高层住宅转角窗处结构设计技术

高层住宅转角窗处结构设计技术探讨【摘要】高层砼结构中转角窗的设置是当前设计中经常遇到的问题，针对这一问题，从设计、施工方面分析了结构设计的安全性、可行性及施工中可能存在的隐患；并对设置转角窗处的剪力墙、板、转角梁进行分析、总结，提出了一些可供参考的建议。

【关键词】转角窗；高层住宅楼；剪力墙；连梁；配筋构造
近几年来，由于建筑功能的需要，建筑师在建筑平面外墙转角处常常采用转角窗，以使用户充分享受室外绿化景观和满足室内采光要求。

采光充足、视觉良好的生活环境成为人们对房屋要求的必要条件之一，住宅转角窗设置已不可避免。

但结构安全问题同样不容忽视，在抗震区，由于转角窗的存在而取消了具有较大扭转刚度且抗震性能较好的转角墙，使高层住宅的抗扭刚度大为削弱，作为工程技术人员应高度重视，从规划、设计到竣工结束各个环节都应采取科学有效的技术保障措施。

一、工程实例分析
某大厦建筑面积2.6万平方米，主体由地上两栋18层塔式住宅地下两层车库组成，采用框架剪力墙结构，建筑高度为53.5米。

建筑南临小区中央绿化，东临规划绿地，具有优越的地理位置，带转角窗的建筑设计为居住环境提供了良好的视野。

1.转角窗设置的内在不利因素
从建筑布局看，转角窗的设置具有居民可以切身感受到的诸多优点，但从结构设计角度看，转角窗的设置导致很多结构设计方而
的不利因素，同时也给后期施工质量的控制增加了一定难度。

具体体现在以下几点：①转角窗的设置对剪力墙结构高层住宅抗震总体不利，建筑物角部是结构抗震的薄弱部位。

地震时，角部构件内力较大，应力集中，受力复杂。

②转角部位墙体开洞后，其连梁处于悬臂状态；悬臂挑梁不利受力状态，受到较大剪力，且连梁的扭转效应明显。

③外墙角部位墙体开洞后，相邻外墙肢的剪力、弯矩也都将明显增大，若内外墙等厚，则此时外墙的地震力要大得多。

④由于转角窗的设置，楼板在转角部位无竖向构件的有利约束，只能靠角窗上连梁的横向约束，又由于该连梁实为悬挑梁，故对角部楼板的约束相对较弱。

当高层建筑核心筒稍有偏置，或建筑总体布置明显不对称时，楼板会因水平力偏心而受扭，此时转角部位的楼板扭转应力集中，变形会很大，严重时会挤坏脱落。

⑤转角部位由连梁代替了端体，使同一房间楼板约束有强有弱，显然对抗震整体性不利。

⑥转角处连梁配筋多、截面小，不利于混凝土的浇筑和振捣密实。

⑦转角连梁大多高于楼板兼做窗下墙，施工时一般分两次，楼板以下部分随同下层墙体混凝土浇筑，楼板以上部分随本层墙体混凝土浇筑，施工缝处若处理不好，梁支撑强度不够或过早拆除，或过早承受较大荷载，会使两部分梁不能同时共同工作，严重时会开裂，破坏结构。

⑧剪力墙施工通常采用大模板，转角处模板的设计及固定具有相当大的难度。

由此可见，一般情况下，应限制高层剪力墙结构设置转角窗,可改为采用外挑阳台等替代措施。

当需设置时，必须采取相应的加强
措施，以确保结构的安全性。

2.安全控制措施
结构设计是工程安全的根本，施工质量是保障。

本工程从初步设计到施工方案确定，针对转角窗都采取了一定的有效措施。

2.1 建筑设计控制
（1）控制开间宽度：尽可能布置小开间剪力墙，设置角窗的角部房间开间最大为3.9m，不超过4.5m，形成切掉角的筒体结构。

（2）控制剪力墙高厚比：洞口两边短肢剪力墙不宜太短，最短边长2.4m，首层墙厚300mm，最大截面高厚比为 8，尽可能避免出现截面高厚比 < 8 的短肢剪力墙。

（3）控制转角窗单向宽度尺寸：按非落地转角窗设计，南、北朝向的一边宽1800 mm，东、西朝向的一边宽900mm，最大边不超过1800 mm。

（4）控制外墙厚度：1至2层墙厚300mm，3至6层墙厚250mm，7至18层墙厚200，墙厚最小不小于 200 mm。

（5）梁高设计；梁高 900 mm，对应每层楼板，板下 400 mm，板上 500 mm 兼做窗下墙。

2.2 结构设计控制
（1）窗洞口两侧暗柱配筋：转角窗两侧墙肢的暗柱，断面为墙厚 b × 600，配筋见表 1。

表 1 窗洞口两侧暗柱配筋
墙厚 bw（mm）主筋合计箍筋
（2）转角窗上连梁的设计：
a. 电算时的输入方法，输入时均不应简单采取剪力墙开洞法，而应折算粱高按普通框架梁输入。

