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摘要：本文针对某高层建筑的结构特点，对其竖向斜柱进行内力分析、节点分析及与斜柱相连的楼面梁板受力分析等，最后对薄弱部位、薄弱构件及其相关节点采取针对性的抗震加强措施。
关键词：斜柱；高层建筑；内力分析；节点分析；薄弱；抗震加强措施
1、工程概况
本工程由塔楼、裙房及地下室组成，为一单体建筑物，主要功能为办公。裙楼较长边45.3米，较短边32.0米，塔楼为32.0x32.0米方形尺寸，为了满足建筑立面的需要，7～屋面层逐层削角使立面形成斜面。总建筑面积为42912.82平方米，其中地上33754.60平方米，地下建筑面积9158.22平方米。结构主要屋面高度99.9米，结构主要跨度为8.5米和7.5米。地上26层，主要层高4.8米、4.5米及3.7米；地下室2层，层高分别为5.10米、3.90米。建筑立面效果及立面图详见图1、图2。
本建筑抗震设防类别为丙类，结构安全等级二级，设计基准期及设计使用年限为50年；计算水平位移的基本风压为0.35kN/m2，构件承载力设计时取基本风压的1.1倍，地面粗糙度B类；地震作用设防烈度6度，设计基本地震加速度0.05g，地震分组为第一组，场地类别Ⅱ类，场地特征周期为0.35S。根据场地工程地质条件，本工程拟采用采用旋挖钻机成孔灌注桩基础型式，选择<3-2>中风化泥质粉砂岩作为桩端持力层。
2、结构布置及主要计算结果
本工程结构体系为框架-核心筒结构，主楼结构布置角部采用井字梁楼盖，其余地方采用主次梁楼盖。为了达到建筑立面效果，垂直柱加大跨悬臂梁板楼面已难以满足要求，故在7层及以上角部采用斜柱形式，两向倾斜，倾角约79o。典型的结构平面布置图详见图3、图4、图5、图6。
本工程结构采用 “多、高层建筑结构空间有限元分析与设计软件-SATWE”（2010版） 进行结构整体分析。计算表明，只存在扭转不规则一项，最大扭转位移比1.31，其余各项计算指标均符合现行规范要求，不存在偏心布置、凹凸不规则、刚度突变、承载力突变等情况，高度未超过规定限值，结构类型符合现行规范的适用范围，不属于结构布置复杂的钢筋混凝土高层建筑，不是体型特别不规则、严重不规则的高层建筑，不属于超限高层建筑。本工程的设计难点在于斜柱，特别是7层、18层斜柱根部的设计。
3、斜柱的力学性能分析
斜柱的受力特征在一定程度上取决于斜柱的倾斜率，在斜角结构中，特别体现在对底层的内力、刚度及层间位移的影响。相对于直柱，柱倾斜后，轴向刚度对侧向刚度的影响会明显增加，将会对水平作用下的结构受力特性产生显著的影响，同时斜柱轴力引起的水平分量会对相连楼层，尤其是斜柱的根部、顶部等受力不在同一直线上的相连楼层楼面梁板产生巨大的水平推力，使楼板平面产生巨大的变形，使楼板开裂，刚度退化，斜柱结构的水平位移逐渐增大。另就斜柱本身，柱倾斜后产生二次弯矩明显，设计中需考虑重力二阶效应的影响。因此，对斜柱及与之相连水平构件的受力特性和内力进行详细分析，并采取相应的构造及加强措施，以确保结构安全可靠。
在部分软件中，将斜柱按照斜杆处理，无法考虑刚域的影响，导致梁端弯矩等失真，特别是当斜柱的截面较大时。同时，斜杆在进行内力调整时，无法考虑内力放大系数等，需手算或者采用其他软件进行斜柱的内力统计。为保证作为第二道防线的外框架具有一定的抗侧力能力，需要对框架承担的剪力予以调整，当把斜柱作为斜杆而不是柱单元处理时，应当按规范进行内力调整，按照组合后的内力，重新对斜柱进行配筋验算。斜柱是重要构件，受力特性不同于普通柱，为确保大震下的可靠工作，对斜柱的抗震等级提高一级。
4、与斜柱相梁楼面梁板受力分析
由于塔楼斜柱的轴向力和剪力会使楼盖（梁、板）受拉，不考虑楼盖梁的刚度退化时，楼盖梁处于最不利受力状态；当考虑楼盖梁的刚度退化（如退化50%或30%）且考虑长期作用影响时，斜柱和楼板处于最不利受力状态。因此，楼盖（梁、板）承载力设计应该分别满足最不利受力状态下的要求。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第10.1.5条规定：“复杂高层建筑结构中的受力复杂部位，宜进行应力分析，并按应力进行配筋设计校核”。本工程对斜柱、竖向柱与斜柱相连节点等构件采用软件计算和手算相结合的分析方法进行应力分析。举例：18层斜柱根部，查SATWE计算结果，斜柱根部轴力4868kN，产生的水平推力4868*cos790=930kN，选取临近角部第一跨形成刚架， 求得相应梁轴力465kN，查SATWE计算结果，梁端弯矩447 kN·m，对此梁按拉弯构件复核梁截面，并进行裂缝宽度验算。求得相应柱剪力465kN，查SATWE计算结果，柱端轴力6488 kN，弯矩447 kN·m，对柱进行斜截面受剪承载力复核计算。通过复核计算，确保节点及相连构件具有足够的承载能力和安全储备。
