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1、某高层写字楼斜柱结构计算分析钱峰 吕晓刚 王磊 刘飞飞（武汉欧乐建筑设计有限公司，湖北 十堰 442000）摘要：本文通过 SATWE 与 ETABS 两种结构计算软件对某高层写字楼竖向斜柱进行内力分析及重要部位在中震作用下弹性分析，最后给出了相关节点的设计和构造加强措施。关键字：斜柱，内力分析，弹性分析，构造加强Structural Analysis of Inclined Columns In a Highrise Office Building Qian feng Lv xiaogang Wang lei Liu feifei（Wuhan Ole Architect Design Co.
2、Ltd,Shiyan,Hubei, 442000）Abstract: Two results from SATWE and ETABS software of structural analysis of inclined columns and the elastic analysis under mediate-earthquake of a high -rise office building are presented in this paper. Finally,the design and strengthening measures of the relevant joints
3、are presented.Keywords: inclined column,analysis result,elastic analysis,structural strengthening1 工程概况该高层写字楼位于武汉市某工业小区，香港路和金门路交叉口东南侧 1#地块，基地景观环境较好，交通便利。工程建设用地面积 5986.8m2，占地面积1998 m2，建筑物总高度 99.40m，地下总建筑面积8583 m2，地上总建筑面积 35498 m2。工程地下两层为车库、后勤用房及设备用房，层高均为 4.2m，地下二层战时作为人防。地上一层为办公大堂和办公用房，二层至二十六层为办公用房。一层
4、层高为4.5m，二至三层层高均为 4.2m，四至二十六层层高均为 3.75m。本工程为高层建筑物带局部裙房组成，根据建筑高度及体形等，采用框架- 剪力墙结构。由于建筑立面造型需要，在 18 层以上西北侧立面斜向内收，与竖向形成 3夹角，如图 1.1 所示结构平面布置图中轴 1/H2 及轴 J1/2 柱节点，十八层与屋面层两柱节点水平距离为 1766mm。结构设计时利用倾斜立面布置了连续的斜向框架柱，避免了竖向构件的转换问题。根据建筑抗震规范 GB50011-2010 知框架- 剪力墙结构中的框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为二级，但由于斜向框架柱的布置将其抗震等级提高为一级。为使结构更加合理
5、、减轻建筑自重及耗材，同时满足设备管线走向，结构体系布置时采用单向板，并将标准层混凝土楼板厚度控制在 100mm。但由于斜柱的存在会引起楼盖梁板产生轴向应力，且与斜柱相连部分的构件受力较复杂，本文主要对该斜柱及其相连部分构件进行详细的计算分析并提出相应构造加强措施。图 1.1 标准层结构平面布置图2 结构计算分析2.1 整体结构分析由于本工程属于超限高层，根据建筑抗震规范 GB50011-2010 第 5.1.2 条第 3 款知对该类建筑需采用两种不同的力学模型结构计算软件进行整体分析，以便相互校核。故本次多项结构分析计算分别采用中国建筑科学研究院 PKPM 系列 SATWE 程序（2010.
6、4 版） ，北京金土软件有限公司和美国 CSI公司研发的空间分析软件 ETABS （V9.7.0 版） 。主要设计计算参数见表 2.1，计算结果见表 2.2。表 2.1 主要设计参数取值中梁刚度放大系数 1.8 是否考虑偶然偏心地震 是梁扭矩折减系数 0.4 是否考虑双向地震扭转效应 是梁端弯矩调幅系数 0.85 是否考虑 P-效应 否连梁刚度折减系数 0.7 是否自动考虑梁柱刚域 否墙柱设计活荷是否折减 是 基础设计活荷是否折减 是九度结构及一级框架梁柱超配筋系数 1.15是否按抗震规范 5.2.5 调整楼层地震力 是0.2Q 调整起始层数 1-27 是否采用刚性楼板假定 是由表 2.2 整
7、体结构计算分析结果可知：（1）两个程序得到的扭转周期均小于平动周期的 0.90 倍，满足规范要求；（2）本楼属于 7 度（0.15g）抗震设防区的结构，周期小于 3.5s。根据规范 JGJ3-2002 3.3.13 条，X 方向、Y 方向的最小剪重比均为2.4%，而两程序计算出的 X、Y 方向最小剪重比略少于规范值，程序已自动乘以放大系数。从以上结果可以看出结构主轴 X、Y 向动力性能相近，主要控制参数均满足规范相关要求；（3）结构最大弹性层间位移角限值满足规范 GB50011-2001 5.5.1 条小于 1/800 的要求；（4）SATWE 和 ETABS 的各项计算结果非常接近，本结构体
8、系各参数符合规范要求，是安全的。2.2 斜柱及拉梁内力分析本工程斜柱布置在结构 18 层以上，柱子与 Y轴夹角仅 3，倾斜的角度非常有限，详 2.1 剖面图。斜柱和内侧框架柱之间的框架梁形成稳定结系，在斜柱轴向静荷载作用下，斜柱有向外推的水平内力分量和不同方向的水平力作用下的柱底水平力分量组合，或抵消部分结构水平荷载，或加大推力的作用；如图 2.2 所示内力分量示意图。图 2.1 斜柱剖面示意图表 2.2 整体结构计算结果剪重比（%）程序 周期 平动系数 扭转系数 周期比最大位移与层平均位移比值最大层间位移角（风载）最大层间位移角（地震）层刚比柱倾覆弯矩百分比 X 向 Y 向T1=2.7911
