李大为1 苏维东2
1.中国建筑东北设计研究院有限公司 辽宁省沈阳市 110006；
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摘要：通过结合实例对超长型钢混凝土斜柱转换结构的受力特点、斜柱构件内力等进行分析，探讨了超长型钢混凝土斜柱节点设计方法，得出斜柱构建和节点的设计对于混凝土斜柱整体施工影响巨大，在施工设计中需作重点考虑。
关键词：建筑工程；超长型钢筋混凝土斜柱；设计方法
随着人们审美观念的转变，在现在的高层建筑中那些内收或者是外挑的高层建筑越来越受到人们的喜爱，而传统的直上直下类型的建筑则受到冷落。在内收和外挑的高层建筑过程中最常用的一种转换方式就是搭接柱或者斜柱。在具体的实际操作中，使用斜柱的转换方式既存在优点也存在缺点，优势抗震性强、较省原材料、刚度变化小，而缺点是有一定的使用范围限制，当夹角过大时就不能使用这种转换方式。但是随着斜柱使用技术的不断提高，在现在的高层建筑中这种技术得到了广泛的应用。
1 工程概况
本文所进行的研究采用实例研究进行，在研究的实例中一共分为四层，地上三层、地下一层，总建筑面积为243958.64m2。从建筑形式上看属于比较新颖的建筑风格，建筑上共有斜柱78根，同时斜柱也是整个建筑中难度最大的部分。
2 超长型钢混凝土斜柱转换结构的受力特点
在计算整体建模过程中，可运用SAP2000对这项工程展开进行，其中梁、斜柱、柱等之间都需要运用框架单元，剪力墙可运用薄壳单元形式，并且在整个计算结果中很容易发现，整个结构在水平作用力之下，其受力的特点通常与普遍结构之间并没有很明显的差别，但是在采用竖向荷载作用力的情况下，具有如下几方面特点：
（1）因为柱子与整个重心偏离，导致整个结构在竖向荷载作用力的影响下，会直接产生一个附加倾覆弯矩，所存在这样的倾覆弯矩，在不同范围上使剪力墙受到弯曲的作用，同时核心筒的另外一侧边缘构件也会承受到一定的压力，在这样的情况下，框架内所分布的轴力也会发生相应的变动，位于另外一侧的框架不得不承受较大的压力，这一现象在设计中需要高度重视。（2）所布置的次梁方向需要与斜柱所在平面保持平衡，在平面中，斜柱平面所连接的框架已经承受了一定的轴力，这时候不应该承受过多的弯矩。（3）斜柱与支撑斜杆之间存在着很大差异，杆端需要考虑到部分连接或者刚连接的作用，斜柱既需要承受住轴力的压力，也需要承受住较大的剪力以及弯矩力，这时候需要按照压弯构件展开设计。
3 超长型钢混凝土斜柱构件内力分析
直柱方案与分布斜柱构件以及各相邻构件内力存在着很大的差异，为了能够更好的研究出直柱与斜柱在构件内力层次上所存在的主要差异，在对比和分析之后，如下两种方案中存在着内力，具体分析结果如下：在竖向荷载作用力的情况下，相对来讲，斜柱角度是偏小的，同时斜柱构件轴力支柱方案也不会有明显的变化。在斜柱的影响之下，主要在在竖向荷载作用力之下，在斜柱底部会产生很大的弯矩作用，并且与之相关的底部横梁以及顶部轴力也会得到不同程度上的增加，在设计过程中，可运用型钢混凝土梁来不断抵抗轴拉力的作用。因为斜柱位于东侧框架之内，同时在水平荷载力的作用之下，各结构内力之间也不会发生变化，与直柱方案没有任何差异。斜柱的影响通常体现在Y向地震作用，因为斜柱的支撑作用，会直接影响到斜柱的C2作用，同时在直柱方案中，其内力也会得到进一步的加强，但是其余几根直柱的作用力而相应减少。所以，为了能够很好的避免楼板出现开裂状况，在设计中，需要着重考虑到型钢承担所有的轴拉力以及压力。
4 超长型钢混凝土斜柱节点设计
梁柱节点作为保障结构安全可靠的主要传力位置，同时也是此工程设计中主要工作环节。根据节点受力的主要特点，并且运用了外加强环的连接方法。在斜柱的上端和下端，也就是斜柱中心的角度之处，要充分考虑到不应集中焊缝，并且运用了相应的连接方式，这样在圆心之处并且留有浇筑孔。与斜柱上端相连接的构件，可能承受很大的压力，在此处具备连续型楼板，这样可有利于混凝土楼板产生的抗压作用，如果压力不是较大，通常无需要加强，但是需要特别注意的是，楼板与钢梁之间的抗剪连接是否能够顺利的传递出相应的水平力度。与斜柱下端内各水平构件所承受的力是否相同，同时也不需要考虑混凝土楼板的抗拉情况，在这时候，比较好的做法是可以在楼板施加压力的情况下，各压力之间互相抵消，这样既可以减少各节点之间的变形，同时也能保证各楼板之间稳定相连。同时在压力不是很大状况下，也可以运用加强板配筋和加厚楼板等一系列方式，解决楼板之间中所存在的主要问题。
为了能够深入研究和分析各节点之间的力分布情况以及变形情况，对这个节点采用了有限元分析方式。加强环、柱钢管、钢梁等等都采用壳单元模拟方式。其中梁外伸为1.64m，柱外伸为1.1m，下柱底采用固定方式，其余位置采用自由端方式。在梁上或者上柱之上的自由端需要加大外力，这样外力可以从整体上进行计算，并且在确定各杆内力时得出最终结果。壳单元可以按照最大尺寸展开分析和研究，在钢梁以及外强环相关联的位置，进行了加密的工作。剖分后的模型见图2。
图2 节点有限元模型
在壳单元中最大应力通常出现在外强环的连接处以及平面内框架的梁根部上，但对于恒载作用力是有着一定要求的，其作用力需达到154 MPa。在设计过程中，可充分考虑到加强局部增加盖板和加厚上翼缘根部的方法，同时也可以采用扩大外环板上的翼缘范围，并且在梁翼缘以及与环板相交之处，采用斜边过度方式方法，这样可相应的减少作用力的集中。
5 结语
总而言之，本篇文章结合工程实际状况，深入研究和探讨设计超长跨层型钢混凝土柱的具体方式方法，并且与常规直柱中所存在的差异，进行了对比，在对比之后发现如下几方面问题：（1）在设计斜柱转换结构过程中，需要充分考虑到竖向力的作用，并且考虑到附加弯矩的所带来的影响作用，同时计算出正确的内力，需要高度重视承受附加弯矩的其余柱、对与斜柱平面内相连的框架梁及楼板、设计剪力墙等等。（2）处于楼板之间受压的楼层，如果一味采用局部楼板施加压力形式，可能会对水平压力产生不利的因素。（3）保证梁柱各节点之间传力的可靠性、合理性，这样在安装过程中，可减少很多工作任务，同时刚度和硬度也正好满足具体相关要求，在对应力较大的位置中，应该采用相应的措施。（4）在转换斜柱中，其作为一种经济而简单的转换方式，在各工程中得到了普遍的应用。（5）在竖向荷载作用力的影响下，可适当加强钢梁与部分楼板之间的抗剪能力。
参考文献：
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[3]赵阳，王武斌，邢丽等.国家游泳中心方钢管受弯连接节点加强实验研究[J].建筑结构学报，2013，26（6）：46-53，63.
论文作者:李大为1,苏维东2
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/18
标签：楼板论文; 作用力论文; 型钢论文; 弯矩论文; 节点论文; 混凝土论文; 构件论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;