摘要：对某超高层建筑结构中的斜柱转换结构进行研究，针对斜柱结构的特点，重点探讨了型钢混凝土斜柱的内力分析、节点分析以及与斜柱相连的楼面梁板的受力分析等。根据上述分析结果对斜柱影响的相关结构构件在结构设计过程中提出相应的加强构造措施。
关键词：超高层建筑；斜柱；型钢混凝土
1引言
随着建筑行业的不断发展，商业化时代寸土寸金，在有限的范围内，建筑功能和美观要求越来越多，也越来越复杂。为了满足这些要求，结构上经常会出现上下柱不能对齐的情况，传统的梁式转换结构需要承受非常大的弯矩和剪力，其结构尺寸与配筋往往很大，斜柱转换是建筑工程中用得越来越广泛的一种转换形式，能够灵活布置，直接传力，增加转换层抗侧刚度。但斜柱层及相邻上下层的受力复杂，在地震作用下可能形成结构的软弱部位或薄弱层，因此结构设计过程中也需对这些部位进行特别的分析计算和构造处理。本文通过对一带型钢混凝土斜柱的超高层复杂建筑实例进行计算分析，探讨结构布置中的注意事项、梁柱节点做法以及相关构件的加强措施。
2工程概况
本项目为大型商业综合体，建筑面积约9.2万㎡，房屋高度约为184m，地下四层为停车场，地上36层，首层~8层为商业，9层、19层为避难层，其余为酒店办公，结构形式为部分框支剪力墙体系，属于超B级高度的复杂高层结构。该工程设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，工程抗震设防类别8层以下是重点设防类，8层以上为标准设防类，抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，50年一遇的基本风压为0.50kPa/㎡，承载力计算时取基本风压的1.1倍，地面粗糙读为C类，。塔楼平面主要形状，底部楼层为近似三角形及多边形，高层平面为矩形。结构高宽比为6.7（规范限值为6），超过规范限值，10层为存在框支墙体的转换构件，竖向构件不连续，2层~4层存在6根型钢混凝土斜柱过渡，竖向构件不连续。这些型钢混凝土斜柱、与斜柱相连的钢骨混凝土梁的抗震等级均为一级，斜柱混凝土等级为C60，梁板混凝土等级为C30，型钢材料均为Q345B。
3斜柱结构布置
本工程如图2所示，斜柱XZ1~XZ6从建筑二层开始倾斜至四层楼面。相对于直柱，柱倾斜后的轴向刚度对侧向刚度的贡献会明显增加，将会对水平地震作用下的结构受力特性产生显著影响；同时斜柱轴力引起的水平分量会对相连楼层，尤其是柱顶、底部柱端相连楼层的楼面梁板产生巨大的水平推力，使楼面平面内产生较大的变形，因此对斜柱及与之相连的水平构件的受力特性和内力需进行详细分析，并采取相应的构造及加强措施。
在用一般计算软件对与斜柱相连的框架梁进行计算分析时，一般梁计算配筋往往只考虑剪力和弯矩，对于由斜柱产生的水平力产生的梁轴力往往忽略了，如果设计过程中完全按计算软件的配筋结果进行框架梁配筋，往往是极不安全的，实际设计过程中可以将与斜柱相邻的框架梁定义为转换梁，程序就会按考虑梁轴力的情况进行配筋计算，但与此同时也存在一个问题，这些与斜柱连接的框架梁的弯矩和剪力会按转换梁的要求进行放大，偏保守。
本文根据斜柱的轴力和倾斜角度反算这些框架梁所受到的轴力，实际计算过程如下：根据计算结果XZ1在二层轴力设计值为：55235kN(1.35恒+0.98活)和48201kN(1.2恒+0.6活+0.28风-1.3震x)。则与斜柱XZ1相邻的楼面的拉力为：max(55235/4.7=11752，48201x0.75/4.7=7691)= 11752kN，这个拉力由型钢混凝土楼面梁的钢骨承担，则钢骨的计算面积为：11752000/270=43525mm2，实配工字钢H600x200x50x50，截面积为A=45000mm2。通过上述计算方法可以得到其他斜柱的拉力以及两种实配钢骨的截面，通过梁设置型钢的方法来满足斜柱的传力要求。
实际设计过程中，需要转换的矩形柱截面尺寸为1200x1800，圆形柱截面直径为D1500，为了方便传递柱水平力，与斜柱相邻的2层、4层框架梁内设置工字钢钢骨H600x200x50x50，框架梁截面尺寸为600x900，为方便不同角度的工字型钢骨混凝土梁与斜柱相连接，在斜柱内设置直径为D800mm的钢管作为钢骨。斜柱影响的相关范围内的板厚为200mm，板筋D14@150双层双向配筋，与斜柱相连的型钢混凝土梁的另一端的框架柱和剪力墙均设置型钢，以便斜柱产生的水平力能够有效传递到周围的竖向构件上，确保结构安全，详见下图4。
另外，由于型钢混凝土斜柱内的钢骨外表面为弧形，不方便型钢混凝土梁的纵筋与钢骨套筒连接，为解决纵筋锚固问题，在梁柱节点区上下各设置200宽的环板与纵筋双面焊接。其他型钢混凝土柱或者剪力墙内的工字钢均采用套筒连接的方式与钢筋连接。
本工程地震设防烈度较低，通过上述计算对比中可以发现，对斜柱相关范围的内力起控制作用的是恒载和活载。本工程的性能目标是C级，型钢混凝土斜柱和与之相连的型钢混凝土梁均为关键构件，在按照上述结构布置进行布置后，本工程也进行了中震不屈服验算和大震作用下的动力弹塑性分析，结果显示这些关键构件均能满足多遇地震下弹性，设防地震下抗剪弹性，压弯不屈服，罕遇地震下抗剪不屈服，压弯不屈服的要求，确保结构的安全可靠。
4结语
本文以一超B级高度的超限高层建筑为例，重点突出分析了斜柱在设计过程中遇到的各种设计和施工问题，通过在与斜柱相连的框架梁内设置型钢梁、加厚板、斜柱内加钢骨等加强措施，确保斜柱产生的巨大的水平力传递到周围竖向构件上，从而实现结构抗震性能目标。本文的一些分析方法、设计思路希望能为类似结构的设计提供参考。
参考文献
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论文作者:彭攀
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/9/22
标签：型钢论文; 混凝土论文; 结构论文; 构件论文; 楼面论文; 框架论文; 截面论文; 《基层建设》2017年第15期论文;