建筑工程中帶斜柱轉換結構的設計方法

孫濤 周萌

【摘要】多功能、多樣化是現代建筑設計的趨勢。卓越的建筑設計是發揮建筑功能的前提，而建筑設計中的結構設計，會對項目最終結果起決定性作用。在分層式建筑項目中，最經常被采用的結構類型——斜柱轉換結構，因其施工相對簡單、受力更加科學，越來越被行業認可。故此，對該結構進行研究分析，無論對設計優化還是實際施工均有要義。

【關鍵詞】帶斜柱轉換結構；建筑工程；設計方法

1本結構介紹和優勢分析

1. 1斜柱轉換結構

斜柱轉換是近年建筑工程行業內形成并逐步興起的結構，具備完善的受力模式，而且表現出極好的經濟性，被國內多個建筑項目設計及實際施工采納運用。本結構可視為梁式/桁架兩種建筑結構轉換結合而成的新結構，故此又被稱為具備桁架轉換。本結構多見于較短墻肢或較密的上層柱網的建筑項目中。當所建項目的短肢剪力墻接近框支柱，而且轉換梁上也沒有跨中支柱時，其結構優勢更加顯著。

1.2優勢介紹

過去慣用的梁式轉換結構在建筑中往往支撐具備較大彎矩的剪力墻，結構斷面大，需使用很多配筋，給施工造成較大困難，限制了項目工程技術運用發展。斜柱轉換結構則規避了上述缺點，顯然更為優越。不管從經濟效益角度，還是從建筑功用角度看，甚至從受力模式角度分析，斜柱轉換結構都具備明顯優勢。

1.2.1直接傳導受力，布置更加靈活

斜柱轉換結構能夠直接把上部分建筑負荷力量直接傳導給下部分建筑結構，無需中間梁間接傳導，不但能減輕中間梁的受力，還能減小剪壓比。一般來講，中間梁的設計斷面與剪壓比相關，運用新結構能夠減小斷面，讓梁變低，結構自身重量變輕，更好地利用層高優勢。

1.2.2增大抗側剛度（轉換層）

由于斜柱是一種可抵抗側力的結構，因此不但可以負擔向下方向的重力，而且具備減少梁剛度、增大抗側剛度（轉換層）、更好抗震性等三大明顯優勢。梁、框支柱以及斜柱三者構成了的形狀具有較高穩定性。斜柱轉換結構多用鋼筋和混凝土建成桁架，斜腹桿能夠抵抗水平剪力導致的下壓和橫拉方向力量，完全能夠達到剪力墻的抗力效果。由此可知，本結構顯然很容易達到剛度比要求。

1.2.3給梁柱節點提供保護

采用傳統轉換梁時，一旦發生大震，梁柱節點很容易從梁端出鉸，而采用本斜柱結構之后，發生大震時，斜柱會從其自身與梁的交匯點出鉸，給梁柱節點提供了有效保護，增強了建筑的抗震能力。

1.2.4節省空間，優化建筑

斜柱轉換結構能夠更好的滿足建筑構成需要，更好地保證采光同時，為管道施工提供便利。當建筑高度一定時，本結構比過去采用的梁式結構更省空間，建筑內部空間利用率因此被提高。

2研究現況

2.1向下受力的傳導途徑

通常而言，剪力墻通過以下三條途徑傳導向下受力。第一：墻體承受的向下力量首先會傳導至方柱上部的轉換梁上，隨后再經由梁傳導給方柱；第二，與前一種相同，墻體承受的向下力量首先傳導至方柱上部的轉換梁上，隨后經由梁上拱結構傳導給方柱；第三，墻體承受的向下力量首先傳導至轉換梁，隨后傳導給斜柱，最后傳導給方柱。前兩種途徑可以將剪力墻體承受力量的六成傳導給方柱。增大建筑混凝土材料的強度不但可以改善節點的承力性，還有效避免了當荷載過大時剪力墻突發非線性變化，并減小了梁內橫拉方向的力量。

2.2實腹斜柱的機構優點

實腹斜柱結構和空腹斜柱結構相比，剪力墻體承受的負荷、應力都比較勻稱，更接近傳統梁式結構的受力轉換模式。而空腹斜柱結構其受力轉換點處的受力情況類似于軸心負荷模式，類似于桁架的斜桿負荷模式。

2.3裂縫分析

由于剪力墻底部彈性影響，墻體底部承受的壓力通常分布均勻，而且轉換梁的剛性強度越大，壓力分布越發勻稱，轉換梁承受相應軸力以及彎矩亦隨之增大，因此當引起剪力墻表面裂開的力量越大，便越可能豎向出現裂痕。若誘發剪力墻表面開裂的力量與剛度成反比時，往往斜向出現裂縫。

2.4轉換梁具備的偏心受拉特點

轉換梁（剪力墻體之間）是此類建筑中最關鍵的結構之一，具備十分顯著的偏心受拉特點，在其與斜柱角點處彎矩及剪力較大。實際上，轉換梁處對偏心方向拉力具有較強適應性，在加上剪力墻和斜柱共同作用下，剛度性能頗大。當承受向下力量時，斜柱和軸心承壓結構相近。倘若結構同時受到向下和水平兩個方向應力時，受力情況變得更加復雜，斜柱的中間部構通常只受到較小的偏心壓力或拉力，兩側則既承受軸向荷載，也承受剪力作用，尤其是底部彎矩和剪力作用。故此，設計者務必以斜柱底端為其控制核心全面綜合考慮完成設計。

3結語

總之，從實際的建筑項目應用實踐可知，斜柱轉換結構具備其他結構難以企及的優點，具有極強的實用性和推廣潛力，前景十分寬廣。若能廣泛運用此結構，必然能夠為建筑設計優化、項目施工簡化、效率提升帶來較大推動力。故此，相關人員應該進一步研究本結構的實際應用，總結其優劣勢，充分發揮其優勢，規避劣勢，優化協助受力轉換的建筑結構。在進一步減少成本、節省資源、降低造價的基礎上，提高施工效率。

參考文獻

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