高层剪力墙住宅转角窗设计

第2期 2007年2月 广东土木与建筑 GUANGD0NG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING N0．2 FEB 2Oo7 高层剪力墙住宅转角窗 喻步实 (中山市中等专业学校 广东中山528403) 摘 要 ：通过 高层 剪力墙 角部 开洞 引起 的结构整体 效应 变化 ，提 出角部构件 包括转 角过 梁、斜拉 暗梁、角部 楼板、剪力墙端约束边缘构件等的计算及其构造措施。 关键词 ：剪力墙结构；转 角窗； 自振周期 ；位移 ；基底剪 力；弯矩 1 概述 近年珠江三角洲地区兴建的高层剪力墙住宅 楼．为了满足建筑立面效果和采光通风的要求，有相 当部分的建筑需要在平面拐角处设角窗 角窗一般 有 2种．一是带窗台的非落地角窗．如火炬园等高层 住宅楼，其特点是窗上梁(转角连梁)较高，一般可达 约 1．4m：二是落地角窗，如大兴园高层住宅楼等，窗 上梁(转角连梁)仅约 500mm，角部非常薄弱，显然 由于开洞较大而对结构造成较大的影响。同理如洞 口水平尺寸越大．对结构的影响也越大 在地震区由 于转角窗削弱了扭转刚度较大的转角墙．从而产生 过大的扭转变形．导致结构设计计算难以满足规范 要求．必须采取切实有效的结构措施，加强平面抗扭 刚度，使各项指标趋于正常，以满足规范要求。 圭． 2 设置角窗对高层剪力墙结构整体效应的 影响 高层剪力墙角部是结构的关键部位，一 般应设 L形剪力墙．而在角部设置角窗会对 结构整体效应变化造成较大的影响 表 1中 的①为大兴园 l8层角部设置角窗 (局 部短肢剪力墙)的高层剪力墙结构住宅工程． 方案②则未在角部设置角窗．但设 L形剪力 墙 通过比较发现开洞与否．其自振周期、地 震作用下的位移、基底剪力和弯矩差异明 显．自振周期及地震作用下的位移由于开洞 而增大．而基底剪力和弯矩则减小 ：开洞尺 寸不同．对 自振周期、地震作用下的位移、基 底剪力和弯矩的影响也不同 上述两方案虽平面布置和荷载等条件均基本相 同．构件尺寸也较接近．但从表 1可以看出，角部开 转角洞的方案①第 1自振周期与角部不开洞的方案 ⑦相比相差 4．7％，Y方向地震作用下基底剪力差异 达 15．2％。结构整体效应的影响非常明显。 表2中的方案④为某 l8层短肢剪力墙结构住 宅楼，角部设置宽 1．5m、高2．4m的角窗；方案③在 角部设置宽0．9m、高 1．5m的角窗：方案⑤在角部设 置高宽均为 1．5m的角窗 通过比较发现对角部设置 角窗的情况．即使同样开洞．由于洞口大小不同，即 转角连梁的高度或跨度不同．其作用效应的影响也 不同 从表2可以看出．方案⑤由于洞口高度小，即 连梁高度大．其第 l自振周期就小于方案④，而方案 ⑤的两个方向地震作用下的基底剪力均大于方案 ④。方案⑤和方案③虽连梁高度相同，但前者连梁跨 开洞与否对结构整体 效应影响的差异 33 维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年2月 第2期 喻步实：高层剪力堵住宅转角窗设计 FEB 20o7 NO．2 度大．故 l，向第 1自振周期较大．但 向地震作用 下的基底剪力则较小 此外．通过分析转角窗处的杆件内力特点，我们 发现外墙内力明显增大．相邻各构件扭转效应明显， 特别是洞VI处的连梁所受扭矩较大．设计时应加强 转角处外墙等构件的刚度和配筋 转角开洞对高层 结构转角处楼板的影响也较大，其原因主要是楼板 角部无竖向构件(如柱或墙肢)的可靠约束，仅有角 窗上过梁作为水平向约束．而该约束又是悬臂构件， 对楼板约束较弱 当楼板因形心与刚心偏离产生扭 矩时．角部楼板会因扭转应力集中而产生较大变形， 导致楼板开裂．严重时甚至影响使用功能。加上角 窗位于房屋端部．在夏季炎热的南方地区，或在冬季 室内外温差较大的北方地区，结构本身较易产生裂 缝．