ganggouren
树形柱作为一种异形竖向构件，有人把它归为建筑仿生结构范畴，有人说它是结构的拓扑演化。树形柱不再只传递上部一点的荷载而是将多点荷载直接传递至柱底，使得单柱的支撑面积得以充分扩大。
1.成功案例
1.1Fort Worth现代艺术馆
Fort Worth现代艺术馆采用了清水混凝土Y形柱构件，有助于减小屋面结构的跨度。
Fort Worth现代艺术馆
直立的Y形清水构件搭配轻薄的混凝土屋面平板，形成了清爽的视觉效果。
1.2上海浦东机场T2航站楼
上海浦东机场T2航站楼采用Y形斜柱支承的张弦梁屋盖结构，创造出轻盈、活泼的超大空间。
浦东机场T2航站楼
浦东机场树形柱为二级树形柱，主杆通过两次分叉支撑屋面。
1.3马德里机场T4航站楼
由建筑师安东尼奥•拉梅拉（Antonio Lamela）和理查德•罗杰斯（Richard Rogers）设计的马德里机场T4航站楼，颜色鲜艳的Y形柱是航站楼最主要的元素之一。
马德里机场T4航站楼
树形柱顶部与钢梁铰接，并设拉杆对拉平衡。
树形柱特写
2.设计一般原则
一、一般来说，树形柱的顶端与屋面结构采用铰接连接，因为树形柱顶端一般截面较小，无法直接传递梁的弯矩，而且树形柱与梁铰接施工安装较为简单。
二、树形柱分枝的原则是尽量避免分枝对主杆产生偏心弯矩，使得各分枝的合力尽量汇聚在主杆轴线上。
3.实操案例
某项目，建筑效果要求要求在建筑的西南侧有大空间效果且需保证屋面的轻薄视觉效果，经结构与建筑讨论，确定了在西南侧设置树形柱的方案，达成了结构体系与建筑造型的和谐统一。
某项目西南侧效果图
树形柱的顶部分叉形状，为了尽量减小树形柱顶端节点的次弯矩，树形柱各分枝采用与楼层主梁同向的形式布置。
树形柱分枝布置
其树形柱底部坐标和分叉点坐标通过找形计算和综合建筑效果计算确定。
最终经过找形，确定树形柱形式如下：
树形柱造型坐标
其中下部主杆为900*30圆管，上部支杆2为600*35圆管，其余支杆1、支杆3及支杆4为500*30圆管。
对于树形柱的分叉节点，由于杆件交汇多，受力情况复杂，除了总体计算以外，我们采用ABAQUS对该节点的进行了应力精细分析。
分叉节点几何模型
节点ABAQUS壳单元模型
一般树形柱大部分应用在轻型屋面情况下，而此建筑屋面要求做成阶梯状的可供人员密集集会的场所，所以此树状柱分叉点支杆传来的轴力与弯矩均较大。
支杆1内力取整体模型的41号工况：1.2（恒）+0.6（活）-1.3（Y震）+0.5（Z震）；
支杆2、3、4内力取整体模型的67号工况：1.2（恒）+0.6（活）+1.3（Z震）。
支杆编号详树形柱节点详图，各支杆底向整体坐标系投影后内力见表1。
表1支杆底向整体坐标系投影的内力
在树状柱分叉节点中，我们既设置了环向加劲肋，也设置了纵向加劲肋，节点加劲肋布置如下：
节点加劲肋布置透视图
节点分析时，将节点下端设为固接，在各支杆上施加内力。
节点各杆端约束及施加内力情况
经计算，该节点的内力与位移如下：
节点Mises应力云图（MPa）
节点位移（mm）
由上图可知，在假定每根杆件同时达到包络设计最大内力时，节点最大Mises应力为342MPa，小于Q345钢的屈服应力，最大位移为14.05mm。考虑到计算工况均为竖向地震工况，而仅恒活作用下的应力经计算较小，这里不再展示。综合分析认为该节点的受力和位移均较为合理，设计安全。
4.结语
树形柱在结构上可以减少大跨度结构的跨度，缩短竖向荷载的传导路径。对建筑来说，树形柱较一般直柱在造型上更为美观，可以更容易的达成建筑效果与结构的统一，具有其特色和优势。
在树形柱设计时，需要注意由于柱上部分叉，在承载时如水平力过大需在树形柱顶部设拉杆以实现对拉平衡，在整体模型分析时注意其计算长度的取值。
相关阅读
“转自：非解构-公众号”
