高层剪力墙住宅转角窗处结构设计与分析

近几年， 随着国民经济的不断增长和城市化进 程的推进， 人们对住宅的要求越来越高， 布局合理， 采光通风好， 视野开阔的户型备受人们青睐， 转角窗 的设置则尤为突出， 这样受力复杂的角部墙肢， 由于 转角窗的设置而被去掉， 因此地震时转角窗处的构 件受力便更加复杂， 致使结构的抗震性能有所降低， 本文结合实际工程的几种方案进行结构分析 ， 给出 相关的看法和解决措施。
其余剪力墙。由于该结构下半部分的结构特点 （ 基 本上是关于结构平面中心 Y 轴对称， 内力也呈现轴 对称关系） ， 故取左半部分为研究对象， 例如方案 1 ， A 、 B 、 C 、 D a 、 b 、 c 中 墙肢 和连梁 构成了一榀腹板开 J、 K、 L 和连梁 h、 i、 j 墙肢 I、 洞剪力墙 （ 沿 X 方向 ） ， 构成了一榀翼缘开洞剪力墙 （ 沿 Y 方向 ） 。 在 X 方 向地震作用下， 两种方案的底层部分墙肢、 连梁内力 表 4， 两种方案底层部分墙体的底部弯 依次见表 2 、
0705 收稿日期：2011作者简介：周文凯（ 1984 － ） ， 男， 湖北咸宁人， 硕士， 主要从事高层结 构抗震研究。 E － mail： zhouwenkai1984@ sina． com
2012 No. 6
周文凯， 等： 高层剪力墙住宅转角窗处结构设计与分析
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图1
各种方案结构平面布置
表1
方 案 1 2 3 4
各种方案的力学模型及构件尺寸
方 案 5 6 7 8 角部开洞情况 洞口宽度 / m 连梁高度 / m 1． 2 开洞 1． 8 0． 4 开洞 2． 1 0． 4 开洞 2． 4 0． 9 开洞 2． 4
1
转角窗的设置对结构的影响
就墙肢平面布置来讲， 由于角部外墙远离刚心，
图2 自振周期
矩比较见表 3 。
表2
方 墙 案 号 A B 1 C D I J 轴力 / kN 802． 3 689 － 385． 9 － 233． 1 891． 3 2090． 2
2 底层部分墙体内力 方案 1 、
X 方向 X 方向 剪力 弯矩 / kN / （ kN · m） － 32． 6 31． 6 － 5． 7 － 256． 5 － 28． 5 － 33． 1 11． 4 － 439． 1 － 156． 7 32． 9 38． 9
Hale Waihona Puke 38四川建筑科学研究 Sichuan Building Science
第 38 卷 第 6 期 2012 年 12 月
高层剪力墙住宅转角窗处结构设计与分析
1 2 2 王泽军 ， 贺志坚 周文凯 ，
（ 1． 中国建筑上海设计研究院有限公司 ， 上海 200063 ； 2． 西安建筑科技大学土木工程学院 ， 陕西 西安 710055 ） 摘 要：高层剪力墙住宅设置转角窗是当前结构设计经常遇到的情况 ， 为了了解转角窗的设置对结构的影响 ， 本文
X 方向 X 方向 方 墙 轴力 剪力 弯矩 案 号 / kN / kN / （ kN · m） － 44． 7 － 186． 3 K 2293． 3 1 － 92． 2 － 229． 7 L 1071． 5 － 49． 4 － 18． 4 － 8． 2 － 27． 6 － 88． 1 － 56． 1 9． 8 26． 3 2 A 1951． 7 E 2944． 3 F 3272． 7
［2 ］
整体分析 计算结果见图 2 ～ 4 。 根据《建筑结构荷载规 ［3 ］ 范》 附录 E． 2 剪力墙周期经验公式， 验算可知上 述模型基本符合要求。 但结构角部开洞与否， 对结 构整体效应的变化较明显。 虽然它们的平面布置、 荷载等基本相同， 构件尺寸也相差不大， 但结构的自 、 、 振周期 位移 基底剪力和弯矩变化较明显。角部墙 体不开洞比角部墙体开洞的结构自振周期 、 位移小， 基底剪力和弯矩则增大。 连梁跨度与截面高度对整个结构动力特性影响 也较大， 如角部同样开洞， 但洞口大小不同， 结构的 6、 7， 整体效应相差也是明显的， 如方案 2 、 仅洞口的 宽度依次增大， 自振周期和位移依次增大， 而基底剪 力逐渐减小。 3、 4、 5， 方案 2 、 其它条件相同， 仅连梁的高度依 次增大， 自振周期和位移依次减小， 而基底剪力逐渐 增大。
通过实例分析了角部墙体开洞前后 ， 整体结构和角部构件的内力变化 ， 然后针对该种结构的薄弱部位给出一些加 强措施。 关键词：高层住宅； 剪力墙结构； 转角窗； 结构设计 中图分类号：TU318 文献标识码：B 文章编号：1008 － 1933 （ 2012 ） 06 － 038 － 05
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引
言
2
实例的电算结果与分析
对表 1 所示的 8 个结构模型， 采用结构计算软 件 SATWE 对模型进行计算， 这几个模型所受荷载 基本相同， 层数、 平面布置、 层高及大部分构件几何 参数基本相同。仅在有的模型转角处设置了“L ” 型 剪力墙， 有的模型设置了交叉的转角连梁 ， 各种方案 的结构模型、 底层结构平面布置和部分构件尺寸分 别见表 1 和图 1 。
角部开洞情况 洞口宽度 / m 连梁高度 / m — — — 不开洞 0． 4 开洞 1． 8 0． 6 开洞 1． 8 0． 9 开洞 1． 8
注： 方案 1 角部房间墙肢开洞位置在该房间外墙中部 ， 宽度为 1. 8 m， 连梁高度为 0. 4 m， 且各方案均是 33 层。
2． 1
筑混凝土结构技术规程 》 第 4． 3． 5 条的位移比与 周期比限值。 转角处墙体开洞后， 由于在角部无竖向构件的 有效约束， 只能靠角窗上转角梁的水平向约束 ， 又因 该梁本质上为悬挑梁， 故转角处楼板约束较弱， 当高 或结构总体明显布置不对 层结构核心筒稍有偏置， 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， 变形增大， 甚至会挤坏塌落。
Y 两个方向上都具有很大的抗扭刚度， 在 X、 同时还 是联系纵横墙协同工作的有利部位， 在对调整整个 结构设计指标方面起到重要作用， 而角部墙体开洞 后， 结构抗震性能会减弱， 尤其是对结构抗扭刚度的 “扭转不规则 ” 影响， 极易形成 的平面类型。 很可能
［1 ］ 《建筑抗震设计规范》 第 3． 4． 3 条和《高层建 超过