近年来超高层建筑发展迅速，建筑物朝体型复杂、功能多样的综合性方向发展，建筑师已经不满足于规则的形状，甚至不满足于仅仅在平面上做文章。由此，具有各种复杂立面造型且被建筑师赋予不同理念及象征意义的超高层建筑应运而生，其中在立面上进行外挑或内收的建筑体型越来越多，该类建筑往往会出现上下柱不能对齐的情况。为了可靠传递竖向力，一般有如下几种转换方式可以选择:梁式转换、厚板转换、桁架式转换、采用搭接柱或采用斜柱。梁式转换及厚板转换因转换构件截面大，导致相应的自重和地震效应也明显增加;桁架式转换需跨层设置，且其腹杆的设置会对建筑功能的灵活布置产生较大影响^[1];上述几种传统的转换方式因具有刚度大且集中的特点，会使楼层刚度发生突变，对抗震性能不利，且因其对所在楼层的建筑空间影响较大，不太适用于立面反复外挑内收的建筑。

　　 搭接柱或斜柱是较为新颖的转换形式，和上述几种传统的转换方式相比，均具有用料省、对建筑空间使用影响小、楼层刚度变化不大、对抗震比较有利等优点。相较于搭接柱，斜柱的线刚度与相邻杆件相比不会显著变大，传力清晰直接，且对建筑立面的适应性更强，故越来越广泛地被运用在超高层建筑中，如上海世茂国际广场、昆明昆钢科技大厦、天津周大福中心、武汉绿地中心等^[2,3]。

　　 本文以具体项目为例，对斜柱的受力特征及采用该类型结构的设计要点进行简要论述，供设计参考。

　　 项目位于成都东村新区核心区北入口门户，中央绿轴西侧。基地北至驿都大道，东至银木路中央绿轴，南至杜鹃街，西至椿树路，场地建筑用地占地面积24 530m²。该项目为综合体项目，包括位于基地北侧的468m综合功能主塔楼T1，位于西南侧和南侧的酒店式公寓楼T2和T3，位于东南角的会议中心裙房。主塔楼T1地上共101层，结构高度452m，建筑高度468m。主塔楼T1地上总建筑面积约22.6万m²,5～46层为甲级办公空间，50～67层为行政公馆，47～49层及68,69层为设备层，70～73层为空中大堂和餐厅、SPA、健身中心和泳池等，74～97层为顶级酒店，98～101层为天际会所。该塔楼设有5层地下室(包括地下1层通厅层)，主要功能为停车库、设备用房等。

　　 主塔楼T1外形独特，外立面由沿塔楼平面中心对称且自下而上逐渐变化的三棱锥组成(图1(a))。每一层的建筑平面均不同，基本形状为十六边形，随外框柱内外倾的变化而呈现八边形、三十二边形的平面形状，典型楼层结构平面如图2所示。与建筑体型相对应，在十六边形的每个角部设置一根钢骨柱，钢骨柱沿建筑高度方向交错内外倾斜，斜柱与竖向平面的夹角较小，在0.8°～8.2°之间(图1(b)、表1)。结构体系采用带有巨型斜撑的框架-核心筒伸臂桁架体系。主要抗侧力体系为核心筒+钢骨柱+伸臂桁架，外围抗侧力体系为由钢骨柱+竖向巨型斜撑+外周楼面梁组成的外周巨型斜撑框架^[4]。钢骨柱采用C70混凝土，其直径由底部的2.8m逐层向上减小。标准层楼面梁采用钢与混凝土组合梁，楼板采用压型钢板混凝土组合楼板，板厚125mm。斜柱转折处的折角层楼面梁采用纯钢梁，楼板采用150～200mm厚的钢筋桁架楼承板。

　　 斜柱的受力特征为:在外荷载作用下，斜柱在其转折层(斜柱倾斜角度变化层)会对与其相连的构件产生水平力，该特征可通过简单的二维模型予以阐述。

　　 在竖向荷载作用下，斜柱的内倾(内折角)会对与其相连的水平构件产生压力C，而外倾(外折角)则会对与其相连的水平构件产生拉力T。在折角层由斜柱产生的水平力通过楼面水平构件传至核心筒，当斜柱围绕核心筒非中心对称布置时，在斜柱的同一倾斜度楼层范围内，斜柱产生的水平力在核心筒墙体内造成水平剪力。本项目的斜柱围绕核心筒中心对称布置，由于水平力在核心筒中互相平衡，所以核心筒墙体内不存在净剪力，但会形成轴向拉应力和压应力。竖向荷载作用下斜柱折角层的受力特征如图3所示。

