超高層建筑斜柱影響及措施分析

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［摘要］因超高層建筑獨(dú)特造型的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行斜柱布置，考慮到斜柱是超高層建筑的關(guān)鍵構(gòu)件，應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)影響分析，以確保建筑整體安全。結(jié)合超高層建筑工程實(shí)例，分析斜柱對框架梁、樓板及核心筒的影響，通過加強(qiáng)設(shè)計(jì)提高結(jié)構(gòu)承載力和穩(wěn)定性。

［關(guān)鍵詞］超高層建筑；斜柱影響；加強(qiáng)措施

相較于直柱，斜柱并非完全沿著建筑豎直受力方向布置，所以容易給建筑結(jié)構(gòu)受力特性帶來影響，因此，還應(yīng)加強(qiáng)超高層建筑斜柱影響分析，以便找出其中的薄弱環(huán)節(jié)，采取加強(qiáng)措施保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，進(jìn)而為建筑建設(shè)和使用安全提供保障。

1工程概況

某超高層建筑位于廣東省深圳市，工程由4棟塔樓及地下室組成，總建筑面積約171000m2，某棟地上32層，地下3層。建筑主體采用框架–核心筒結(jié)構(gòu)，屋面高148m，安全等級為二級，使用年限為50年，建筑抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)加速度為0.10g。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，為滿足首層大堂空間及外立面設(shè)計(jì)需要，部分柱采用穿層柱，外側(cè)布置2根鋼筋混凝土斜柱，1~9層柱往外斜，y方向傾斜角度6.7°，10~20層為直柱，21~32層柱往內(nèi)斜，y傾斜角度3.3°；從底部向上尺寸逐步從1400mm×1400mm收縮為1000mm×1000mm，2層樓板因大堂2層通高需開洞，開洞面積超30%；平面布置如圖1所示，PKPM模型如圖2所示。

2建筑斜柱影響分析

在對建筑斜柱影響展開分析時(shí)，小震采用PKPM與midasBuilding對比，中震采用PKPM復(fù)核，大震采用PKPM等效彈性分析及Midas進(jìn)行彈塑性靜力推覆分析（POA）。計(jì)算結(jié)果表明，柱轉(zhuǎn)折處斜柱對梁板產(chǎn)生的拉力較大，故選取轉(zhuǎn)折樓層地下室頂板、10層、21層3個(gè)樓層重點(diǎn)分析斜柱對結(jié)構(gòu)的不利影響。

2.1斜柱對樓面梁的影響

（1）正常使用極限狀態(tài)下，斜柱對梁產(chǎn)生拉力，控制作用標(biāo)準(zhǔn)組合1.0永久荷載+1.0可變荷載±0.6風(fēng)工況下。（2）承載能力極限狀態(tài)分析下，取基本組合下梁軸力包絡(luò)值（考慮1.3永久荷載+1.5可變荷載、風(fēng)荷載基本組合、地震基本組合等各種基本組合取軸力最大值）。（3）中震性能設(shè)計(jì)時(shí)，取1.0永久荷載+0.5可變荷載±1.0中震工況，保證中震作用下拉梁正截面滿足不屈服要求，滿足拉梁中震性能目標(biāo)。（4）大震等效彈性性能設(shè)計(jì)時(shí)，取1.0永久荷載+0.5可變荷載±1.0大震工況，保證大震作用下拉梁正截面滿足不屈服要求，滿足拉梁大震性能目標(biāo)。各層梁在不同情況下的受力見表1，框架梁的配筋見表2。各種情況下，梁拉力考慮全部由縱向鋼筋承擔(dān)；正常工況下，鋼筋應(yīng)力按180MPa考慮，控制正常使用時(shí)裂縫。綜上分析可知，與斜柱相連樓層梁產(chǎn)生軸力，其中3個(gè)柱轉(zhuǎn)折樓層處梁拉力較大。通過詳細(xì)分析拉梁正常使用極限狀態(tài)、承載能力極限狀態(tài)、中震正截面不屈服狀態(tài)、大震正截面不屈服狀態(tài)，拉梁配筋由正常使用極限狀態(tài)裂縫控制，通過附加梁縱向鋼筋，控制正常使用極限狀態(tài)時(shí)拉梁裂縫（鋼筋應(yīng)力按180MPa控制），拉梁即可滿足中震大震正截面不屈服的抗震性能目標(biāo)要求，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)拉梁按拉彎構(gòu)件復(fù)核梁頂?shù)琢芽p不大于0.3mm。

