建筑工程中超长型钢混凝土斜柱设计

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在现在的城市建筑中，原来的低层建筑已经无法看到，取而代之的是高楼大厦。在这些高层建筑中必不可少的就是建筑中的转换方式，斜柱在众多的转换方式中因为抗震性较强、而且比较省原材料、刚度变化又比较小受到越来越多的使用，成为现在主要的高层建筑转换方式。但是，斜柱这种转换方式除了具有这些优点以外，我们还应该清楚的看到其具有的一些缺点，即使用范围比较严格，斜柱这种转换方式只能在一定程度的夹角时才能使用，一旦夹角过大就不能再使用这种转换技术。

1工程概况

本文在进行高层建筑中斜柱转换方式研究时采用的是实例研究的方式，在研究中的例子是某市的四层建筑，分为地下一层和地上三层。从建筑风格来说，例子中的建筑比较新，风格也比较新颖，总建筑面积为243958.64m2。实例中的斜柱共有78根，从建筑的难点来看，斜柱的建筑就是整个建筑的难点。

2分析和设计斜柱转换结构构件

2.1设计斜柱与垂直柱

⑴确定斜柱角度和位置。为了使楼层获得到更大的使用空间，选择将斜柱相连的上边缘与楼面保持齐平状态，并且将节点隐藏在楼层之下，之所以采用这种方法，主要想要确定出最佳的斜柱角度位置。⑵选择构件截面。在确定垂直柱与斜柱之间的夹角后，进行初选构件的截面。因为这个斜柱在空间上已经形成垂直分布形式，所以在矩形钢管混凝土柱的基础层面上，可以充分考虑到双向荷载的作用力，并且要选择双轴性较强的柱子。在进行确定斜柱的尺寸时，需要依据垂直柱子的截面状况，可以保持斜柱弯矩作用方向的矩形面宽度与垂直斜柱面宽度保持一致，各钢管之间的翼缘展开焊接，同时也需要防止各截面尺寸所带来的不同的钢管局部压力。

2.2分析和设计钢梁的受力

在连接梁与钢管混凝土柱过程中，需要满足多方面需求，比如经济合理、方便施工、安全可靠、整体性好等等；在设计抗震作用时，在连接时需要先连接各结构构件的整体，在各节点的周围，需要分布型钢梁或者钢筋混凝土钢梁时，同时也需要根据连接的具体要求，进一步满足刚接需求，⑴设计钢筋混凝土梁与箱型牛腿。在钢筋混凝土截面尺寸处于较大状态中，可运用多条工字型钢梁与箱型牛腿进行连接，在梁顶纵筋在深入节点后，其锚点的固定长度需要与国家相关规定要求相符合，并且在梁上端与梁下端进行设置栓钉，这样可以加强牛腿与混凝土之间的粘接力。这样可表明，在设置钢梁牛腿之后，其受力性也会发生很大变动，如果牛腿在参与到梁端弯矩受力作用之中，其梁端的弯矩也会从纵筋与牛腿上下边缘所共同承担这份力，同时梁端剪力也会由腹板和混凝土所承担。⑵设计型钢梁与牛腿。在设计型钢梁节点时，型钢梁的腹板与牛腿的腹板之间可运用普通螺栓进行连接，在采用刚性连接方式时，在运用腹板螺栓加以连接时，在进行焊接牛腿翼缘与型钢梁翼缘时，各节点与型钢梁为主要铰接形式，可采用普通螺栓进行连接腹板，这样可以使梁端的剪力从普通螺栓传递给牛腿腹板，然后再很快传递到节点中，使节点承受更大的作用力。

3分析和研究混凝土斜柱构件内力

在分析混凝土斜柱构件内力过程中，分布斜柱构件与直柱方案以及各相连构件之间的内力是有着很大差距的，为了能够进一步研究和探索出斜柱与直柱构件在内力方面上所存在着的差异，在深入分析和对比之后，如下分析结果中表明出两种方案中是隐藏着内力，主要如下：在竖向荷载作用力的现象下，无论从哪方面上来讲，斜柱角度都是较小的，在协助构件轴力的支柱方案中也不会存在着很明显的变化。同时在斜柱的影响之下，这样在竖向荷载作用力下，会给斜柱底部起到很大的作用力，并且与底部横梁相关的顶部轴力也会进一步增加。在设计过程中，需要充分考虑到型钢所承担的压力以及轴拉力。

4混凝土斜柱转换结构的主要受力特点

在整体建模计算中，可采用SAP2000方式对这项进行测试，其中斜柱、柱、梁之间可采用框架单元模式，同时剪力墙可采用薄壳单元方式，在分析和研究计算结果中，在水平作用力之下，其整个结构的受力特点与普通结构并没有很明显的差异，但如果采纳竖向荷载作用力时，可包括如下几个特点：⑴所布置的斜柱与次梁方向所在平面，应该保持着平衡。相对来讲，同时斜柱平面所连接起的框架已经承受着很大的轴力，在这样的情况下，可以不必承受更多的弯矩。⑵支撑斜杆与斜柱之间也存在较大差异，同时杆端应该考虑到刚连接的作用力，并且斜柱不但要考虑轴力的压力情况，也需要承受住较大的弯矩力和剪力，这时候就需要根据压弯构件进行设计和研究。⑶由于柱子与整个重心发生偏离的现象，会影响整个结构在竖向荷载力的影响下，产生附加弯矩，在一定程度上使剪力墙受到弯矩的影响，在核心筒的另一侧的边缘构件也会直接受到相应的压力，在框架之内所分布的轴力会发生相应的变化，在另外一侧的框架也会承受着较大的压力。

