城市综合体结构设计优化武彩红

城市综合体结构设计优化武彩红

武彩红

武彩红

北京市建筑设计研究院有限公司北京市100045

摘要：随着我国城市发展的不断壮大，对于城市的现代化建设越来越重要。作为一种新型商业综合体，济宁万达广场具有多业态组合、体型复杂、内部空旷等特点，其结构体系建议优先选用框架结构，大空间及入口区域采用钢结构。针对结构超长问题，本文建议结合建筑功能灵活设缝，减小结构单体长度，并给出设计及施工过程的关键措施。

关键字：城市综合体；结构设计；优化

引言

随着社会的进步和经济的发展，人们对建筑使用功能和美观艺术的要求不断提高，建筑平面形状和立面体形日趋复杂，结构形式呈现出复杂多变的趋势，与此同时在适应上部结构大轴网、局部楼板开大洞、抽柱形成大的共享空间等情况下，选择安全适用、经济合理的结构形式显得尤为重要。

1城市综合体结构特点

1.1室内步行街结构难点分析

大跨度悬挑走廊及人行天桥舒适度设计及难点为实现可视性商业效果，室内步行街多处采用大跨度梁或悬挑梁方式。本项目通过对室内步行街中庭结构梁进行有限元反复优化，最终优选的最小梁高既实现提升建筑净高及良好商业的效果，同时又满足结构安全及舒适性要求。对受力关键布置，利用型钢混凝土结构等方式进行特别加强，确保安全可靠。室内步行街中庭人行天桥设计应进行有限元优化，以满足结构安全、舒适性及最佳视觉效果。文中从构造措施、施工控制等方面给出解决方案，确保入口大跨度型钢混凝土梁的结构安全。海洋乐园观赏池设计建议进行有限元分析，文中对关键受力部位加强配筋或采用型钢砼构件，并给出了池体及钢结构耐腐蚀性有效措施，以确保结构安全性及耐久性。电影乐园的相关设施建设需要提前进行设计的准备与相关施工工艺、施工技术的选择，只有前期做足准备才能保证工程的施工安全与使用质量。

1.2室内步行街东西入口型钢混凝土梁设计及难点

为提升万达广场整体立面效果，室内步行街东西入口不能设置竖向构件，还有部分悬挑梁搭在此梁上，设计时采用了型钢混凝土梁结构，直线跨度为23ｍ。本项目采用MidasGen有限元软件对东西入口型钢混凝土梁进行整体优化计算，控制大跨度型钢混凝土梁变形及应力比在规范许可范围内的同时，实现最小结构用钢量。

1.3大型复杂观赏水池结构设计及难点

万达广场海洋乐园共有入口顶部鱼群展区、海豚秀场、太平洋冷水展区、太平洋温水展区、热带雨林区、鲸鲨池等七大展区，观赏区水体共计约21000m³。展区内的大型展示水池共计54个，展示水池形式各异，结构复杂，特别是大型鲸藍池体深度达14.4m，池体水平尺寸为33mX27m，水池下方设置5m宽海底隧道。太平洋巨型藻观赏池池体深度达14.4m，通体开满观赏窗，池体不连续分割，受力复杂。

2城市综合体结构设计优化

2.1钢筋混凝土结构设计

钢筋混凝土池体设计时采取如下措施提升构件抗腐蚀性：采用较大掺量矿物掺和料混凝土，在矿物掺和料中加入胶凝材料总重的3%-5%的硅灰，其他矿物掺和料采用一级粉煤灰＋磨细矿渣，磨细矿渣活性系数不小于95，增强耐久性及早期强度。混凝土等级由常规的C35提升到C40，增加密实度；通过配合比试验，检测其力学性能、抗氯离子侵入、抗渗性能等，并最终确定合理配合比。养护方式采用浇筑后立即覆盖薄膜并加强湿养护。添加阻锈剂，提高钢筋抗腐蚀性。

