超高层建筑斜柱影响及措施分析

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［摘要］因超高层建筑独特造型的设计，结构需要进行斜柱布置，考虑到斜柱是超高层建筑的关键构件，应加强结构影响分析，以确保建筑整体安全。结合超高层建筑工程实例，分析斜柱对框架梁、楼板及核心筒的影响，通过加强设计提高结构承载力和稳定性。

［关键词］超高层建筑；斜柱影响；加强措施

相较于直柱，斜柱并非完全沿着建筑竖直受力方向布置，所以容易给建筑结构受力特性带来影响，因此，还应加强超高层建筑斜柱影响分析，以便找出其中的薄弱环节，采取加强措施保证结构稳固，进而为建筑建设和使用安全提供保障。

1工程概况

某超高层建筑位于广东省深圳市，工程由4栋塔楼及地下室组成，总建筑面积约171000m2，某栋地上32层，地下3层。建筑主体采用框架–核心筒结构，屋面高148m，安全等级为二级，使用年限为50年，建筑抗震设防烈度为7度，设计加速度为0.10g。在结构设计上，为满足首层大堂空间及外立面设计需要，部分柱采用穿层柱，外侧布置2根钢筋混凝土斜柱，1~9层柱往外斜，y方向倾斜角度6.7°，10~20层为直柱，21~32层柱往内斜，y倾斜角度3.3°；从底部向上尺寸逐步从1400mm×1400mm收缩为1000mm×1000mm，2层楼板因大堂2层通高需开洞，开洞面积超30%；平面布置如图1所示，PKPM模型如图2所示。

2建筑斜柱影响分析

在对建筑斜柱影响展开分析时，小震采用PKPM与midasBuilding对比，中震采用PKPM复核，大震采用PKPM等效弹性分析及Midas进行弹塑性静力推覆分析（POA）。计算结果表明，柱转折处斜柱对梁板产生的拉力较大，故选取转折楼层地下室顶板、10层、21层3个楼层重点分析斜柱对结构的不利影响。

2.1斜柱对楼面梁的影响

（1）正常使用极限状态下，斜柱对梁产生拉力，控制作用标准组合1.0永久荷载+1.0可变荷载±0.6风工况下。（2）承载能力极限状态分析下，取基本组合下梁轴力包络值（考虑1.3永久荷载+1.5可变荷载、风荷载基本组合、地震基本组合等各种基本组合取轴力最大值）。（3）中震性能设计时，取1.0永久荷载+0.5可变荷载±1.0中震工况，保证中震作用下拉梁正截面满足不屈服要求，满足拉梁中震性能目标。（4）大震等效弹性性能设计时，取1.0永久荷载+0.5可变荷载±1.0大震工况，保证大震作用下拉梁正截面满足不屈服要求，满足拉梁大震性能目标。各层梁在不同情况下的受力见表1，框架梁的配筋见表2。各种情况下，梁拉力考虑全部由纵向钢筋承担；正常工况下，钢筋应力按180MPa考虑，控制正常使用时裂缝。综上分析可知，与斜柱相连楼层梁产生轴力，其中3个柱转折楼层处梁拉力较大。通过详细分析拉梁正常使用极限状态、承载能力极限状态、中震正截面不屈服状态、大震正截面不屈服状态，拉梁配筋由正常使用极限状态裂缝控制，通过附加梁纵向钢筋，控制正常使用极限状态时拉梁裂缝（钢筋应力按180MPa控制），拉梁即可满足中震大震正截面不屈服的抗震性能目标要求，施工图设计时拉梁按拉弯构件复核梁顶底裂缝不大于0.3mm。

2.2斜柱对楼面板的影响

斜柱转折点处对梁板的水平拉力较大，选取转折楼层地下室顶板、10层、21层3个楼层处重点，分析斜柱对楼板产生的拉应力。经分析楼板应力由1.3永久荷载+1.5可变荷载工况控制，因此提取1.3永久荷载+1.5可变荷载工况下楼板应力做特别分析。经统计顶板最大拉应力4.6MPa，10层楼板最大拉力约3.9MPa，21层楼板最大拉力约3.4MPa，均大于2.01MPa。地下室顶板核心筒与斜柱连接处楼板加厚250mm，12@150双层双向配筋；10层、21层处核心筒与斜柱连接处楼板加厚至150mm，12@150双层双向配筋；其余楼层斜柱处楼板加厚至130mm，10@150双层双向配筋。

2.3斜柱对核心筒的影响

为直观对比斜柱对核心筒剪力的影响，采取直柱和斜柱2个模型，模型计算均不考虑楼板刚度，统计1~11层核心筒剪力墙在1.0永久荷载+1.0可变荷载重力荷载工况下各层的楼层剪力见表3。上述计算结果表明，在重力荷载作用下斜柱对核心筒产生了明显的水平剪力，该剪力需与地震产生的水平剪力叠加进行施工图配筋设计，采用斜柱模型进一步分析核心筒剪力墙在中震作用下的抗剪承载力，结果表明核心筒剪力墙满足中震抗剪弹性的性能目标。左上角核心筒外墙与2根拉梁搭接，为方便拉梁纵筋的可靠锚固，减小该处角筒剪力墙的应力集中，该处剪力墙做水平构造加腋，加腋高度同楼层，加腋层数从地下1层~屋面。

3结构加强措施

根据斜柱在超高层建筑中的受力分析结果，在结构加强设计方面还要重点进行斜柱与直柱、楼面梁板连接位置的补强加固处理，确保结构的承载力和稳定性得到提高。对楼层梁，计算梁的拉应力时需考虑楼板真实刚度或不考虑楼板刚度，拉梁配筋由1.0永久荷载+1.0可变荷载±0.6风荷载工况裂缝控制，梁受拉纵筋应力按180MPa，控制拉梁裂缝，中大震作用下能满足正截面不屈服的性能目标，施工图设计时拉梁按拉弯构件控制裂缝。对楼板，地下室顶板核心筒与斜柱连接处楼板通过加大板厚及配筋。对核心筒，斜柱对核心筒产生较大的剪力，因核心筒内部开较多电梯洞口，为加强核心筒整体性，保证斜柱拉力在核心筒中的传递，2~21层各层核心筒外墙在楼层标高处设置一圈构造暗梁，梁截面同连梁，暗梁顶底配筋按1.0%配筋率拉通设置，斜柱处角部核心筒外墙水平加腋。

4结论

综上所述，斜柱与直柱、水平构件的连接位置，将承担过大的拉力及剪力，斜柱对楼面梁、楼面板、核心筒等都会产生较大的影响，故还要通过增加板厚，核心筒加腋及增加配筋等方式实现结构加强，确保结构具有足够抗剪力，能顺利完成力的传递，进而为工程的建设安全提供保障。

参考文献

[1]李定环，郑淳，陈进，等.带斜柱转换层的超高层结构施工过程仿真分析研究[J].广东土木与建筑，2019，26（10）：1–6.

[2]王峰，史庆轩，王朋，等.高层斜交网格筒结构受力层间位移的计算及其应用[J].建筑结构学报，2019，40（8）：181–190.

作者：颜翔 单位：深圳市光明区科创中心投资有限公司