5设计超长型钢混凝土斜柱的节点

在保证混凝土斜柱安全时，其梁柱节点作为主要传力位置，这也是这个工程设计中主要环节之一。依据节点受力的特征，并且在充分运用了外加强环的连接方式。在斜柱的上、下端也就是在斜柱中心的角度中，不应该集中进行焊缝，并且也利用了相关的连接方式，同时在圆心处也会存在相应的浇筑孔隙。与斜柱上端所相连接的构件，会承受着较大的压力。之所以要这样做，主要是想要加强混凝土板的抗压作用，如果压力在适当的情况下，可以无需进行加强，但需要注意的是钢梁与楼板之间所产生的抗剪连接，是否能够很好的传递出相应的水平力度。与斜柱下端内各个水平构件是否承担了相应的受力，同时也需要考虑到混凝土楼板的抗压现象，在这个环节中，楼板在施加压力的状况下，各个压力相互抵消，这样不但可以使各节点之间的变形相应的减少，而且也可保证各楼板之间紧密相连。另外，在压力不是很大的情况下，也可利用加厚楼板或者加强板筋等方式，这样可以有效的解决各楼板中所存在的问题。为了能够更好的研究出各节点间力的变形情况和分布情况，在这个节点中，运用了有限元分析方法。加强柱钢管、钢梁、环等，都可运用壳单元模拟形式。其中柱外伸为1.2m，梁外伸为1.65m，其下低柱可以采用固定方式，其他位置上可运用自由端模式。在上柱或者梁上应该加大外力的力度，在这样的情况下，外力可以从整体加以计算，然后在确定其杆内里时，可确定出其最后的结果。壳单元也可以遵循最大尺寸进行研究和分析，在加强外强环以及钢梁位置时，也应该进行相关的加密工作。通常情况下，壳单元的最大应力经常体现在外强环的连接处或者在平面内框架的梁根部上，但是在对恒载作用是有着很严格的要求。在设计时，应该考虑采用局部增加盖板或者加厚上翼缘根部的方式方法，也可以运用扩大外环板的翼源指定范围，并且在环板与梁翼缘根部所相交的部分，可运用斜边过渡的形式，这样就会减少相应的作用力。

6设计加劲肋

在连接上部结构与下部结构中，芯柱作为主要中间环节，受力情况较大，且荷载作用力也较大，为了可以很好地将上部结构的荷载作用传递到下部柱子中，这时候需要在芯柱四周范围内，设置相应的纵横向加劲肋,这样可以使节点组成一个整体，扩散和传递荷载作用力。因为芯柱作为上部垂直柱所进行延伸的部分，所以在对比之后，可以选用外隔板方式，加强节点的设计。

6.1设置纵横加劲肋

在与节点相关联的型钢梁和混凝土，可以设置牛腿作为主要连接方式，这样可以将梁端内力传递到各节点之中。为了能够使梁端纵筋在深入支座后，可以达到相关锚固要求之后，并且在梁高范围之内设置两道横向加劲肋后可以作为钢梁牛腿的上下翼缘。主要节点区内的剪力通常来自于斜柱垂直向下分力和梁端剪力。在布置纵向加劲肋可沿着指定方向加以布置，并且与斜柱以及芯柱之间进行焊接，并且可作为是钢梁牛腿的主要腹板，在加强纵向加劲肋的整体工作性能时，可避免纵向加劲肋板件的厚度要小于所发生的屈曲现象。

6.2设计横向加劲肋的基本形式

在焊接钢筋混凝土梁纵筋时，可在上下环板过程中，充分运用换板与纵筋加强的基本原则，来确定出环板的厚度，在钢管壁与环板时可运用熔透焊接方式进行连接，同时在与型钢梁连接时可运用栓焊连接；环板的厚度也需要达到相关需求，不能小于钢梁牛腿的翼缘的厚度，在钢管柱与换板边缘之间最小边距需要超过钢梁牛腿翼缘宽度的0.75倍。

7结语

从上述的分析来讲，本文主要与工程实际情况相结合，在深入探讨和研究建筑工程中超长型钢混凝土斜柱的设计方法，并且研究与常规型直柱所存在的主要差异，两者进行分析和比较，在比较之后，发现存在着如下几方面主要问题：⑴在楼板之间的受力层，如果运用局部楼板施加压力方法，会直接影响着水平压力相关因素；⑵在转换斜柱过程中，采用简单的转换方式，也是最节省经济成本的主要方式，但是在转换中也需要采用相应的措施；⑶为了能够保证梁柱各节点的传力作用，在安装梁节点时，减少很多工作环节，同时也能满足硬度、刚度的要求，在其对应力较大的位置之中，需要采用对应的策略；⑷在竖向荷载作用力下，可加强部分楼板与钢梁之间的作用力；⑸在斜柱转换结构设计时，也需要充分考虑到竖向力的作用，计算出相应的内力，并且也需要考虑到附加弯矩的影响。

作者：赵文觉 单位：中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司