59-某办公大楼斜柱转换设计-邓春燕
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关键词：斜柱转换；转换桁架；局部转换；楼板应力
1 工程概况
苏州公安应急指挥中心办公大楼地下 1 层,地上 21 层，其中裙房 3 层，标准层长 59.4m、宽 24.5m，建 筑面积约 35000m2。办公大楼底层层高为 5.0m，标准层层高为 4.2m，地上高度到主屋面为 92.000m，到机 房构架层顶面为 99.000m。建筑效果见图 1。
所示。
2 结构设计与分析
2.1 设计参数
建筑抗震设防烈度为 6 度，设计基本地震加速度值为 0.05g，设计地震分组为第一组。根据地勘报告
及地安评报告，本工程的场地类别为Ⅲ类，场地特征周期按插值确定为 0.51s，多遇地震影响系数最大值为
0.079。建筑抗震设防类别为标准设防类。 2.2 上部结构设计
结构楼层位移尚不存在明显的突变。
综上所述，本工程属于特别不规则结构。但通过对结构形式的仔细研究和对结构模型的详细分析，本
工程的各项抗震指标已基本满足规范要求，结构体系合理，结构刚度适宜。
3 斜柱转换设计
根据建筑功能要求，大楼底部两层通过平面开大洞及抽柱在入口处形成 3 层通高共享空间，在层 5 及 层 6 采用两层高斜柱对塔楼两根边柱进行局部转换，转换跨跨度为 25.2m。为提高转换构件的刚度和延性， 转换相关区域的上下各二层考虑采用型钢混凝土柱，转换柱截面 1300x1200mm ，型钢含钢率约 6.3% ， 混凝土强度等级 C55。型钢混凝土斜柱转换结构如图 4 所示，现场施工照片如图 5 所示。
比等抗震指标均很难满足规范要求。因此，结构设计最终采用斜柱转换形式（转换形式 2）。 3.2 施工模拟对转换结构内力及变形的影响
结构设计时，对带转换结构的高层建筑，应考虑施工模拟对转换结构及周边构件内力的影响[2]，采用
“刚度逐层计算，荷载逐层加载”的施工模拟方法，同时应考虑施工过程中的平层效应。通过对比分析可知， 转换柱按一次性加载和施工模拟加载两种方法分别计算的轴力相差达 20%，这充分说明高层建筑考虑施工 模拟的必要性。
3、加强收进部位以下各层结构周边竖向构件的配筋构造措施，加强裙房角部框架柱的构造措施，以提高
角柱延性。4、加强体型收进部位的楼板，由于裙房屋面同时作为局部斜柱转换层，板厚 180mm，双层双
向配筋且配筋率不小于 0.25%。
（4）存在局部斜柱转换。本工程层 4 以上塔楼两根边柱采用斜柱转换。对此，1、底部两层设置为强
4 转换层楼板应力分析
为分析斜柱水平拉力的不利影响，确保转换结构正常工作，本工程对斜柱转换部位的楼板进行了平面 内应力分析。楼板平面内应力弹性分析结果显示：作为水平拉梁的有效翼缘，斜柱转换部位楼板分担了较 大的水平力，约为斜柱水平拉力的 48%。在竖向荷载及水平风荷载组合下，转换部位楼板平面内最大截面 拉应力设计值约为 2.4Mp。斜柱转换部位楼板应力分析结果如图 8 所示。
第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文
2016 年
某办公大楼斜柱转换设计
邓春燕1，陈剑清
（苏州设计研究院股份有限公司，江苏苏州 215000）
摘 要：介绍了苏州公安应急指挥中心办公大楼斜柱转换设计。通过对转换形式的分析比较可知，斜柱转换具有 受力直接、竖向变形小、高效可靠、构造简单的特点。同时，通过对斜柱转换层楼板应力分析可知，转 换层楼板分担了较大的水平力，结构设计时应加以重视。
6 结语
