带和诱导带   ,其中,抗震缝、沉降缝和伸缩缝是永久缝;后浇带、膨胀带和诱导带是临时缝。永久缝中,抗震缝和伸缩缝是设置在地上结构部分,不涉及地下室和基础;沉降缝地上结构、地下室和基础均需要断开。
商业项目平面长度最长超过200m,往往形成超长楼盖结构,抗震缝的设置可以同时兼顾伸缩缝的作用并减少由温度和收缩引起的裂缝。当建筑商业功能定位较高时,由于分缝后立面幕墙及室内地面、墙面分缝处的处理较难满足建筑效果需求,且考虑到结构设缝容易影响室内铺位的招商或中庭公区效果,为保证建筑品质,避免后期漏水风险,可采用不设缝方案,并采取相应的加强措施,相应的会有结构成本的变化,需要开发商决策。

1) 设缝原则与方式

设缝   宽度
设置防震缝的目的是要满足大震下相邻两个单体间位移不碰撞原则,一般宽度约为150-250mm。抗震缝的宽度可根据《建筑抗震设计规范》6.1.4节,防震缝宽度应符合下列规定:
a) 框架结构房屋,高度不超过15m时不应小于100mm;超过15m时,6度、7度、8度和9度分别每增加高度5m、4m、3m和2m,宜加宽20mm;
b) 框架-剪力墙结构房屋不应小于本款1)项规定数值的70%,剪力墙结构房屋不应小于本款1)项规定数值的50%,且二者均不宜小于100mm;
c) 防震缝两侧结构体系不同时,防震缝宽度应按不利的结构类型确定;
d) 防震缝两侧的房屋高度不同时,防震缝宽度可按较低的房屋高度确定。  
设缝方式
a)   双柱抗震缝
地上或嵌固端以上通过在结构变形的敏感部位设置双柱抗震缝,将各单体互相脱开,形成独立的结构单元,减少结构不规则性,以避免塔楼偏置带来的抗震不利影响。此设缝方法可能会影响建筑效果,并占用或压缩部分空间。
双柱设缝做法

b) 双边悬挑设缝

目前商业项目比较常用的设缝方式为双边悬挑设缝,通过将抗震缝设置在两个柱跨中位置,将各个单体互相脱开,形成双边悬挑梁的结构方式,此设缝方法对建筑室内空间影响较小,结构缝位置布置相对灵活。

双边悬挑设缝做法

c) 滑动支座设缝

通过在梁和柱的交界(梁端)采用一边铰支一边滑动设缝的方式来允许梁在水平方向滑动,将各个单体互相脱开,缺点是滑动支座设缝会形成大跨梁形式,下面不利于建筑净高。其中滑动支座采用的是聚四氟乙烯材料,具有摩擦系数极低、自润滑免维护、耐摩擦、高承载以及价格低廉等优点。

d) 连桥滑动支座设缝

通过在不同单体大跨钢连桥位置采用滑动支座连桥方式来设缝。

滑动支座连桥设缝做法
2)设缝方案比选方法

针对建筑物是否设缝的要点进行总结,主要有以下几点对比项:

a)结构是否设缝对户型布置和建筑立面效果有很大的影响,在布置抗震缝时,要尽量避免结构缝穿过商铺、餐饮出发、公区走道等重点区域。抗震缝的设置通常以双边悬挑的形式以减小对建筑功能和效果的影响,若悬挑距离过大,可采用钢梁搭滑动支座或双柱设缝的形式设缝。而结构不设缝方案,对建筑功能则没有影响。

b)结构设缝后,使得各单体形成规则的抗震单元,有利于节约结构成本。若结构不设缝时,有可能形成多塔大底盘不规则、平面扭转不规则等,需采取相应的加强措,结构成本有所增加。

c)结构设缝方案对于后期运营维护有较高的要求,结构设缝位置容易出现漏水等问题。而不设缝方案使用阶段不存在问题。

d)结构设抗震缝目的是将超长、不规则、多塔建筑分隔成规则的单体,更有利于抗震审查,甚至避免超限审查,节约设计周期。若结构不设缝,需要重点注意塔楼与裙房直接连接的加强措施以及超长楼盖的温度应力分析。

