探讨商业建筑超长结构设计要点

1 工程概况

某大型商业广场，总建筑面积约 18万m2，地上5层，高度23m，包括购物中心、超级市场和影院。采用钢筋混凝土框架结构。1层地面用作停车场，1～5层为购物中心。2层以上设有中庭，将结构分成几个部分，结构之间采用连桥连接。由于结构超长，平面需要采取设置变形缝的处理方式。

2 结构布置

本工程基础采用预应力混凝土管桩，桩长为37m。管桩沉桩施工中进入持力层的深度以设计桩长及压桩力双控的方式来确定最终桩长。桩的单桩竖向抗压承载力特征值Ra为2000kN。考虑底层停车布置的方便，该结构一层的典型柱网为16×8m，而2～5层中间设有中庭，中庭边的商铺面与一层的柱网没能落在同一条线上，且该区域的柱网与一层无法对齐，需要进行转换。

由于结构超长，平面上需要设置变形缝将其断开。变形缝将建筑结构分为四个区域。中庭又将2～4层的楼板断开，中间用一端铰接，一端滑移的钢桥连接，释放结构因变形产生的内力。楼顶的采光结构采用一端铰接一端滑移的钢屋盖。因此，该结构在一层以上被分为几个单塔。

3 超长结构设计

本工程在短跨方向结构长度约 170m，长跨方向虽设置变形缝，最大跨长仍有近150m，工程各个结构单元平面尺寸均远超出《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）中框架结构伸缩缝的最大间距55m的要求，属典型的超长结构。其中一层B区在所有单元区域中长度最长，且受到底层柱的约束，温度应力对结构内力的影响较大。

3.1 温差分析

钢筋混凝土结构由自然环境变化而引起的温差荷载可分为三种类型： ①季节温差；②骤降温差；③日照温差。由于长期温度荷载作用下的稳态温度效应对结构起控制作用，即便是骤降温差和日照温差引起的短期温度作用也只考虑温度场趋于稳定后的温度效应。因此，本文结构温差荷载取值按季节性温差计算，取值按照通常做法，取日平均极限高温、日平均极限低温与结构成型时温度的差

值作为荷载计算，极限日平均温度取30年一遇值，结构成型时温度取月平均气温，即：

ΔT = Tmax（ Tmin）-T0

（1）式中，ΔT为季节性温差；Tmax（ Tmin）分别为30年一遇最热与最冷月平均温度；T0为结构成型时温度。本工程所在地区30年一遇（1971～2000）日平均最高气温为39.3℃，日平均最低气温为-18.1℃，结构成型时的温度为10℃。因此，结构最大季节温差为+29.3℃/-28.1℃。

3.2 温度作用下的框架内力

选取B区底层的最长一榀框架（总长约169m），施加降温荷载-36.2℃，计算得出框架的轴力、剪力与弯矩；在降温工况下转换梁旁边一跨的梁的轴向拉力达到1756.4kN，且截面面积小于转换梁，因此要针对该处的梁加强纵向配筋。由于框架整体受到转换梁刚度的影响，剪力与弯矩最大值均出现在靠边第二跨的柱子上，最大剪力556.4kN，最大弯矩2017.3kN·m。因此要针对该处的柱子进行纵筋加强与箍筋加密，防止其在温度作用下产生拉裂与剪切破坏，应采取结构加强措施。

在实际设计中，考虑到混凝土结构带裂缝工作，采用刚度折减系数0.6、温度作用组合系数0.7、分项系数1.3进行结构整体分析。当考虑温度工况进行设计时，靠近边跨的柱内力增加，配筋率提高，符合上文分析的内力变化趋势。具体的柱配筋变化情况如表1所示。由表1得知，部分柱配筋的增幅較大，因此需要对超长结构进行温度作用进行分析。

3.3 温度作用下的楼板应力

温度对楼板的作用主要表现为降温工况下楼板内产生的拉应力。本工程1层楼板面积最大，且中间除开洞外无任何分隔；而2～4层由于在内部设有中庭，将楼层平面断开为几个单独的框架与楼板，其面积明显小于一层楼板，因此采用

有限元软件对一层B区框架及楼板进行整体建模，分析其在降温工况下楼板的温度应力。整体模型及降温工况下的楼板最大主拉应力见图1。

由于该处楼面异形，导致柱网较密，对楼板的水平约束也较强，因此产生了较大的拉应力。从整体来看，楼板横向跨中缩进部位与开洞部位的拉应力均较大，为2.5～4MPa。由温度作用产生的整体拉应力水平大于混凝土楼板材料C35的抗拉强度标准值2.20MPa，即σt >[σ]，因此楼板可能会产生裂缝，需加强裂缝控制措施。

本工程主要针对楼板配筋进行加强，采用双层双向配筋，并适当提高收缩应力较高部位的混凝土板在每个方向的最小配筋率。根据名义拉应力方法，假定混凝土未开裂而得到的最大名义拉应力为7.8 MPa，楼板非预应力钢筋的配筋率为1.2%，规范规定非预应力钢筋配筋率每增加1%，名义拉应力限值可提高 3.0MPa。因此该处楼板名义拉应力限值为8.2MPa，裂缝宽度可以控制在0.2 mm以内，满足正常使用要求。

3.4 其他超长结构处理措施

（1）材料。混凝土原材料应采用粉煤灰水泥和碎石骨料，同时应严格控制混凝土外加剂的品种、质量和剂量，并由有资质的单位进行方案配合及施工技术指导等。为解决超长结构混凝土收缩应力和温度应力下的裂缝开展问题，在各层楼面梁板混凝土中均掺入一定量高性能膨胀抗裂剂，为混凝土提供约0.2～0.8 MPa的预压应力；混凝土膨胀抗裂剂选用多膨胀组分的抗裂产品，限制膨胀率满足以下要求：水中7天时≥0.025%；空气中21天时≥-0.02%。

（2）施工。每隔30m左右设800mm宽的抗收缩后浇带，从基础直到屋面，并在两侧梁板下加设必要的竖向支撑。该后浇在其两侧结构施工完两个月后，采用比相应构件部位混凝土强度等级高一级的微膨胀混凝土进行补浇。控制混凝土的浇筑时间和浇筑温度，以部分抵消混凝土收缩和温度应力对结构的不利影响。在混凝土浇筑施工中，应采取二次振捣措施，并应加强混凝土养护。

4 结论

综上所述，本文通过对某大型商业建筑超长结构设计要点进行分析，得到了以下几个方面的结论：

（1）本文结合结构的基本特征，分析了面积最大、长度最长的一层B区，分析了超长结构温差与处理措施，对于整体结构设计具有指导作用。

（2）在温度作用下通过对超长结构的内力分析，得到了温度内力的分布情况，并采取内力较大的部位的加强措施。这种做法既保证了结构的承载力要求，又取得了良好的经济效益。

（3）对于结构材料与施工，也采取了相应的措施，如采用在混凝土中掺入膨胀剂与设置施工后浇带等，以保证超长结构的工作性能，减少结构裂缝的产生。

参考文献

[1] GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S].北京：2010.

中国建筑工业出版社，