该输入方法不会受到剪力墙开洞法程序自动添加角部短墙肢带来的不真实性的干扰，使计算模型与构件实际工况精确吻合。

输入时按图 1 先在竖墙末端人工加节点1，横墙肢末端加节点 2，然后将角窗连梁放置在轴线 1—a 和 2—a 上，输入即可结束，另外，该连梁按框架梁输入，连梁刚度不折减，即折减系数应输入 1. 0。

b. 连梁的配筋：配筋量通常根据电算结果，再适当调整。

也可采用手算方法用以估算或校核电算结果。

此时，角窗连梁的计算简图可取一端固定、一端简支。

连梁的负弯矩 m上= 1 / 2ql（q 为连梁竖向线荷载设计值，考虑地震作用再放入 1. 3 ～ 1. 5 倍）：连梁的正弯矩按考虑塑性调幅取 m下= l / 11ql2。

c. 连梁的构造配筋：在连梁梁肋两侧配置足够数量的构造腰筋，其规格一般同墙体水平筋，其作用一是抵抗因梁搭梁对本梁产生的扭矩：二是抵抗因结构平面周边扭转应力对连梁产生的侧向弯矩；三是防止连梁因对室内外温度敏感而产生的侧向裂缝。

(3）板内暗拉梁的做法（见图 2）
由于角窗转角处局部板块没有竖向构件的可靠约束，只有角窗悬挑梁的简单约束，因此，根据经验，该角部房间楼板厚度不得小于 150 mm，本工程取 150 mm，而且在该板内按上图设置一道斜向
暗拉梁，板内主筋下铁遇暗拉粱下铁时要上弯绕行，斜度 1：6（见图 2 a-a），以保证拉粱下铁的位置，从概念上使暗拉梁成为板的可靠支座。

暗拉梁的主筋均应锚入角窗相邻墙端暗柱或墙内 45 d。

2.3 施工控制
（1）施工程序：梁分两次施工，楼板以下部分随下层墙体浇筑砼，楼板以下梁同本层墙体浇筑砼，即每层墙体混凝土浇筑时，同时浇筑本层梁的楼板以上部分以及上层梁的楼板以下部分。

（2）模板设计：为便于施工操作，利于加快施工进度，模板分成两部分；一部分为窗洞内侧的芯模，宽度同墙厚：一部分为外侧的定型大模板。

窗洞口两侧位置每边大模板上开设 500 mm × 300 mm 振捣孔，芯模底侧模板开设 dn 50 放气孔及振捣棒插入口，间距 400 mm。

（3）施工缝处理：模板支设前，消除已硬化的混凝土表面上的水泥浆膜、松动的石子或软弱的混凝土，加以充分润湿，并冲洗干净，不留积水。

彻底清除连梁上铁及箍筋上附着的水泥浆。

调整好箍筋间距及上铁的位置，检查是否绑扎紧固。

混凝土浇筑前，铺设与混凝土成分相同的 20 mm 厚水泥砂浆。

（4）混凝土的施工：混凝土应分层浇筑，每层厚度不超过 300 mm，浇筑至芯模底侧高度时，通过模板上预设的振捣孔，充分振捣楼板以上梁混凝土，直至芯模底侧放气孔有混凝土冒出。

然后继续其他部位混凝土浇筑。

（5）芯模拆除：芯模的拆除最早在楼板以上梁混凝土强度达到
100% 时进行，不得过早拆除。

混凝土强度检测以现场同条件养护试块为准。

3.现场观测检查
芯模拆除后，监理组织设计、施工单位认真对混凝土表面进行检查，未发现任何裂纹、蜂窝、露筋现象。

结构竣工验收时，监理组织有关人员再次进行了重点检查，仍未发现任何问题。

自2005年至今，未发现异常情况。

二、结束语
高层住宅楼角窗的设置，存在的隐患较多，建筑设计要兼顾结构,限制使用，当使用时，结构设计中对它的安全性，可行性以及施工技术方法应进行重点考虑，重点检查，严格计算，合理设置配筋，以使结构安全、可靠，经久耐用。

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