9、 1.00 0.00T2=2.5958 1.00 0.00SATWET3=2.3106 0.01 0.990.8281.21(X 向偶然偏心)1.34(Y 向偶然偏心1/1138(X 向)1/973(Y 向)1/1200(X 向)1/1007(Y 向)0.5608（2 层 X 向RATX）0.5414（2 层 Y 向RATX）38.9%(9 层 X向)44.0%(9 层 Y向)2.27%（程序已放大至 2.4）2.18%（程序已放大至2.4）T1=2.6417 0.92 0.08T2=2.5021 0.95 0.05ETABST3=2.2476 0.07 0.930.8511.31(X 向偶然
10、偏心)1.18(Y 向偶1/1422(X 向)1/1330(Y 向)1/1013(X 向)1/1052(Y 向)0.55（2 层 X 向RATX）0.5414（2 层 Y 向35%(24 层X 向)36.8%(25 层2.2%（程序已放大至2.4）2.3%（程序已放大至 2.4）然偏心 RATX） Y 向)可以明确的是：在斜向框架与竖向框架连接的楼盖处会产生轴向拉应力，楼层相应的框架梁按偏拉构件设计，在整体计算时，有斜柱的采用弹性楼盖假定。由于斜柱及拉梁的受力复杂，考虑的性能化目标是在中震作用下的不屈服工作。具体计算中比较以下两中情况：1)斜柱、18 层及屋面层拉梁小震抗震等级一级；2)斜柱、
11、18层及屋面层拉梁中震不屈服；数值见表 2.2-2.3。图 2.2 内力分量示意 图 2.3 18 层斜柱拉梁构件示意图表 2.3 柱底小震一级内力组合值（kN.m）斜柱 1 拉梁 1轴力 X 向剪力 Y 向剪力 X 向弯矩 Y 向弯矩 弯矩 剪力(1)0X 向水平地震作用 936.1 -118.2 96.0 -175.3 -194.3 184.2 -42.0(2)180X 向水平地震作用 -936.1 118.2 -96.0 175.3 194.3 -184.2 42.0(3)90Y 向水平地震作用 -885.0 -133.8 -104.4 190.6 -221.4 -167.1 38.0(
12、4)270Y 向水平地震作用 885.0 133.8 104.4 -190.6 221.4 167.1 -38.0(5)0X 向风荷载作用 799.5 55.8 46.4 -82.8 -84.2 157.0 -35.9(6)180X 向风荷载作用 -799.5 55.8 -46.4 82.8 84.2 -157.0 35.9(7)90Y 向风荷载作用 -593.8 -124.7 -94.7 172.0 -207.3 -100.2 25.9(8)270Y 向风荷载作用 593.8 124.7 94.7 -172.0 207.3 100.2 -25.9(9)恒载作用 -4125.6 25.6 -5
13、9.3 46.2 12.7 -143.5 -122.1(10)活载作用 -831.6 7.8 -26.5 47.0 13.4 -71.6 43.6组合 1：1.35(9)+ 0.71.4(10) -6384.5 42.2 -106.0 108.4 30.3 -263.9 -122.1组合 2：1.2(9)+1.01.4(10)+0.61.4(5) -5443.4 88.5 -69.3 51.7 -36.7 -140.6 -115.6组合 3: 1.2(9)+1.01.4(10)+0.61.4(6) -6786.5 88.5 -147.2 190.8 104.7 -404.3 -55.3组合 4
14、：1.2(9)+1.01.4(10)+0.61.4(7) -6613.8 -63.1 -187.8 265.7 -140.1 -356.6 -63.7组合 5: 1.2(9)+1.01.4(10)+0.61.4(8) -5616.2 146.4 -28.7 -23.2 208.1 -188.3 -107.2组合 6：1.2(9)+0.71.4(10)+1.01.4(5) -4995.7 119.8 -43.3 5.3 -83.9 -52.6 -135.7组合 7: 1.2(9)+0.71.4(10)+1.01.4(6) -7234.3 119.8 -173.2 237.2 151.9 -492
15、.2 -35.2组合 8：1.2(9)+0.71.4(10)+1.01.4(7) -6946.3 -132.9 -240.8 362.0 -256.2 -412.7 -49.2组合 9: 1.2(9)+0.71.4(10)+1.01.4(8) -5283.6 216.2 24.3 -119.6 324.2 -132.2 -121.7组合 10: 1.35(9)+1.3 (1)+0.21.4(1) -4090.5 -234.4 110.3 -330.5 -446.4 291.9 -300.6组合 11: 1.35(9)+1.3 (1)+0.21.4(2) -4614.7 -132.4 27.5
16、-179.3 -278.8 -7.6 -270.0组合 12: 1.35(9)+1.3 (1)+0.21.4(3) -4600.4 -241.1 23.9 -172.7 -458.1 -1.4 -271.4组合 13: 1.35(9)+1.3 (1)+0.21.4(4) -4104.8 -125.7 113.9 -337.1 -267.1 120.3 -299.1表 2.4 柱底中震不屈服作用内力组合值（kN.m） 斜柱 1 拉梁 1轴力X 向剪力Y 向剪力X 向弯矩Y 向弯矩弯矩 剪力（1）0X 向水平地震力 2574.2 -325.2 263.9 -482.2 -534.4 601.8 -134.4（2）180X 向水平地震力 -2574.2 325.2 -263.9 482.2 534.4 -601.8 134.4（3）90Y 向水平地震力 -2433.9 -367.9 -