　　 在水平荷载作用下，超高层建筑的周边外柱在伸臂桁架的协调作用下通过轴向拉压来抵抗相当大的倾覆力矩。沿水平荷载作用方向，轴拉侧斜柱的内倾(内折角)会对与其相连的水平构件产生拉力T，轴压侧斜柱的内倾(内折角)则会对与其相连的水平构件产生压力C。故即使斜柱围绕核心筒中心对称布置，其通过楼面水平构件对核心筒产生的水平力也不能够平衡，而是产生相同方向的力，但内折角产生的水平力与水平荷载方向相反，有助于减小核心筒墙体内的剪力。但沿水平荷载作用方向，轴拉侧斜柱的外倾(外折角)会对与其相连的水平构件产生压力C，轴压侧斜柱的外倾(外折角)则会对与其相连的水平构件产生拉力T。斜柱在外折角层通过楼面水平构件对核心筒产生的水平力亦为同向，且与水平荷载方向相同，从而增加了核心筒墙体内的剪力。水平荷载作用下斜柱折角层的受力特征如图4所示。

　　 斜柱的理论分析揭示了斜柱结构的受力特征:对于对称分布的结构，竖向荷载作用下斜柱在折角层引起的水平力可以互相平衡，不会对核心筒产生附加水平剪力;水平荷载(风荷载和地震作用)作用下斜柱引起的附加水平剪力需由核心筒来承担。但无论在何种荷载作用下，斜柱在折角层所产生的水平力总会通过与其相连的水平构件传递至核心筒，并对核心筒剪力墙整体或局部产生很大影响。而如何可靠地传递由斜柱引起的水平力则成为解决斜柱问题的关键之一。

　　 在斜柱折角层可以通过加强与斜柱相连的环梁、径向梁，设置水平支撑，加强楼板抗拉承载力等方式进行斜柱水平力的可靠传递^[5]。以本项目第13层所在的折角层(图5)为例，对本层水平支撑、楼面钢梁及楼板的受力进行分析，并对楼板采取一些针对性的加强措施。从图6可以看出，在竖向荷载作用下，由于水平支撑与楼板完全脱开，水平支撑的轴力沿全长为一定值，但楼面径向梁因楼板的存在所受轴向力沿梁长并不相同，从斜柱端向核心筒端沿梁长逐渐变小。从图7楼板内力图中也可清晰看出在斜柱附近，楼板由斜柱水平力引起的拉(压)力的急剧变化。针对上述现象，并结合超限审查专家的意见，对折角层的设计采用了多道防线:设计水平支撑时不考虑楼板及径向梁的有利作用;在考虑环梁、径向梁承担斜柱水平力时不考虑水平支撑及楼板的有利作用。

　　 由于楼板的客观存在，在折角层楼板中必然存在由斜柱引起的水平力。为保证正常使用情况下的承载力，并增加抵抗斜柱水平力的冗余度，在楼板设计时应考虑其实际受力并采取必要的构造措施。

　　 基于以上考虑，在折角层楼板设计时采取了以下构造加强措施:折角层楼板由标准层的压型钢板组合楼板改为钢筋桁架楼承板，板厚适当加大至150mm;根据楼板应力图，加强楼板配筋，尤其是径向楼板钢筋;对本层楼板面筋及底筋均按照钢筋充分受拉进行锚固和搭接;建议在环梁内侧范围斜柱楼板交界处设置放射状加强钢筋，加强筋位于楼板中性轴位置;增强本层钢梁的栓钉设置，以加强钢梁与楼板的连接等。

　　 (1)不同方向荷载作用、不同斜柱倾斜方式均会对与斜柱相连的水平构件产生性质完全不同的内力。

　　 (2)斜柱在折角层通过楼面水平构件会对核心筒产生作用，改变原墙体内的受力状态，在设计时应对该种现象予以重视。

　　 (3)因为平面内刚度很大，楼板的存在会大大改善折角层其他水平构件的受力状态，但在楼板设计时应考虑其所分担的部分水平力对自身的不利影响，并应采取必要的构造措施予以加强。