3) 案例

a)设缝案例——案例   1  
本项目地上共 6 层,大屋面标高 27.8 米,局部小屋面标高 33.3 米,建筑平面呈 C 型,长度约 330 米,宽度 40~120 米。地下室共 2 层,外围尺寸长约 380 米,宽约 50~140 米。采用钢筋混凝土框架结构体系。
根据《混凝土结构设计规范》( GB50010-2010 )第 8.1.1 条,现浇钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距为 55m ,因此大型购物中心基本均存在结构严重超长的问题。结构设计可采用分析温度应力增大楼面配筋、施加楼面预应力、设置后浇带、加强施工过程控制等方式来解决结构超长问题,但会带来结构造价的增加。根据以往类似工程经验,综合考虑建筑效果及结构造价,建议结构单元长度控制在 200m 以内可以取得较好的综合效益。大型购物中心楼面通常存在较多的大面积中庭洞口,建议结构缝设置需综合考虑建筑平面及结构合理受力要求,结构缝两侧宜有一定宽度的板带,以避免设缝后出现对结构受力不利的 U 形深凹口结构平面。

结构分缝示意

b)不设缝案例——案例   2  
本项目为大型商业,地上部分尺寸   162m   ×   175m   ,地下尺寸   176m   ×   185m   ,建筑体量较大,结构长度已远超规范建议,可考虑设置后浇带、加强结构楼盖应力分析等措施,有效控制混凝土收缩产生的不利影响,同事考虑本项目无较高塔楼,立面没有明显收进,顾采用不设抗震缝或伸缩缝,确保建筑整体完整和立面效果,避免后期结构缝引起的漏水问题。
c)不设缝案例——案例   3  
本项目为集中商业,地上六层、地下两层,部分区域仅有地下一层。地上建筑层高分别为:   1     5.8m     2~6     5.4m   ,大屋面结构标高   32.8m   ,影院区域屋面标高   38.9m   ,标准柱网   8.4m   ×   8.4m   。建筑平面呈   “L”   型,长   L=226.8m   ,宽   B=70m   ,最宽位置   Bmax=107m   。典型平面建筑图如下:  

  建筑平面示意

建筑平面相对较规则,从保证建筑品质角度出发,综合分析后采用不设缝方案。但由于不设结构缝形成超长结构,需考虑温度应力引起的裂缝问题。

5.2、楼层结构楼屋盖系统

在不同结构体系的商业裙房的不同建筑区域,楼屋盖系统的选取有不同的标准。商业裙房屋盖系统主要有以下几种:

1)标准商业区域

标准商业区地上部分竖向承重系统一般采用现浇钢筋混凝土梁板式楼盖,梁板式楼盖形式普遍采用单向双次梁梁板式结构,双次梁楼盖有布置灵活,造价低,施工技术成熟等优点。   商业裙房标准跨柱网结构楼盖高度(包括梁板),一般取   700mm~750mm  

2)中庭空间区域

商业综合体空间规划过程中,动线多以中庭为中心进行设计,中庭的平面尺度一般达到18m~25m。由于中庭公区尽量避免结构柱位的影响,两侧的连桥距离也因此会达到20m左右的跨度。
中庭区域的走道宽度一般为4m~6m,结构柱边距店面线约300~500mm,中庭走道可由悬挑梁实现。