转换结构形式应进行多方案分析比较，以确定最优结构布置形式，从而达到建筑功能与结构受力双重 合理的效果。
斜柱转换具有受力直接、竖向变形小、高效可靠、构造简单的特点，在高层建筑结构转换中具有很大 的适用性和优越性。结构设计时，对带转换结构的高层建筑，应考虑施工模拟对转换结构及周边构件的内 力及变形影响。另外，斜柱转换部位楼板分担了较大的水平力，结构设计时应加以重视。
图 1 建筑效果
图 2 建筑层 2 平面图
图 3 转换部位示意图
根据建筑功能要求，大楼底部两层通过平面开大洞及抽柱在入口处形成 3 层通高共享空间，造成裙房
外围框架柱为穿层柱。同时，由于底部抽柱，造成竖向抗侧力构件不连续，因此在层 5 及层 6 采用两层高
的斜柱对塔楼两根边柱进行局部转换，转换跨跨度为 25.2m。办公大楼层 2 平面及转换部位如图 2 及图 3
本工程结构的不规则情况及应对措施如下。
（1）扭转不规则。本工程部分楼层扭转位移比大于 1.2，属于扭转不规则结构。对此，加强角柱纵筋
并加密箍筋以提高其延性。
（2）楼板局部不连续。由于层 2，层 3 楼板平面开大洞，开洞面积约 35%，有效楼板宽度约 50%，
形成 3 层通高共享空间，造成外围框架柱为穿层柱。对于楼板平面开大洞产生的不利影响，采用两个不同
参考文献
[1] GB50011-2001 建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2001. [2] JGJ3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.
办公大楼采用现浇框架-核心筒结构体系，楼面采用现浇钢筋混凝土梁板结构。结构的主要计算结果见
表 1。
表 1（主要计算结果）
主要计算结果
周期
T1
计算程序
SATWE
ETBAS
2.7113 2.7509
规范控制 值 -
作者简介：邓春燕（1978—）, 男, 硕士, 抗震专家
第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文
2016 年
T2
T3
扭转周期比 Tt/T1
刚重比
X 方向 Y 方向
剪重比
X 方向 Y 方向
地
层 间 位 移 角
震 作 用 风 荷 载
X 方向 Y 方向 X 方向 Y 方向
最大层 X 方向
间位移 比
Y 方向
（平动 X） （平动 X）
2.6702 2.7318 （平动 Y） （平动 Y）
2.3263 2.4080 （扭转） （扭转）
图 8 斜柱转换部位楼板应力云图
图 9 节点区钢骨应力图
图 10 节点区混凝土应力图
第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文
2016 年
考虑到转换层为档案库且柱网不大，因此，结合应力分析结果，转换层楼板不设次梁，采用大板形式， 板厚取 220mm 并采用双层双向配筋。
5 节点分析
梁柱节点区有限元分析结果显示，节点区钢骨应力水平较低，约为 50~150Mp，转换柱内侧梁底的混 凝土应力集中范围很小，节点区承载力可满足要求。节点区钢骨及混凝土应力分析结果见图 9、图 10 所示。
相对于转换梁等转换构件而言，斜柱转换竖向变形相对较小，因而对周边构件及主体结构的内力影响
也相对较小。结构设计时要求斜柱转换部位施工至六层并达到 100%强度后方可拆模。同时，对于与转换 构件相连的侧向水平构件，通过设置施工后浇块等措施释放一部分施工期间的结构变形，从而减小变形对
周边构件的影响并优化设计。
第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文