2.2电影乐园结构设计优化

为了提升顾客体验愉悦度，万达广场引入电影乐园业态及成套精密骑乘设备，对结构设计及施工精度要求更为严格。电影乐园飞行影院骑乘设备支座设计精度要求控制在毫米级以内，以常规的设计方式及施工工艺无法满足定位精度要求。项目中从前期设计、施工工艺及检测处理三个阶段出发，采用如下方案最终确保骑乘设备精确定位安装，并可靠运营。具体如下：第一，结构支座定位图出图前需经厂家反复校对。第二，由专业模具厂家制作骑乘设备连接件模具，施工现场采用模具定位工艺，严格控制土建施工精度在毫米级以内；第三，施工完成后及时进行校正修补，精心设计有效施工，确保取得较好的安装效果。

2.3地基和基础优化设计

根据工程的岩土工程勘察报告，建筑场地土层分别自上而下为：粉质黏土、粉土、粉细砂、粉质粘土。场区内无不良地质现象，无全新活动断裂构造，地层基本连续稳定，地基土强度总体较好。结合地质资料，该工程基础采用独立基础+钻孔灌注桩基础。

2.4结构抗侧力结构方案选择

电影乐园及海洋乐园入口区及观众展示区比较空旷，高差很大，楼板缺失很多，被开洞分开的各部分连接较弱，在地震作用下各部分容易相对振动而使削弱部分产生地震破坏。因此，万达广场的抗侧力结构方案宜采用框架结构，通过梁柱刚度调整刚心与质心的偏差，增强结构的整体抗扭刚度，避免在地震作用下发生扭转破坏。另外通过适当的设置抗震缝，减小平面不规则性对整体结构的不利影响。

2.5超长楼解决决方案

在满足建筑功能要求的同时，通过巧妙设置抗震缝位置，步行街单体长向尺寸已为240m，结构长度是《混凝土结构设计规范》规定不需要设置伸缩缝容许值的4倍多，仍属于超长结构。设计中采取的措施主要分为构造措施和结构计算两方面，具体包括如下。通过本项目实践表明上述措施减小温度作用和收缩变形对钢筋混凝土结构的不利影响，并有效了防止混凝土裂缝的产生。第一，设置后浇带。后浇带是目前常用有效的一种传统方法，它根据混凝土早期的收缩特点，其设计思路是“以放为主”，主要作用是释放早期混凝土的收缩应力为主的变形，而不直接减小温度应力。本项目中每30m左右设置一道温度后浇带，释放施工期间的温度应力。第二，设置加强带。考虑到后浇带的留设、维护较为困难，后浇带处的混凝土质量不易保证，后浇带会延长工期等，提出了超长结构无缝施工方法。其原理就是利用微膨胀混凝土的微膨胀特性，在钢筋和周边混凝土限制下，在钢筋混凝土中建立起一定的预压力，以抵消其收缩应力，使结构不出现裂缝，根据结构不同部位的收缩应力分布，调整其掺和量，在结构收缩应力较大的部位采用大膨胀混凝土，即膨胀加强带，掺和量为12％，在结构收缩应力较小的部位采用微膨胀混凝土，掺和量为8％，使混凝土收缩应力得到大小适宜的补偿。第三，其他。板配筋优先考虑细而密的钢筋布置，根据温度应力计算结果在应力较大的地方（特别是超长结构的两端）增加楼板配筋，抵消由于温差使混凝土产生的轴向拉应力，使结构不出现裂缝，提高混凝土的抗渗、抗裂及抵抗有害介质侵蚀的能力。第四，加强保温隔热措施。如屋面选择外膜，外墙的外围布置幕墙结构，遮挡多余阳光，建筑结构选择高效保温材料等，控制结构的使用温差。控制温度后浇带的浇筑时的环境温度，减小主体结构的降温温差。

结语

选择合理的结构方案可以对结构成本有关键控制作用。结构设计优化应以规范为依据，以结构安全为前提，结合概念设计对可以优化的地方进行优化，避免进入为省钢筋而省钢筋的误区。随着理论知识的增加和对规范的深入理解，设计师一定能设计出经济合理且满足甲方要求的结构作品来。

参考文献：

［1］JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程.北京：中国建筑工业出版社，2011：86～87.

［2］李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造［J］.北京：中国建筑工业出版社，2009，56（11）.

［3］朱炳寅.建筑结构设计问答及分析［J］.北京：中国建筑工业出版社，2010，333（2）.