某展示中心斜柱结构设计分析

某展示中心斜柱结构设计分析

刘锐清,邓丹,李发福

 云南康旅投资发展有限公司 云南 昆明 650500

 基准方中建筑设计股份有限公司 四川 成都 610031

【摘要】建筑功能为展示中心，坡地建筑，高差约14米，分三台处理场地高差，每台高差约5米。地上结构采用钢框架结构，楼面板采用钢筋桁架楼承板。由于本工程为坡地建筑，存在掉层，且为了立面效果，掉层端部设置斜柱，局部框架柱无法下落，导致斜柱带转换。因此，结构存在扭转不规则，平面凹凸不规则，竖向不规则等多项不规则。根据计算分析结果和概念设计方法，对关键构件（斜柱、转换梁）和薄弱部位做了适当的加强，保证结构在地震作用下的可靠性，且满足了业主对建筑功能效果的控制要求。

【关键词】  斜柱；展示中心；结构分析；楼板应力分析

0  前言

    随着生活水平的日益提高，人们对居住的要求不仅仅是关注居住功能以及面积大小的问题，对品质、健康、绿色、生态提出了更多的要求。因此，如何将建筑真实的融入到周边环境，投入到大自然的怀抱中，体现出一种可见的、系统的、生动的、人性的、生态的生活方式，将是现代建筑营销展示中心越来越凸出的重点。因此，越来越多新建的展示中心将更贴近于生活、贴近于自然。在坡地建筑的展示中心设计中，这种要求更加凸出，因此，对该类建筑的结构设计提出了更高的要求。

    本文将结合某山地建设项目展示中心分享结构设计时在实现建筑功能与效果的前提下，同时也实现了力与美的完美结合，并分享斜柱在本工程设计中的相关技术要点。

1  概况

本项目抗震设防烈度为8度，地震加速度0.3g，Ⅱ类场地，钢框架结构。坡地建筑，场地高差约14米，分三台。地上建筑为两层，局部掉层，总建筑面积约2683平米。高差位置设置独立挡土墙挡土，主体设计时水平地震影响系数考虑放大。

2  结构分析及难点与解决方案

2.1  结构布置方案

     图3为一层结构平面布置图、图4为掉层结构平面布置图，图5为模型透视图。为考虑建筑立面效果需要，掉层端部设置4颗斜柱（其中双向斜柱两颗，与垂直方向的夹角分别是46°/31.9°；单向斜

柱两颗，与垂直方向的夹角31.9°），不能下延的框架柱进行转换。

2.2  斜柱对梁内力产生影响

如图6所示，根据节点静力平衡方程，在斜向支撑与竖向框架柱连接的楼盖标高

位置将产生轴向拉应力，对应的梁应按偏拉构件进行设计。

因此，为了真实的反映出楼层梁的实际受力状态，需将斜撑投影及相关范

围内的楼板定义为弹性板进行结构分析计算。查看计算结果，竖向荷载作用下，楼

层梁是否存在轴向拉应力。如图7、图8所示，选取其中一根水平梁进行计算结果

查询，在恒载和活载作用下，该梁存在轴向拉应力，程序自动进行相应的工况组合进行结构与构件设计。说明计算结果真实、可靠。

2.3  斜柱对楼板应力产生影响

     在2.2节已阐述了斜柱的存在对楼层梁将产生轴向拉应力，该轴向拉应力是否对楼层板产生不利影响，也是重点关注对象，需要加以重点分析。本工程采用YJK软件对该层楼板进行了多遇地震作用下的应力分析。斜柱投影范围楼板应力分析结果截图如图9所示，分别截取了地震工况和重力荷载工况下的楼板主拉应力云图。

分析结果显示，水平轴向拉应力对楼板产生的影响不可忽视，特别是在端部四个斜柱节点位置，其影响更加凸出。其影响将由斜撑的倾角决定，倾斜角度越小，对楼板拉应力的影响越小；倾斜角度越大，对楼板拉应力的影响越大。

由于本项目是钢框架结构，所有水平向的拉应力均由钢梁承担，中大震下即使楼板开裂也不影响结构整体安全性，因此，本项目未对楼板进行相应的加强，仅在楼层标高沿斜柱方向设置了两道斜向的钢梁并与相交的水平梁刚接进行了加强。

但是，当楼板参与了抵抗水平地震作用时（如钢筋混凝土结构），楼板应视为重要的结构构件，应对楼板设置相应的性能目标：当主拉应力变化趋势符合实际受力特征时，应控制设防地震作用下其拉应力不大于1倍ftk，以确保楼板处于准弹性状态，能够有效的传递水平地震作用（否则应增加楼板厚度，或提高楼板混凝土强度等级）。同时，该区域楼板钢筋应双层双向布置，并控制罕遇地震作用下楼板钢筋不屈服。

2.4  斜柱自身的不利影响

由于斜柱的倾斜角较大，且处于掉层位置，并位于结构端部，同时上部还存在转换，因此，本工程将斜柱定义为关键构件，并对该构件进行了性能化设计，确保其在设防地震作用下满足抗剪弹性、抗弯弹性的性能目标。

2.5  其他不利影响

    上部结构对地基不均匀沉降较为敏感，当斜柱基础存在不均匀沉降时，斜柱及与其相关联构件之间的内力将发生变化，并产生不利影响。应进行基础沉降验算，同时增强基础刚度，控制差异沉降。   

3  结论

1）由于斜柱的存在，导致结构整体抗扭刚度进一步被消弱，对结构整体的影响是明显的，在结构布置时需要充分考虑斜柱对整体结构抗扭刚度的不利影响。

2）对于存在斜柱的结构，在进行斜柱、楼层梁、楼层板的内力分析时，应按照弹性楼盖方法计算，才能真实的模拟出该部位楼板的实际受力状态。

3）由于斜柱的存在，对楼层板及楼层梁将产生不利影响，应对其进行性能化设计，并充分重视水平构件的内力分析，并根据分析结果增加相应的构造措施。

4）斜柱本身应视为关键构件，应对构件进行性能化设计。

5）对于复杂的建筑结构设计中，在选择计算程序时有必要进行第三方软件的设计校核。

参 考 文 献

[1]建筑抗震设计规范：GB 5011-2010.2016年版.北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2]钢结构设计标准：GB 50017-2017.北京：中国建筑工业出版社，2017.

[3]复杂高层建筑结构设计：徐培福主编.中国建筑工业出版社.

[4]云南省山地城镇建筑设计导则（试行），云南省住房和城乡建设厅，2013.

[5]山地建筑结构设计标准：JGJ/T 472-2020.北京：中国建筑工业出版社，2020.