为保证节点可靠的传力，对斜柱和直柱、梁相交处节点进行了特别设计，使斜柱、直柱、框架梁三种构件轴线交于一点，在内角位置加腋，增强刚度，有效传递水平荷载，不至于引起应力集中。主要节点大样详见图7、图8。
楼面板在轴力的作用下，在楼板内产生较大的变形，传统的刚性楼板假定已不再成立，结构计算时应假定楼板为弹性。楼板应力分析时采用考虑楼板面内、面外刚度的壳单元；考虑部分楼板出现裂缝引起的刚度退化时，楼板计算采用不考虑面外刚度的膜单元。楼板配筋设计时，按同时考虑轴力、竖向荷载的拉弯构件进行设计，确保不出现贯通性裂缝。对应力水平较高的斜柱根部楼板，还要保证楼板不出现抗剪屈服，只考虑钢筋抵抗部分拉力计算楼板配筋，并控制钢筋应力，确保钢筋不屈服。考虑楼面梁刚度退化引起与之相连的构件产生内力重分配，导致楼板承担的拉、压力的增加，将框架梁軸力的50%由楼面板承担进行楼板配筋验算，按两者的结果包络验算，确保楼板可靠传力。构造上，斜柱根部所在层楼板厚度取180mm，并按0.25%配筋率双层双向贯通配筋，局部应力较高的楼板按计算另加附加筋，确保楼板不出现贯通裂缝及有效传递水平力。
5、结语
斜柱可以很好的解决带斜面的建筑，在结构设计中要充分认识到斜柱的特殊力学性能：柱倾斜后，轴向刚度对侧向刚度的影响，对水平作用下的结构受力特性产生显著的影响，斜柱轴力引起的水平分量对相连楼层楼面梁板产生水平推力，使楼板平面产生变形，使楼板开裂，刚度退化等，选取正确的结构力学模型，力学假定进行计算对关键楼层、关键节点、关键构件采取加强措施，确保斜柱及相连构件有较好承载能力及延性，确保结构整体安全可靠。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构设计规规程 JGJ 3—2010
[2]建筑抗震设计规范 GB50011-2010
[3]傅学怡 大型复杂建筑结构创新与实践（精）
关键词：斜柱；高层建筑；内力分析；节点分析；薄弱；抗震加强措施
1、工程概况
本工程由塔楼、裙房及地下室组成，为一单体建筑物，主要功能为办公。裙楼较长边45.3米，较短边32.0米，塔楼为32.0x32.0米方形尺寸，为了满足建筑立面的需要，7～屋面层逐层削角使立面形成斜面。总建筑面积为42912.82平方米，其中地上33754.60平方米，地下建筑面积9158.22平方米。结构主要屋面高度99.9米，结构主要跨度为8.5米和7.5米。地上26层，主要层高4.8米、4.5米及3.7米；地下室2层，层高分别为5.10米、3.90米。建筑立面效果及立面图详见图1、图2。
本建筑抗震设防类别为丙类，结构安全等级二级，设计基准期及设计使用年限为50年；计算水平位移的基本风压为0.35kN/m2，构件承载力设计时取基本风压的1.1倍，地面粗糙度B类；地震作用设防烈度6度，设计基本地震加速度0.05g，地震分组为第一组，场地类别Ⅱ类，场地特征周期为0.35S。根据场地工程地质条件，本工程拟采用采用旋挖钻机成孔灌注桩基础型式，选择<3-2>中风化泥质粉砂岩作为桩端持力层。
2、结构布置及主要计算结果
本工程结构体系为框架-核心筒结构，主楼结构布置角部采用井字梁楼盖，其余地方采用主次梁楼盖。为了达到建筑立面效果，垂直柱加大跨悬臂梁板楼面已难以满足要求，故在7层及以上角部采用斜柱形式，两向倾斜，倾角约79o。典型的结构平面布置图详见图3、图4、图5、图6。
本工程结构采用 “多、高层建筑结构空间有限元分析与设计软件-SATWE”（2010版） 进行结构整体分析。计算表明，只存在扭转不规则一项，最大扭转位移比1.31，其余各项计算指标均符合现行规范要求，不存在偏心布置、凹凸不规则、刚度突变、承载力突变等情况，高度未超过规定限值，结构类型符合现行规范的适用范围，不属于结构布置复杂的钢筋混凝土高层建筑，不是体型特别不规则、严重不规则的高层建筑，不属于超限高层建筑。本工程的设计难点在于斜柱，特别是7层、18层斜柱根部的设计。
