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1、高层剪力墙结构转角窗设置的设计分析【摘 要】笔者综合实践及设计经验，对高层建筑剪力墙结构的转角窗设置措施进行了分析说明，文中通过改变一些参数进行结构对比分析，以供类似设计工作参考。【关键词】剪力墙；转角窗；设计分析1 转角窗的设置对结构的影响就墙肢平面布置而言，由于角部外墙远离结构刚心，故在结构X、Y两个方向上均具有很大的抗扭刚度，同时还是协调纵横墙共同工作的的重要部位，起到了调整整个结构设计指标的关键作用，而角部墙体开洞后，结构的抗震性能会减弱，特别是对结构抗扭刚度的影响。且很可能超过抗规1条，和高规2条的位移比与周期比限值。结构转角处墙体开洞后，转角梁处于受力性能不佳的悬臂状态，其承受较大
2、的剪力、扭矩，在结构中部楼层尤为显著。由于在转角处无有效的竖向构件约束，只能靠转角窗上梁的水平约束，又因该梁的受力本质为悬挑梁，故转角处的楼板所受约束较弱，当结构的核心筒稍有偏置，或者结构总体布置明显不对称时，楼板会因水平向偏心而受扭，此时转角处的扭转应力集中，变形较大，甚至会被挤坏塌落。2 实例的电算结果与分析采用结构计算软件SATWE对八个结构模型进行计算，这八个模型所受荷载基本相同，平面布置、楼层数、层高以及大部分构件几何参数基本相同。仅在转角处有的模型设置了“L”型剪力墙，有的模型设置了交叉的转角梁，八种方案的底层结构平面布置图和部分构件尺寸如图1所示。整体分析计算结果如图2a、2b、
3、2c所示。根据荷规4附录.2剪力墙的周期经验公式，验算可知上述方案的模型基本符合要求。周期比也满足高规2的要求，从图2可看出，结构角部墙肢开洞与否，对结构整体效应的影响较明显。图2 计算结果显示图虽然上述八种方案的平面布置、荷载等相似，构件尺寸相差也不大，但结构的自振周期，地震作用下的顶点最大位移、基底剪力、基底弯矩等差异较明显。角部墙肢开洞后结构的自振周期，与地震作用下的顶点最大位移变大，而基底剪力与弯矩在减小。如方案1、2，在其他条件相同情况下，X向第一自振周期相差%；X向地震作用下，顶点最大位移相差%，基底剪力相差%。转角连梁的跨度、截面高度对整个结构的动力特性影响也较大，如角部同样开洞
4、，但洞口大小不同，结构的整体效应相差是较明显的，如方案2、6、7，其它条件均相同，仅洞口的宽度不同，分别为、，它们在X向第一自振周期、顶点最大位移逐渐增大；而基底剪力依次减小。如方案2、3、4、5，其他条件均相同，仅连梁的截面高度分别是、，它们在X向第一自振周期、顶点最大位移逐渐减小；而基底剪力依次增大。局部分析角部墙体开洞与否的影响在高层结构分析中，为了方便说明问题，当在X方向地震作用下，将整个结构看作由若干榀开洞剪力墙组成。如轴线1、2所在的外墙称为翼缘开洞剪力墙，轴线A所在的外墙称为腹板开洞剪力墙，除此之外的墙肢均为其余剪力墙。由于该结构轴线AB的结构平面布置特点，故取结构轴线AB的左半
5、部分为研究对象，如方案1中，墙肢I、J、K、L和连梁h、i、j构成了一榀翼缘开洞剪力墙，墙肢A、B、C、D和连梁a、b、c构成了一榀腹板开洞剪力墙。方案1中腹板墙肢轴力和弯矩呈现两端大，中间小的现象，而翼缘墙肢轴力较腹板处更大，如方案1中1轴线上的4个墙肢轴力之和为，而腹板左半部分的4个墙肢轴力之和只有，两者比值达到；墙肢的剪力基本上是按墙肢刚度大小来分配，腹板与翼缘的剪力相差不大；腹板处弯矩比翼缘处大，腹板左半部分的4个墙肢弯矩之和达到?m，而左翼缘处4个墙肢之和仅为?m，两者比值高达。腹板开洞剪力墙的端部墙肢、中间墙肢共同承担轴力、剪力与弯矩。角部墙肢开洞后，两端部墙肢不复存在，相邻墙肢轴
6、力呈现为一拉一压，大小较均匀，但单片墙肢上所承受轴力比不开洞时大很多，方案2与方案1中A墙肢轴力比值为；腹板处各墙肢的弯矩比不开洞时增加较大，如方案1中腹板处左半部分的4个墙肢弯矩之和?m，与方案2中A墙的肢弯矩?m相差不大；而剪力亦明显增大，方案2与方案1腹板处左半部分的墙肢剪力之和分别为、，其比值为。可见，角部墙肢开洞后，外墙肢的轴力、剪力与弯矩都大大增加，尤其是腹板两端墙肢，若内外墙等厚，则此时外墙的轴压比较大，墙肢延性较小，所受的地震力亦相应大许多。在水平地震作用下结构的倾覆弯矩，除了由各墙肢承担一部分弯矩外，各墙肢的拉压轴力所形成的力偶分担了相当大一部分弯矩。方案2中结构X向墙肢总弯
7、矩和基底总弯矩，均比方案1中的小，但腹板处墙肢总弯矩却比方案1中的大，且其所占总弯矩的比例是方案1中相应比例的倍；但翼缘部分总弯矩比方案1中的小。可见，墙体开洞后腹板承担的弯矩增加明显，这说明，由于开洞后相应墙体间的力臂减少较多，且其拉压轴力所形成的力偶亦相应减少较多，致使腹板墙肢的弯矩增加较多。在方案4中，转角处墙肢附近的连梁剪力基本比方案8中的大。连梁剪力变化并不明显；而固端弯矩变化较大，如连梁a、c，表现为：在底部数层方案4大于方案8，但到顶部楼层则相反，在中间楼层差值较小。两种方案的连梁剪力、弯矩、扭矩随着楼层数的增加，先变大然后变小，如图3所示。连梁截面高度对转角处附近的墙肢轴力影响较大，随着连梁截面高度的增大而增大，由下往上差异依次减小，如这两种方案的墙肢J，在底层的轴力分别是、，差异较大；而顶层的轴力分别为、，差异不大；墙肢的剪力、弯矩变化次之，在顶部与底部数层，方案5的墙肢剪力、弯矩基本接近或大于方案3，且方案之间的差异较小，但在中间数层方案之间的差异较大。