2016 年
图 4 斜柱转换结构图
图 5 斜柱现场施工照片
3.1 转换形式及受力性能分析
图 6 转换形式 1
图 7 转换形式 2
对于三跨托两柱的情况，结构设计时对转换桁架和转换斜柱两种转换形式进行对比分析。转换形式如
图 6，图 7 所示。 通过计算可知，在桁架转换形式下，受压斜柱的轴力较大，受拉斜柱的轴力相对很小，说明受拉斜柱
0.858
0.875
4.45
3.51
4.54
3.23
1.85%
1.80%
2.03%
2.00%
1/1170 1/1089
<=0.9 >=1.4 >=1.6%
1/1202
1/934
<=1/800
1/3841 1/1797 1.11 1.24
1/4173 1/2026 1.13 1.20
<=1/800 <=1.5
力学模型的程序进行对比计算分析，并复核穿层柱承载力。
（3）竖向尺寸突变。本工程层 4 以上塔楼平面相对于裙房屋面在 Y 向收进一跨，竖向构件位置缩进
略大于 25%。对此，1、采取措施减小结构刚度的变化，控制上部收进结构的底部楼层层间位移角不大于
相邻下部区段最大层间位移角的 1.15 倍。2、上下各 2 层塔楼周边竖向结构构件的抗震等级提高一级采用。
制薄弱层，充分考虑竖向抗侧力构件不连续对整体结构带来的不利影响。2、加强局部斜柱区域楼板厚度
及配筋，并对转换层楼板进行平面内应力分析。3、斜柱及转换柱采用型钢混凝土构件，按框支柱要求控
制轴压比并按中震不屈服设计；同时对水平拉梁内型钢按受拉承载力不小于斜柱水平拉力的要求进行设计。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
3、补充弹性时程分析计算。弹性时程分析计算结果显示，结构在地震作用下的基底剪力由 CQC 法包络，
的利用效率不高。而斜柱转换形式下，斜柱轴力有所增加，但避免了在混凝土结构设计中采用受拉杆件，
便于施工。恒载下两种转换形式的斜柱轴力对比见表 2 表 2（恒载下斜柱轴力对比）
斜柱编号
斜柱轴力比
转换形式 1 转换形式 2
受压斜柱 受拉边斜柱 受拉中斜柱
斜柱
-1.00 0.29 0.10 -1.16
另外，由于转换桁架的抗侧刚度很大，上部结构抗震设计时，转换层上下刚度比，楼层抗剪承载力之
1 工程概况
苏州公安应急指挥中心办公大楼地下 1 层,地上 21 层，其中裙房 3 层，标准层长 59.4m、宽 24.5m，建 筑面积约 35000m2。办公大楼底层层高为 5.0m，标准层层高为 4.2m，地上高度到主屋面为 92.000m，到机 房构架层顶面为 99.000m。建筑效果见图 1。
所示。
2 结构设计与分析
2.1 设计参数
建筑抗震设防烈度为 6 度，设计基本地震加速度值为 0.05g，设计地震分组为第一组。根据地勘报告
及地安评报告，本工程的场地类别为Ⅲ类，场地特征周期按插值确定为 0.51s，多遇地震影响系数最大值为
0.079。建筑抗震设防类别为标准设防类。 2.2 上部结构设计
结构楼层位移尚不存在明显的突变。
综上所述，本工程属于特别不规则结构。但通过对结构形式的仔细研究和对结构模型的详细分析，本
工程的各项抗震指标已基本满足规范要求，结构体系合理，结构刚度适宜。
3 斜柱转换设计
根据建筑功能要求，大楼底部两层通过平面开大洞及抽柱在入口处形成 3 层通高共享空间，在层 5 及 层 6 采用两层高斜柱对塔楼两根边柱进行局部转换，转换跨跨度为 25.2m。为提高转换构件的刚度和延性， 转换相关区域的上下各二层考虑采用型钢混凝土柱，转换柱截面 1300x1200mm ，型钢含钢率约 6.3% ， 混凝土强度等级 C55。型钢混凝土斜柱转换结构如图 4 所示，现场施工照片如图 5 所示。
