随着建造技术和设计手段的进步,斜柱转换在高层建筑和大跨空间结构中的应用越来越广泛。在连体结构的连体下方设置斜柱支承,即可以实现连体部位对河流、公路等室外大空间的跨越,又可以保证结构传力路径简单、刚度均匀。斜柱支承连体结构是一种造型美观、受力合理的结构形式。目前斜柱在结构中的应用和研究有很多,但斜柱支承连体结构的相关研究及应用非常少。本文首先从各种类型的斜柱转换结构中提取出具有典型代表性的?形斜柱-横梁子结构,在掌握子结构的受力性能后,再将子结构代入斜柱支承连体结构整体,研究各控制参数变化时整体结构的受力性能,最后归纳总结整体结构受力性能特点并提出设计建议,主要工作如下:1.从?形子结构中提取出斜柱的计算简图,基于节点力平衡和D值法计算的柱子抗侧刚度,推导出斜柱顶点在竖向荷载作用下的水平位移和竖向位移计算公式。与有限元计算结果对比发现,该公式适用的斜柱倾角范围可达40°~125°,计算误差小于8%。在此基础上导出竖向荷载作用下斜柱顶端水平力向四周扩散程度的计算方法和斜柱竖向支承刚度计算公式。2.依据斜柱顶点受力平衡和变形协调,推导出斜柱抗侧刚度计算公式,通过回归分析和数值拟合得到斜柱抗侧刚度修正系数,使推导的斜柱抗侧刚度计算公式可适用于大倾角(40°~125°),正常结构中计算误差小于10%。3.利用位移法和平衡法推导出π形子结构在集中荷载作用下的有侧移失稳弹性屈曲方程和无侧移失稳弹性屈曲方程。然后基于负刚度理论推导出斜柱有侧移失稳弹性屈曲荷载计算公式,并求得斜柱有侧移失稳时计算长度系数计算公式;将规范中无侧移失稳框架柱计算长度系数公式中部分参数进行修正,得到集中荷载作用下π形子结构无侧移失稳时横梁计算长度系数计算公式,进而求得π形子结构的无侧移失稳屈曲荷载。4.竖向荷载作用下,斜柱支承连体结构中斜柱顶点相对于周边构件会产生相对水平位移和相对竖向位移,进而对斜柱周边构件产生次内力;斜柱倾角、斜柱穿越层数、π形子结构构件截面等越小,子结构对周边构件产生的次内力越大。5.斜柱抗侧刚度不仅与倾角、斜柱高度、斜柱截面等构件自身特性相关,还与柱顶横梁线刚度、上部楼层数、上部楼层横梁线刚度、上部立柱线刚度等周边构件的刚度密切相关,斜柱抗侧刚度随上部立柱线刚度增大而减小,随其他上述参数增大而增大;而且倾角(与水平面夹角)越小,斜柱抗侧刚度增大速度越快,故一般不会因为穿层柱倾斜布置而出现薄弱层,建议穿层柱在在x、y两个方向上都倾斜布置,以增强结构抗震能力和抗扭转能力。6.斜柱抗侧刚度主要由三部分组成:第一部分由斜柱本身抗弯刚度产生,第二部分为斜柱轴力水平分量产生,第三部分为斜柱顶端转动产生。斜柱穿越层数,斜柱倾角,上部连体层数三个因素各自都会倍数影响斜柱轴力进而影响斜柱抗侧刚度。当略微倾斜(60°<α<120°)时,斜柱抗侧刚度与直柱相比一般有50%~200%不等的增幅;而当斜柱穿越多层、斜柱倾角较小(α<60°)、上部连体层数较多三个条件同时存在时,斜柱抗侧刚度相对于直柱可有数倍至十几倍甚至更大的增长,斜柱抗侧刚度占结构总抗侧刚度的比值也因此增大。故地震作用时,按刚度分配给斜柱的剪力也同步增大。必要时可将斜柱端部铰接处理甚至添加阻尼器,弱化上部楼层横梁线刚度,从而将斜柱承担的地震剪力控制在合理范围内。7.对斜柱支承连体结构在均布竖向荷载作用下的稳定性能进行参数化分析,结果表明:穿层柱对称倾斜布置有利于提高结构的稳定承载力;斜柱连体结构在均布竖向荷载作用下的整体失稳问题不突出,设计时验算π形子结构局部构件稳定性即可。8.斜柱支承转换与横梁转换、桁架转换、空腹式桁架转换相比,跨度优势明显、楼层抗侧刚度分布均匀利于抗震设计、材料利用充分,选择结构方案时宜优先考虑。