典型中庭连桥大跨位置

对于非标准跨中庭大跨、长悬挑梁结构选型可考虑以下三种方案: 钢筋混凝土梁、 钢梁组合楼盖、 型钢混凝土梁。

选型的一般逻辑以及三种方案的综合比选如下:

a)钢筋混凝土梁在成本和施工均有较大优势,在满足建筑净高要求,控制梁高的条件下,尽量采用钢筋混凝土大跨梁。可通过密肋梁的方式分担梁荷载,满足强度、挠度、裂缝、舒适度等设计准则。

b)若跨度较大,在控制梁高的条件下,钢筋混凝土梁无法满足设计准则,可考虑比选大跨钢梁或型钢混凝土梁方案。

c)由于型钢混凝土梁需在梁端柱内设置钢骨,在成本与节点施工便利性上没有优势。钢结构大跨梁具有节点施工简单,梁腹板可穿孔节省净高等优势,可考虑采用钢梁方案。

3) 入口门厅区域

高端商业项目的主入口区域为建筑设计重点部位,也是商业综合体打造亮点的部位,同时需考虑交通组织、交流空间和安全防护等功能。一般主入口的开间距离为 15m~20m

对结构设计的要求往往较高,比如尽量减少结构柱位阻挡人流和视线,提高净高要求,以实现较好的空间效果。 而入口门厅上层为商业用空间,所以会形成大跨空间的要求。

4)   自动扶梯区域

相对于标准商业区域,自动扶梯区域多出现大跨、大悬挑结构。 自动扶梯上下两端梁连接支座的反力由建筑或机电专业提资,具体支座支持载重根据不同梯级宽度和扶梯提升高度变化。

自动扶梯反力图示例

5) 立面悬挑区域

建筑外立面采用悬挑的形式,以达到更好的建筑效果,形成吸引人流的重要区域。一般商业项目的立面悬挑距离可达到8m~15m。
立面悬挑的结构形式,可根据建筑的需求,采用混凝土梁悬挑、钢梁悬挑、型钢梁悬挑、桁架悬挑,或做斜柱   /   转换柱的形式减小悬挑距离。
5.3、抗侧力系统
国内的大型商业裙房项目普遍高度在   24m~50m左右,平面尺度在80m~300m左右。由于高度较低,很少出现高度超限的情况,但平面或竖向不规则较为常见。在进行结构抗侧体系选型时,可根据项目地震烈度、裙房高度以及平面竖向不规则的情况,选取如下抗侧体系:
  • 框架结构
  • 少墙框架结构
  • 框架剪力墙结构
  • 钢支撑-混凝土框架结构
  • BRB支撑-混凝土框架结构
1)框架结构

钢筋混凝土框架结构体系优点是:建筑及各专业设计受结构专业限制较少,对于空间使用及后期改造设计较灵活。

框架结构抗侧力刚度较小,地震和风荷载作用下变形较大, GB50011-2010 《建筑抗震设计规范》 3.4 5.5 节给出了框架结构位移比、位移角、周期比等指标限值及承载力的要求; 框架结构体系最大适用高度对于商业裙房结构比较适用。

钢筋混凝土框架结构

2)少墙框架结构
由于商业裙房特殊的平面布置及形状,经常会遇到平面不规则的情况,或对于裙房与塔楼不设缝且塔楼偏   置时,商业裙房若采用框架结构体系结构整体指标较难满足,容易出现扭转过大等情况。   为尽量减少对建筑使用功能的影响,可在楼梯间及电梯间位置适当增加剪力墙布置,以平衡裙房结构的整体刚度在平面的布置,即采用少墙框架结构体系。
在《抗规》6.1.3中“设置少量抗震墙的框架结构,在规定的水平力作用下,底层框架部分所承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时,其框架的抗震等级应按框架结构确定,抗震墙的抗震等级可与其框架的抗震等级相同。”
《高规》条文说明8.1.3中“3. 当框架部分承受的倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的50%但不大于80%时,意味着结构中剪力墙的数量偏少,框架承担较大的地震作用,此时框架部分的抗震等级和轴压比宜按框架结构的规定执行,剪力墙部分的抗震等级和轴压比按框架-剪力墙结构的规定采用;其最大适用高度不宜再按框架-剪力墙结构的要求执行,但可比框架结构的要求适当提高,提高的幅度可视剪力墙承担的地震倾覆力矩来确定。”规范不建议采用框架部分承担倾覆力矩大于80%的少墙框架结构体系。