比等抗震指标均很难满足规范要求。因此，结构设计最终采用斜柱转换形式（转换形式 2）。 3.2 施工模拟对转换结构内力及变形的影响
结构设计时，对带转换结构的高层建筑，应考虑施工模拟对转换结构及周边构件内力的影响[2]，采用
“刚度逐层计算，荷载逐层加载”的施工模拟方法，同时应考虑施工过程中的平层效应。通过对比分析可知， 转换柱按一次性加载和施工模拟加载两种方法分别计算的轴力相差达 20%，这充分说明高层建筑考虑施工 模拟的必要性。
3、加强收进部位以下各层结构周边竖向构件的配筋构造措施，加强裙房角部框架柱的构造措施，以提高
角柱延性。4、加强体型收进部位的楼板，由于裙房屋面同时作为局部斜柱转换层，板厚 180mm，双层双
向配筋且配筋率不小于 0.25%。
（4）存在局部斜柱转换。本工程层 4 以上塔楼两根边柱采用斜柱转换。对此，1、底部两层设置为强
4 转换层楼板应力分析
为分析斜柱水平拉力的不利影响，确保转换结构正常工作，本工程对斜柱转换部位的楼板进行了平面 内应力分析。楼板平面内应力弹性分析结果显示：作为水平拉梁的有效翼缘，斜柱转换部位楼板分担了较 大的水平力，约为斜柱水平拉力的 48%。在竖向荷载及水平风荷载组合下，转换部位楼板平面内最大截面 拉应力设计值约为 2.4Mp。斜柱转换部位楼板应力分析结果如图 8 所示。
第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文
2016 年
某办公大楼斜柱转换设计
邓春燕1，陈剑清
（苏州设计研究院股份有限公司，江苏苏州 215000）
摘 要：介绍了苏州公安应急指挥中心办公大楼斜柱转换设计。通过对转换形式的分析比较可知，斜柱转换具有 受力直接、竖向变形小、高效可靠、构造简单的特点。同时，通过对斜柱转换层楼板应力分析可知，转 换层楼板分担了较大的水平力，结构设计时应加以重视。
6 结语
转换结构形式应进行多方案分析比较，以确定最优结构布置形式，从而达到建筑功能与结构受力双重 合理的效果。
斜柱转换具有受力直接、竖向变形小、高效可靠、构造简单的特点，在高层建筑结构转换中具有很大 的适用性和优越性。结构设计时，对带转换结构的高层建筑，应考虑施工模拟对转换结构及周边构件的内 力及变形影响。另外，斜柱转换部位楼板分担了较大的水平力，结构设计时应加以重视。
图 1 建筑效果
图 2 建筑层 2 平面图
图 3 转换部位示意图
根据建筑功能要求，大楼底部两层通过平面开大洞及抽柱在入口处形成 3 层通高共享空间，造成裙房
外围框架柱为穿层柱。同时，由于底部抽柱，造成竖向抗侧力构件不连续，因此在层 5 及层 6 采用两层高
的斜柱对塔楼两根边柱进行局部转换，转换跨跨度为 25.2m。办公大楼层 2 平面及转换部位如图 2 及图 3
本工程结构的不规则情况及应对措施如下。
（1）扭转不规则。本工程部分楼层扭转位移比大于 1.2，属于扭转不规则结构。对此，加强角柱纵筋
并加密箍筋以提高其延性。
（2）楼板局部不连续。由于层 2，层 3 楼板平面开大洞，开洞面积约 35%，有效楼板宽度约 50%，
形成 3 层通高共享空间，造成外围框架柱为穿层柱。对于楼板平面开大洞产生的不利影响，采用两个不同
参考文献
[1] GB50011-2001 建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2001. [2] JGJ3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.