故必须选用合理的计算模型，并采取特殊措施加 强转角窗处的结构设计和构造措施。 笔者近年曾参与火炬园、顺景新村、大兴园等小 区高层剪力墙、短肢剪力墙的结构设计工作，对于各 种不同规模的转角窗，我们在实践中摸索总结出一 些实用的计算方法和构造措施，现提出与同行探讨。 3 结构角部构件计算及构造措施 3．1 计算分析 目前高层结构的计算分析一般采用中国建研院 的TAT、SATWE、TBSA软件，但对不落地窗结构，如 按普通剪力墙做法．即先在平面周边布墙再在拐角 处开洞．将过梁看作连梁．则表面上似乎严格按实际 情况输入程序计算．但由于程序本身的缺陷，使拐角 处自动产生 1个小于 150ram的短肢剪力墙，且必须 观察立面模型才可能发现．故较易疏忽。该小墙肢 作为角窗挑梁自由端的一个支点，与实际情况不符， 加上由于该构件过小且超筋．结构一受力即产生破 坏而给整体计算带来麻烦，这是不可取的。因此，对 转角窗上连梁应按普通框架梁考虑，梁高按实际输 入．不落地窗处和落地窗处分别约为 1400，500mm， 这种计算模型与实际受力情况相吻合。该过梁两个 方向均为悬挑构件，梁截面相同．当两个方向悬挑长 度不同时。应将长跨作为次梁。短跨作为主梁，形成 主次关系．两个方向悬挑长度相差不大时．长跨仍有 可能悬臂受力．在端部也可认为互为铰接关系。 角窗上连梁参与空间协同计算．对其结果应进 行复核 对该处连梁上筋应按悬挑梁进行配筋。同 34 时由于该处连梁互为支座．梁下部应配置一定数量 的底筋 因该处连梁在整体作用时内力可能存在调 幅．使梁弯矩按塑性调幅连续梁边跨跨中弯矩，增加 悬臂梁底筋对结构刚度有利，故不宜少于2 20。 3．2 角窗上连梁的构造措施 (1)连梁上筋在墙体内要有一定的延伸长度，一 般向内延伸转角窗长度的 1．2 1．5倍以上，在相邻墙 体形成暗拖梁．若为短肢剪力墙则应延伸至内跨梁。 (2)在连梁梁肋两侧配置足够数量的抗扭腰筋， 其规格宜与墙体水平筋相同，其作用是抵抗因交叉 对本梁产生的扭矩以及因结构平面周边扭转应力对 过梁产生的侧向弯矩，并防止过梁因对室外温度感 应而产生侧向裂缝 3．3 角窗处楼板的构造措施 (1)由于转角处板没有竖向约束，仅有悬挑梁的 弱约束．故应将楼板厚度增大至 150ram以上，并配 置双层双向钢筋 (2)在板内剪力墙端约束构件之间设置 1道斜 向拉结暗梁，既可加强板边约束，又可使偏心产生的 扭转应力通过暗梁直接传至剪力墙，而非通过挑梁 之间传递，减小角部板内扭转应力。拉结暗梁宽一般 取500mm，上下各设4 16加强筋，且需锚入两侧墙 约束构件一定长度，箍筋宜配 10@100。当加强筋 遇板筋时．板筋设在上排．使暗梁成为板的支座。 此外．还应加强与角窗相连的墙肢边缘构件，有 条件则应尽量使窗边墙长度达 2m以上．边缘构件长 度达 600ram以上 对短肢剪力墙应按柱配筋；对角 窗处墙体应在满足计算结果前提下适当加大配筋。 3．4 对设计的几点建议 ①角窗洞El应上下对齐，宽度不宜过大，高度也 应在满足功能的前提下尽可能减小；②洞口附近应避 免采用短肢或单片剪力墙，而采用 T型、L型、[型等 截面墙体，长度在 2．0m以上，厚度宜适当增大，洞边 暗柱宜按约束边缘构件设计 ，增大截面至 600ram， 并加强配筋：③角窗过梁计算模型输入时，不应按剪 力墙壁开洞法而应按框架梁考虑；④角窗连梁上下 配筋应予加强．并沿两侧配置足够的抗扭钢筋；⑤角 窗处楼板处厚度加大至 150mm以上．并增加配筋。板 内配置双向双层钢筋．并设置斜向拉梁来加强约束。 参 考 文 献 『1]JGJ 3-2002 钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程[S] [2]GB 50011-2001 建筑抗震Is] 『3]GB 50010—2002 混凝土结构设计规范[S] 维普资讯 http://www.cqvip.com