3)框架剪力墙结构

商业裙房结构中,采用框架剪力墙体系抗震效率较高,使剪力墙承担总倾覆力矩的50%以上。由于需要布置剪力墙的位置较多,对建筑功能于布置有较大影响,尤其对于地上地下无法通高布置剪力墙体的位置,需要做转换结构。对于超长结构,剪力墙布置位置刚度集中,易产生较大的楼板应力,对温度工况不利。

钢筋混凝土框架 - 剪力墙结构

剪力墙布置位置示意

4)带 BRB的钢筋混凝土框架结构

在框架结构中布置BRB可增强结构的抗侧等性能,起到部分剪力墙作用的同时,降低对建筑功能的影响。BRB截面较小(300×300mm左右),数量及布置位置可根据建筑功能调整,上下层布置位置可微调,布置较为灵活,后期建筑功能调整对其布置影响相对较小。BRB在设防地震和罕遇地震可屈服耗能,提高了结构的抗震可靠度,同时BRB也会增加部分结构造价。设置BRB本跨范围框架抗震等级需提高,层间位移角限值需提高。

BRB 的钢筋混凝土框架结构

BRB 布置位置示意

BRB 立面示意图

5)钢支撑 -钢筋混凝土框架结构

商业裙房可采用钢支撑混凝土框架结构体系,在局部位置加少量钢支撑以改善结构抗扭刚度。钢支撑通用性强,布置灵活,可适应不同层高板厚的现浇混凝土楼板支撑体系。支撑构件不受固定平面尺寸的约束,对于不规则建筑体系较有优势。

6、总结

6.1、基础结构系统选型要点

1)软土地基一般采用桩筏基础。
2)岩石地基,对于底板位于岩石层时,基础形式一般采用独基加抗浮锚杆加防水板,底板不在岩石层时,基础形式一般采用桩(墩)加筏板。
3)桩基设计需同时考虑施工阶段及正常使用阶段设计;施工阶段为短暂设计工况,设计准则与正常使用阶段不同。
4)承压设计时,基桩应尽量布置在柱下或墙下,抗浮设计时,抗拔桩应尽量布置在跨中及两柱中间,锚杆均匀分布布置。
5)基础选型需要考虑与基坑围护系统的集成设计,特别是用立柱桩兼工程桩,以降低工程造价。

6.2、地下结构系统选型要点

1)地下室顶板作为结构嵌固端时,从结构材料成本角度考虑,非人防区一般采用单向单次梁的楼盖形式最为经济,采用单向单次梁楼盖时,通常与次梁平行的框架梁采用相同的截面尺寸,与次梁垂直的框架梁梁高略大于次梁;人防区顶板综合考虑工期、设备管道等因素一般采用无次梁加腋大板的楼盖形式。
2)当作为嵌固端的地下室顶板存在较大高差时,为保证地震水平力的传递,应采取梁加腋、柱箍筋加密等措施;当地下室顶板开洞面积较大时,应对洞口周围的梁板配筋进行加强,当洞口面积超过楼板面积的30%时,还应进行详细的楼板应力分析,采取相应加强措施。
3)当地下室顶板无法满足嵌固端要求时,嵌固端可能选在地下室楼板或底板。地下室楼板作为嵌固端时应采用现浇梁板式结构,从结构材料成本角度考虑,一般采用单向单次梁的楼盖形式最为经济。
4)当地下室顶板为嵌固端时,除地下室顶板以外的其他地下室楼盖可采用无梁楼盖。在满足相同净高要求的前提下,采用无梁楼盖可以减少模板费用和基础埋深,并由此减少开挖土方量及护坡、地下室外墙和竖向构件材料用量、降水量及抗浮费用、外墙防水面积等,综合经济效果更好;但对于建筑功能主要为商业的地下室楼盖,后期改造的可能性较大,不建议采用无梁楼盖。
5)在顶板上覆土厚度满足绿植栽培的情况下,可以采用部分轻质填土材料替换覆土,以减小顶板覆土荷载;设计中施加消防车荷载时应注意消防车荷载取值根据板跨及覆土厚度进行折减。
6)当高层建筑仅有一层地下室时,且主体结构基础采用天然地基基础(筏型基础或桩-筏基础)时,结构嵌固端通常设置在基础顶处即地下室底板处。
7)当建筑有多层地下室时,通常情况下,会选择地下室顶板作为上部结构的嵌固端。
8)对于高差场地,即主楼首层底板顶与周边相连地下室顶板有高差时,嵌固端位置根据首层底板顶与周边地下室顶板高差确定。
9)当项目中地下一层某侧有下沉广场或庭院时,下沉广场开口较小不影响基底剪力传递时,可设置在地下室顶板,其他情况下移一层。坡地建筑嵌固端需要进行专项研究论证  

