建筑工程中帶斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

孫濤 周萌

【摘要】多功能、多樣化是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的趨勢。卓越的建筑設(shè)計(jì)是發(fā)揮建筑功能的前提，而建筑設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，會(huì)對(duì)項(xiàng)目最終結(jié)果起決定性作用。在分層式建筑項(xiàng)目中，最經(jīng)常被采用的結(jié)構(gòu)類型——斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，因其施工相對(duì)簡單、受力更加科學(xué)，越來越被行業(yè)認(rèn)可。故此，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析，無論對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化還是實(shí)際施工均有要義。

【關(guān)鍵詞】帶斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；建筑工程；設(shè)計(jì)方法

1本結(jié)構(gòu)介紹和優(yōu)勢分析

1. 1斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

斜柱轉(zhuǎn)換是近年建筑工程行業(yè)內(nèi)形成并逐步興起的結(jié)構(gòu)，具備完善的受力模式，而且表現(xiàn)出極好的經(jīng)濟(jì)性，被國內(nèi)多個(gè)建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)及實(shí)際施工采納運(yùn)用。本結(jié)構(gòu)可視為梁式/桁架兩種建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換結(jié)合而成的新結(jié)構(gòu)，故此又被稱為具備桁架轉(zhuǎn)換。本結(jié)構(gòu)多見于較短墻肢或較密的上層柱網(wǎng)的建筑項(xiàng)目中。當(dāng)所建項(xiàng)目的短肢剪力墻接近框支柱，而且轉(zhuǎn)換梁上也沒有跨中支柱時(shí)，其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢更加顯著。

1.2優(yōu)勢介紹

過去慣用的梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在建筑中往往支撐具備較大彎矩的剪力墻，結(jié)構(gòu)斷面大，需使用很多配筋，給施工造成較大困難，限制了項(xiàng)目工程技術(shù)運(yùn)用發(fā)展。斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)則規(guī)避了上述缺點(diǎn)，顯然更為優(yōu)越。不管從經(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)都具備明顯優(yōu)勢。

1.2.1直接傳導(dǎo)受力，布置更加靈活

斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)能夠直接把上部分建筑負(fù)荷力量直接傳導(dǎo)給下部分建筑結(jié)構(gòu)，無需中間梁間接傳導(dǎo)，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(shè)計(jì)斷面與剪壓比相關(guān)，運(yùn)用新結(jié)構(gòu)能夠減小斷面，讓梁變低，結(jié)構(gòu)自身重量變輕，更好地利用層高優(yōu)勢。

1.2.2增大抗側(cè)剛度（轉(zhuǎn)換層）

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

1.2.3給梁柱節(jié)點(diǎn)提供保護(hù)

采用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換梁時(shí)，一旦發(fā)生大震，梁柱節(jié)點(diǎn)很容易從梁端出鉸，而采用本斜柱結(jié)構(gòu)之后，發(fā)生大震時(shí)，斜柱會(huì)從其自身與梁的交匯點(diǎn)出鉸，給梁柱節(jié)點(diǎn)提供了有效保護(hù)，增強(qiáng)了建筑的抗震能力。

1.2.4節(jié)省空間，優(yōu)化建筑

斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)能夠更好的滿足建筑構(gòu)成需要，更好地保證采光同時(shí)，為管道施工提供便利。當(dāng)建筑高度一定時(shí)，本結(jié)構(gòu)比過去采用的梁式結(jié)構(gòu)更省空間，建筑內(nèi)部空間利用率因此被提高。

2研究現(xiàn)況

2.1向下受力的傳導(dǎo)途徑

通常而言，剪力墻通過以下三條途徑傳導(dǎo)向下受力。第一：墻體承受的向下力量首先會(huì)傳導(dǎo)至方柱上部的轉(zhuǎn)換梁上，隨后再經(jīng)由梁傳導(dǎo)給方柱；第二，與前一種相同，墻體承受的向下力量首先傳導(dǎo)至方柱上部的轉(zhuǎn)換梁上，隨后經(jīng)由梁上拱結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)給方柱；第三，墻體承受的向下力量首先傳導(dǎo)至轉(zhuǎn)換梁，隨后傳導(dǎo)給斜柱，最后傳導(dǎo)給方柱。前兩種途徑可以將剪力墻體承受力量的六成傳導(dǎo)給方柱。增大建筑混凝土材料的強(qiáng)度不但可以改善節(jié)點(diǎn)的承力性，還有效避免了當(dāng)荷載過大時(shí)剪力墻突發(fā)非線性變化，并減小了梁內(nèi)橫拉方向的力量。

2.2實(shí)腹斜柱的機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

實(shí)腹斜柱結(jié)構(gòu)和空腹斜柱結(jié)構(gòu)相比，剪力墻體承受的負(fù)荷、應(yīng)力都比較勻稱，更接近傳統(tǒng)梁式結(jié)構(gòu)的受力轉(zhuǎn)換模式。而空腹斜柱結(jié)構(gòu)其受力轉(zhuǎn)換點(diǎn)處的受力情況類似于軸心負(fù)荷模式，類似于桁架的斜桿負(fù)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(zhuǎn)換梁的剛性強(qiáng)度越大，壓力分布越發(fā)勻稱，轉(zhuǎn)換梁承受相應(yīng)軸力以及彎矩亦隨之增大，因此當(dāng)引起剪力墻表面裂開的力量越大，便越可能豎向出現(xiàn)裂痕。若誘發(fā)剪力墻表面開裂的力量與剛度成反比時(shí)，往往斜向出現(xiàn)裂縫。

2.4轉(zhuǎn)換梁具備的偏心受拉特點(diǎn)

轉(zhuǎn)換梁（剪力墻體之間）是此類建筑中最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)之一，具備十分顯著的偏心受拉特點(diǎn)，在其與斜柱角點(diǎn)處彎矩及剪力較大。實(shí)際上，轉(zhuǎn)換梁處對(duì)偏心方向拉力具有較強(qiáng)適應(yīng)性，在加上剪力墻和斜柱共同作用下，剛度性能頗大。當(dāng)承受向下力量時(shí)，斜柱和軸心承壓結(jié)構(gòu)相近。倘若結(jié)構(gòu)同時(shí)受到向下和水平兩個(gè)方向應(yīng)力時(shí)，受力情況變得更加復(fù)雜，斜柱的中間部構(gòu)通常只受到較小的偏心壓力或拉力，兩側(cè)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(shè)計(jì)者務(wù)必以斜柱底端為其控制核心全面綜合考慮完成設(shè)計(jì)。

3結(jié)語

總之，從實(shí)際的建筑項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐可知，斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)具備其他結(jié)構(gòu)難以企及的優(yōu)點(diǎn)，具有極強(qiáng)的實(shí)用性和推廣潛力，前景十分寬廣。若能廣泛運(yùn)用此結(jié)構(gòu)，必然能夠?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)優(yōu)化、項(xiàng)目施工簡化、效率提升帶來較大推動(dòng)力。故此，相關(guān)人員應(yīng)該進(jìn)一步研究本結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)其優(yōu)劣勢，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，規(guī)避劣勢，優(yōu)化協(xié)助受力轉(zhuǎn)換的建筑結(jié)構(gòu)。在進(jìn)一步減少成本、節(jié)省資源、降低造價(jià)的基礎(chǔ)上，提高施工效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 李夢，申波，謝成吉.帶新型斜柱轉(zhuǎn)換的框支剪力墻結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2015（02）.

[2] 王澈泉，謝成吉，李夢.帶斜柱轉(zhuǎn)換的框支剪力墻結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用對(duì)比分析[J].四川建材，2014（02）.