2.2斜柱對樓面板的影響

斜柱轉(zhuǎn)折點(diǎn)處對梁板的水平拉力較大，選取轉(zhuǎn)折樓層地下室頂板、10層、21層3個(gè)樓層處重點(diǎn)，分析斜柱對樓板產(chǎn)生的拉應(yīng)力。經(jīng)分析樓板應(yīng)力由1.3永久荷載+1.5可變荷載工況控制，因此提取1.3永久荷載+1.5可變荷載工況下樓板應(yīng)力做特別分析。經(jīng)統(tǒng)計(jì)頂板最大拉應(yīng)力4.6MPa，10層樓板最大拉力約3.9MPa，21層樓板最大拉力約3.4MPa，均大于2.01MPa。地下室頂板核心筒與斜柱連接處樓板加厚250mm，12@150雙層雙向配筋；10層、21層處核心筒與斜柱連接處樓板加厚至150mm，12@150雙層雙向配筋；其余樓層斜柱處樓板加厚至130mm，10@150雙層雙向配筋。

2.3斜柱對核心筒的影響

為直觀對比斜柱對核心筒剪力的影響，采取直柱和斜柱2個(gè)模型，模型計(jì)算均不考慮樓板剛度，統(tǒng)計(jì)1~11層核心筒剪力墻在1.0永久荷載+1.0可變荷載重力荷載工況下各層的樓層剪力見表3。上述計(jì)算結(jié)果表明，在重力荷載作用下斜柱對核心筒產(chǎn)生了明顯的水平剪力，該剪力需與地震產(chǎn)生的水平剪力疊加進(jìn)行施工圖配筋設(shè)計(jì)，采用斜柱模型進(jìn)一步分析核心筒剪力墻在中震作用下的抗剪承載力，結(jié)果表明核心筒剪力墻滿足中震抗剪彈性的性能目標(biāo)。左上角核心筒外墻與2根拉梁搭接，為方便拉梁縱筋的可靠錨固，減小該處角筒剪力墻的應(yīng)力集中，該處剪力墻做水平構(gòu)造加腋，加腋高度同樓層，加腋層數(shù)從地下1層~屋面。

3結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施

根據(jù)斜柱在超高層建筑中的受力分析結(jié)果，在結(jié)構(gòu)加強(qiáng)設(shè)計(jì)方面還要重點(diǎn)進(jìn)行斜柱與直柱、樓面梁板連接位置的補(bǔ)強(qiáng)加固處理，確保結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性得到提高。對樓層梁，計(jì)算梁的拉應(yīng)力時(shí)需考慮樓板真實(shí)剛度或不考慮樓板剛度，拉梁配筋由1.0永久荷載+1.0可變荷載±0.6風(fēng)荷載工況裂縫控制，梁受拉縱筋應(yīng)力按180MPa，控制拉梁裂縫，中大震作用下能滿足正截面不屈服的性能目標(biāo)，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)拉梁按拉彎構(gòu)件控制裂縫。對樓板，地下室頂板核心筒與斜柱連接處樓板通過加大板厚及配筋。對核心筒，斜柱對核心筒產(chǎn)生較大的剪力，因核心筒內(nèi)部開較多電梯洞口，為加強(qiáng)核心筒整體性，保證斜柱拉力在核心筒中的傳遞，2~21層各層核心筒外墻在樓層標(biāo)高處設(shè)置一圈構(gòu)造暗梁，梁截面同連梁，暗梁頂?shù)着浣畎?.0%配筋率拉通設(shè)置，斜柱處角部核心筒外墻水平加腋。

4結(jié)論

綜上所述，斜柱與直柱、水平構(gòu)件的連接位置，將承擔(dān)過大的拉力及剪力，斜柱對樓面梁、樓面板、核心筒等都會產(chǎn)生較大的影響，故還要通過增加板厚，核心筒加腋及增加配筋等方式實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，確保結(jié)構(gòu)具有足夠抗剪力，能順利完成力的傳遞，進(jìn)而為工程的建設(shè)安全提供保障。

參考文獻(xiàn)

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[2]王峰，史慶軒，王朋，等.高層斜交網(wǎng)格筒結(jié)構(gòu)受力層間位移的計(jì)算及其應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2019，40（8）：181–190.

作者：顏翔 單位：深圳市光明區(qū)科創(chuàng)中心投資有限公司