6.3、地上结构系统选型要点

1)商业项目根据不同档次定位,对建筑功能,效果,空间和成本等会有不同等级的要求,结构选型需考虑不同档次定位的需求,在建筑功能、结构成本、审查合规、运营维护、施工速度等多方面进行综合比选。
2)对于建筑平面不规则、裙房超长或裙房塔楼相连接的商业项目,一般需要考虑是否设置结构抗震缝。对于是否设缝及如何设缝,可以从综合多方面进行多方案比选。
3)抗震缝仅设置在地上部分,设缝方式可采用双边悬挑和滑动支座设缝等方式,以减少对建筑立面和内部使用功能的影响。若不设缝,对裙房塔楼相连的结构,需采取相应的抗震加强措施和楼板温度应力分析。
4)裙房楼盖选型按不同区域进行考虑。标准跨商业区域一般选择双次梁梁板式楼盖,梁高控制在800mm以内。
5)中庭区域楼盖,走道位置一般为悬挑梁,悬挑距离控制在6m内,梁端部可适当加高做刀把梁,悬挑端做低便于通风管道穿越。
6)中庭连廊和主入口门厅会存在大跨区域,对商业公区净高影响较大,一般梁高控制在1.2m,可根据跨度采用混凝土梁、型钢梁和钢梁。其中与型钢梁连接的框架柱需要设置构造钢骨;钢梁可做端部铰接,但需额外考虑混凝土楼盖高度。大跨连廊薄弱区域需对楼板进行加厚。
7)自动扶梯一般搭设在中庭悬挑梁和大跨梁上,需额外考虑扶梯荷载。
8)地上结构柱网布置需考虑各层建筑功能和动线变化进行梳理优化。柱位布置需在考虑建筑功能的同时,尽量减少大跨大悬挑的出现,并控制一定柱位转换率,转换率根据不同项目等级控制在5%~3%以内。
9)部分商业项目由于外立面效果需求,存在立面大悬挑位置。立面悬挑超过8m时一般采用悬挑钢桁架的形式,钢桁架需内伸一跨,框架柱设置构造钢骨。桁架可以位于顶部做吊挂结构,或位于底部承担上部落柱。
10)商业项目中庭区域屋盖位置一般采用钢结构形式作为屋顶采光天窗。其他区域需注意考虑屋顶覆土的荷载。
11)裙房的抗侧体系一般选择框架结构或少墙框架结构体系。若裙房结构不设缝,抗侧计算时需考虑塔楼对裙房不同位置的影响,可分为无塔楼裙房模型,塔楼带三跨模型及大底盘多塔模型进行包络设计。

参考文献

[1] 《世茂商业结构设计管理手册》

特别鸣谢:感谢世茂股份原结构负责人刘永璨先生对本文内容的贡献

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只看楼主 我来说两句抢沙发
这个家伙什么也没有留下。。。

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