办公大楼采用现浇框架-核心筒结构体系，楼面采用现浇钢筋混凝土梁板结构。结构的主要计算结果见
表 1。
表 1（主要计算结果）
主要计算结果
周期
T1
计算程序
SATWE
ETBAS
2.7113 2.7509
规范控制 值 -
作者简介：邓春燕（1978—）, 男, 硕士, 抗震专家
第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文
2016 年
T2
T3
扭转周期比 Tt/T1
刚重比
X 方向 Y 方向
剪重比
X 方向 Y 方向
地
层 间 位 移 角
震 作 用 风 荷 载
X 方向 Y 方向 X 方向 Y 方向
最大层 X 方向
间位移 比
Y 方向
（平动 X） （平动 X）
2.6702 2.7318 （平动 Y） （平动 Y）
2.3263 2.4080 （扭转） （扭转）
图 8 斜柱转换部位楼板应力云图
图 9 节点区钢骨应力图
图 10 节点区混凝土应力图
第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文
2016 年
考虑到转换层为档案库且柱网不大，因此，结合应力分析结果，转换层楼板不设次梁，采用大板形式， 板厚取 220mm 并采用双层双向配筋。
5 节点分析
梁柱节点区有限元分析结果显示，节点区钢骨应力水平较低，约为 50~150Mp，转换柱内侧梁底的混 凝土应力集中范围很小，节点区承载力可满足要求。节点区钢骨及混凝土应力分析结果见图 9、图 10 所示。
相对于转换梁等转换构件而言，斜柱转换竖向变形相对较小，因而对周边构件及主体结构的内力影响
也相对较小。结构设计时要求斜柱转换部位施工至六层并达到 100%强度后方可拆模。同时，对于与转换 构件相连的侧向水平构件，通过设置施工后浇块等措施释放一部分施工期间的结构变形，从而减小变形对
周边构件的影响并优化设计。
第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文
2016 年
图 4 斜柱转换结构图
图 5 斜柱现场施工照片
3.1 转换形式及受力性能分析
图 6 转换形式 1
图 7 转换形式 2
对于三跨托两柱的情况，结构设计时对转换桁架和转换斜柱两种转换形式进行对比分析。转换形式如
图 6，图 7 所示。 通过计算可知，在桁架转换形式下，受压斜柱的轴力较大，受拉斜柱的轴力相对很小，说明受拉斜柱
0.858
0.875
4.45
3.51
4.54
3.23
1.85%
1.80%
2.03%
2.00%
1/1170 1/1089
<=0.9 >=1.4 >=1.6%
1/1202
1/934
<=1/800
1/3841 1/1797 1.11 1.24
1/4173 1/2026 1.13 1.20
<=1/800 <=1.5
力学模型的程序进行对比计算分析，并复核穿层柱承载力。
（3）竖向尺寸突变。本工程层 4 以上塔楼平面相对于裙房屋面在 Y 向收进一跨，竖向构件位置缩进
略大于 25%。对此，1、采取措施减小结构刚度的变化，控制上部收进结构的底部楼层层间位移角不大于
相邻下部区段最大层间位移角的 1.15 倍。2、上下各 2 层塔楼周边竖向结构构件的抗震等级提高一级采用。
制薄弱层，充分考虑竖向抗侧力构件不连续对整体结构带来的不利影响。2、加强局部斜柱区域楼板厚度
及配筋，并对转换层楼板进行平面内应力分析。3、斜柱及转换柱采用型钢混凝土构件，按框支柱要求控
制轴压比并按中震不屈服设计；同时对水平拉梁内型钢按受拉承载力不小于斜柱水平拉力的要求进行设计。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
3、补充弹性时程分析计算。弹性时程分析计算结果显示，结构在地震作用下的基底剪力由 CQC 法包络，
的利用效率不高。而斜柱转换形式下，斜柱轴力有所增加，但避免了在混凝土结构设计中采用受拉杆件，
便于施工。恒载下两种转换形式的斜柱轴力对比见表 2 表 2（恒载下斜柱轴力对比）
斜柱编号
斜柱轴力比
转换形式 1 转换形式 2
受压斜柱 受拉边斜柱 受拉中斜柱
斜柱
-1.00 0.29 0.10 -1.16
另外，由于转换桁架的抗侧刚度很大，上部结构抗震设计时，转换层上下刚度比，楼层抗剪承载力之