3、斜柱的力学性能分析
斜柱的受力特征在一定程度上取决于斜柱的倾斜率，在斜角结构中，特别体现在对底层的内力、刚度及层间位移的影响。相对于直柱，柱倾斜后，轴向刚度对侧向刚度的影响会明显增加，将会对水平作用下的结构受力特性产生显著的影响，同时斜柱轴力引起的水平分量会对相连楼层，尤其是斜柱的根部、顶部等受力不在同一直线上的相连楼层楼面梁板产生巨大的水平推力，使楼板平面产生巨大的变形，使楼板开裂，刚度退化，斜柱结构的水平位移逐渐增大。另就斜柱本身，柱倾斜后产生二次弯矩明显，设计中需考虑重力二阶效应的影响。因此，对斜柱及与之相连水平构件的受力特性和内力进行详细分析，并采取相应的构造及加强措施，以确保结构安全可靠。
在部分软件中，将斜柱按照斜杆处理，无法考虑刚域的影响，导致梁端弯矩等失真，特别是当斜柱的截面较大时。同时，斜杆在进行内力调整时，无法考虑内力放大系数等，需手算或者采用其他软件进行斜柱的内力统计。为保证作为第二道防线的外框架具有一定的抗侧力能力，需要对框架承担的剪力予以调整，当把斜柱作为斜杆而不是柱单元处理时，应当按规范进行内力调整，按照组合后的内力，重新对斜柱进行配筋验算。斜柱是重要构件，受力特性不同于普通柱，为确保大震下的可靠工作，对斜柱的抗震等级提高一级。
4、与斜柱相梁楼面梁板受力分析
由于塔楼斜柱的轴向力和剪力会使楼盖（梁、板）受拉，不考虑楼盖梁的刚度退化时，楼盖梁处于最不利受力状态；当考虑楼盖梁的刚度退化（如退化50%或30%）且考虑长期作用影响时，斜柱和楼板处于最不利受力状态。因此，楼盖（梁、板）承载力设计应该分别满足最不利受力状态下的要求。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第10.1.5条规定：“复杂高层建筑结构中的受力复杂部位，宜进行应力分析，并按应力进行配筋设计校核”。本工程对斜柱、竖向柱与斜柱相连节点等构件采用软件计算和手算相结合的分析方法进行应力分析。举例：18层斜柱根部，查SATWE计算结果，斜柱根部轴力4868kN，产生的水平推力4868*cos790=930kN，选取临近角部第一跨形成刚架， 求得相应梁轴力465kN，查SATWE计算结果，梁端弯矩447 kN·m，对此梁按拉弯构件复核梁截面，并进行裂缝宽度验算。求得相应柱剪力465kN，查SATWE计算结果，柱端轴力6488 kN，弯矩447 kN·m，对柱进行斜截面受剪承载力复核计算。通过复核计算，确保节点及相连构件具有足够的承载能力和安全储备。
为保证节点可靠的传力，对斜柱和直柱、梁相交处节点进行了特别设计，使斜柱、直柱、框架梁三种构件轴线交于一点，在内角位置加腋，增强刚度，有效传递水平荷载，不至于引起应力集中。主要节点大样详见图7、图8。
楼面板在轴力的作用下，在楼板内产生较大的变形，传统的刚性楼板假定已不再成立，结构计算时应假定楼板为弹性。楼板应力分析时采用考虑楼板面内、面外刚度的壳单元；考虑部分楼板出现裂缝引起的刚度退化时，楼板计算采用不考虑面外刚度的膜单元。楼板配筋设计时，按同时考虑轴力、竖向荷载的拉弯构件进行设计，确保不出现贯通性裂缝。对应力水平较高的斜柱根部楼板，还要保证楼板不出现抗剪屈服，只考虑钢筋抵抗部分拉力计算楼板配筋，并控制钢筋应力，确保钢筋不屈服。考虑楼面梁刚度退化引起与之相连的构件产生内力重分配，导致楼板承担的拉、压力的增加，将框架梁軸力的50%由楼面板承担进行楼板配筋验算，按两者的结果包络验算，确保楼板可靠传力。构造上，斜柱根部所在层楼板厚度取180mm，并按0.25%配筋率双层双向贯通配筋，局部应力较高的楼板按计算另加附加筋，确保楼板不出现贯通裂缝及有效传递水平力。
5、结语
斜柱可以很好的解决带斜面的建筑，在结构设计中要充分认识到斜柱的特殊力学性能：柱倾斜后，轴向刚度对侧向刚度的影响，对水平作用下的结构受力特性产生显著的影响，斜柱轴力引起的水平分量对相连楼层楼面梁板产生水平推力，使楼板平面产生变形，使楼板开裂，刚度退化等，选取正确的结构力学模型，力学假定进行计算对关键楼层、关键节点、关键构件采取加强措施，确保斜柱及相连构件有较好承载能力及延性，确保结构整体安全可靠。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构设计规规程 JGJ 3—2010
[2]建筑抗震设计规范 GB50011-2010
[3]傅学怡 大型复杂建筑结构创新与实践（精）