建筑工程中带斜柱转换结构设计分析

【摘要】多功能、多样化是现代建筑设计的趋势。卓越的建筑设计是发挥建筑功能的前提，而建筑设计中的结构设计，会对项目最终结果起决定性作用。在分层式建筑项目中，最经常被采用的结构类型——斜柱转换结构，因其施工相对简单、受力更加科学，越来越被行业认可。故此，对该结构进行研究分析，无论对设计优化还是实际施工均有要义。

【关键词】带斜柱转换结构;建筑工程;设计方法

随着现代社会经济的发展，各类造型复杂高层建筑不断涌现，立面沿高度收进或突出的高层建筑是其中较为常见的一类。此类高层建筑结构当竖向收进较少时通常采用斜柱或搭接柱方案来实现建筑立面的要求。由于此类结构的竖向构件有突变，斜柱层及相邻上下层受力复杂，在地震作用下可能形成结构的软弱部位或薄弱层，因此结构设计也有其自身的特点。

1、斜柱转换结构及其优点

1.1斜柱转换结构

斜柱转换是建筑工程领域新兴起的一种转换形式，不仅具备良好的经济性能，而且受力模式完整，建筑用途广泛，在国内很多工程中得到了广泛的应用。斜柱转换结构在很大程度上可以说是梁式转换与桁架转换的有机结合，所以又叫做具备桁架转换。斜柱转换结构主要适用于墙肢长度相对较短或者上层柱网相对较密的情况。在建筑中，如果短肢剪力墙与框支柱的距离相对较近，跨中恰好没有柱子支撑在转换梁上，此时斜柱转换结构的优势就可以充分的体现出来了。

1.2斜柱式转换结构的优点

①能更好的控制转换梁的截面尺寸，合理的设置转换层层高，更加灵活的运用转换层的内部空间;②结构的传力途径明确，梁、柱的受力更加合理，有助于提高结构的抗震性能;③存在的斜柱也是重要的抗侧力构件，避免了转换层上下的侧向刚度突变;④斜柱式转换结构的节点杆件较少，施工简单。

2、斜柱转换结构的研究现状

2.1竖向载荷传递途径

剪力墙的竖向载荷传递途径主要有以下三种。第一种，剪力墙的竖向载荷先传递到方柱的上方转换梁，然后在由转换梁传递到方柱上;第二种，剪力墙的竖向载荷依然是先传递到方柱的上方转换梁，然后在由梁受剪的拱作用传递到方柱上;第三种，剪力墙的竖向载荷先由转换梁传递到斜柱上，然后再通过斜柱传递到方柱上。第一种与第二种载荷传递途径传递的载荷能够达到总载荷的60%。提高混凝土的强度不仅能够使得节点受力性能得到改善，而且避免了较高载荷下剪力墙的非线性突变，同时还能够在混凝土强度提高时，促进梁内拉应力的减少。

2.2实腹斜柱的机构优点

实腹斜柱结构和空腹斜柱结构相比，剪力墙体承受的负荷、应力都比较匀称，更接近传统梁式结构的受力转换模式。而空腹斜柱结构其受力转换点处的受力情况类似于轴心负荷模式，类似于桁架的斜杆负荷模式。

2.3裂缝分析

由于剪力墙底部弹性影响，墙体底部承受的压力通常分布均匀，而且转换梁的刚性强度越大，压力分布越发匀称，转换梁承受相应轴力以及弯矩亦随之增大，因此当引起剪力墙表面裂开的力量越大，便越可能竖向出现裂痕。若诱发剪力墙表面开裂的力量与刚度成反比时，往往斜向出现裂缝。

2.4转换梁具备的偏心受拉特点

转换梁（剪力墙体之间）是此类建筑中最关键的结构之一，具备十分显著的偏心受拉特点，在其与斜柱角点处弯矩及剪力较大。实际上，转换梁处对偏心方向拉力具有较强适应性，在加上剪力墙和斜柱共同作用下，刚度性能颇大。当承受向下力量时，斜柱和轴心承压结构相近。倘若结构同时受到向下和水平两个方向应力时，受力情况变得更加复杂，斜柱的中间部构通常只受到较小的偏心压力或拉力，两侧则既承受轴向荷载，也承受剪力作用，尤其是底部弯矩和剪力作用。故此，设计者务必以斜柱底端为其控制核心全面综合考虑完成设计。

2.5其他方面

斜柱水平方向的分力作用随着斜柱与方柱之间夹角的增大而增大，所以转换梁的开裂相对较早。当然，斜柱和方柱之间的夹角越大，剪力墙的应力分布就越不均匀，同样短肢剪力墙承载力就越不能够得到充分的发挥。斜柱和转换梁之间的连接与铰接类似，斜柱与二力杆的受力情况类似，通常都是表现为轴压。水平载荷的作用下，转换梁会受到斜柱的推力，因而在转换梁和斜柱的相交点会出现转交变形或者出现呈现出拱状。工作人员在进行设计工作时，要将斜柱的向上推力考虑到，特别是向上推力产生的负弯矩。在低周反复载荷的作用下，斜柱转换结构的滞回曲线较饱满，具备良好的延性，抗震性能突出。

3、主要加强措施

3.1分别采用两种不同的空间结构分析程序，考虑楼板实际刚度和藕联振动影响，计算结构动力响应，分析斜柱层及相邻上下层楼板应力水平和分布，对两种程序的计算结果加以判斷，关键构件设计取包络内力;补充采用两种程序的弹性时程分析，与反应谱分析结果进行对比，指导结构设计。

3.2通过调整核心筒剪力墙开洞位置及尺寸，减小平面质心与刚心偏离幅度，且适当增大外框梁截面尺寸，从概念设计角度减小平面扭转效应。本工程最大扭转位移比为1.43，出现在首层。这是由于建筑平面布置的要求，下面3层为平面不规则的大底盘裙楼所致。裙楼以上的塔楼部分通过合理的结构布置，两个方向的最大扭转位移比分别仅为1.27和1.29，扭转效应得到了较好的控制。

3.3确保重要受力构件强剪弱弯：构件斜截面承载能力安全度≥1.2倍正截面极限承载力安全度，以保证构件的延性变形能力，达到“中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。

3.4重点分析与斜柱相连的框架梁内力，设计时通过提高配筋率和增加抗扭筋的设置，提高此类框架梁的抗剪、抗扭能力，增加延性;为保证其有足够的承载力储备以策安全，加强斜柱层及其相邻上下层楼板的厚度及配筋，以有效传递斜柱产生的水平分力，与框架梁协同工作。

结语：

综上所述，斜柱转换结构在建筑工程中的应用呈现出很多其他结构形式不可比拟的优势，具备非常广阔的发展前景，是一种值得广泛推广与应用的新型建筑结构。因此，相关工作人员需要对斜柱转换结构在实际工程中的应用加强进一步的研究与分析，发挥结构优势，总结实际应用中的缺陷，进而实现协助转换结构应用的优化，在降低工程建设成本、节约施工资源、降低工程造价的同时，提供工程建设效率，促进工程建设的顺利施工。

参考文献：

[1]白军刚.带梁式与斜柱式转换层框架结构的抗震性能对比[D].长安大学，2015（07）.

[2]潘广斌.带斜柱转换的高层建筑结构弹塑性地震反应分析[D].华南理工大学，2017（09）.

作者简介：

栾明辉，山东钢铁集团房地产有限公司，山东青岛。