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摘要：随着房地产市场的蓬勃发展,市场竞争的加剧,设计院为了满足甲方及市场的需求,设计出大量立面造型新颖独特的高层建筑,转角窗以它室内视角开阔，室外立面造型丰富的特点,在建筑设计中颇多采用,此做法满足了建筑立面和平面使用功能的需要,但给结构设计增加了难度。在高层建筑中,转角窗的结构设计应引起高度重视。本文就转角窗结构设计的方法及构造措施，谈谈自己的看法。
关键词：转角窗，转角连梁，约束边缘构件
Abstract: along with the vigorous development of the real estate market, the market competition intensifies, design institutes, in order to meet the needs of party a and the market, the design to a large number of facade novel and unique high buildings, corner window to indoor perspective it open, outdoor facade rich characteristics, in architectural design in quite a lot the, the way the building elevation and plane meet the use function need, but to the structure design increases the difficulty. In the high-rise building, the structure design of the corner window should be attached. This paper corner window of the structure design method and construction measures, and talk about their own opinions.
Keywords: corner window, corner of coupling beam, constraint edge component
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
建筑物角部是结构的关键性部位, 一般均设置“L ”形剪力墙, 这种情况下角部构件内力较大, 出现应力集中、受力复杂等现象。设置转角窗, 即取消了角部的墙体, 代之以角部交叉连梁, 这将使角部附近的构件受力更加复杂,对结构抗震更加不利。
1 转角窗对结构整体的影响
转角窗对结构整体效应影响较大, 与不设转角窗的剪力墙相比, 结构的抗侧力刚度、自振周期、地震作用等均有不同程度的差异。楼板在角窗转角部位无竖向构件( 柱或墙肢) 的可靠约束, 只有转角窗上交叉连梁的横向约束, 对角部楼板约束减弱。当结构的质心和刚心稍有偏差, 楼板因水平力偏心受扭时, 角窗转角部位的楼板扭转应力集中, 变形会很大。另外角部墙肢由于远离刚心, 在两个方向都具有较大的抗扭刚度, 影响整个结构的设计指标的调整。若取消角部的墙体, 很容易造成对结构抗震性能的削弱, 特别是对结构扭转刚度的影响很大, 极易造成“扭转不规则”的平面类型: 在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。在周期比方面,结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑不应大于0.85。如果结构不满足上述两个指标要求, 应采取有效措施增强结构扭转刚度。一般来说, 洞口附近应避免采用短肢剪力墙和单片剪力墙,宜采用“T”、 “L”型等截面形状的墙体, 且墙厚宜适当加大,角窗洞边的暗柱宜按约束边缘构件设计,其截面尺寸宜适当加大, 配筋宜适当加强。设角窗的剪力墙结构, 其外墙内力明显增大。开洞的角部各构件扭转效应明显, 特别是洞口处的连梁, 需配置抗扭钢筋。对角部墙体开洞的剪力墙结构, 开洞连梁的跨度及截面高度的大小对邻近构件内力的影响也不容忽视, 应注意调整开洞连梁的跨高比, 使设计尽可能合理。
2 转角窗上连梁的设计方法及构造措施结构分析
进行电算时，对转角连梁,应按普通框架梁考虑, 梁高按实际输入。 转角连梁的负弯矩调幅系数、扭矩折减系数均应取 1.0, 不能有折减系数。角窗过梁的计算简图, 可取一端简支, 一端固定。但严格来讲, 设计要依据电算结果再做适当调整, 才可用于实际工程, 这就需要电算和手算相结合。手算时考虑到地震作用下连梁的简支端的简支作用可能失效,因此,固定端弯矩同悬臂梁端弯矩，同时, 适当加强梁底配筋, 可有效防止挠度过大的超限。一般构造上不应小于 220。其次,还有一个必须注意的问题是: 设置了转角窗后, 对结构角部承载能力做了较大的削弱, 连梁不但承受墙、窗的竖向荷载, 还要肩负另一重任:
(l) 承受垂直方向连梁对本梁产生的扭矩;
抵抗因结构平面周边扭转应力对连梁产生的侧向弯矩;
抵抗因室内外温差引起的侧向温度应力产生的弯拒。
因此,连梁两侧配置足够的构造腰筋是相当必要的。一般钢筋直径同墙体水平筋,转角连梁不同于一般梁, 也不同于剪力墙之间的连梁, 它是一根整体折梁。当转角两端长相等时, 该梁具有较多的悬臂梁工作性质, 当梁长相差较大时, 较短梁的梁端将在一定程度上对较长梁起着弹性支承的作用。在配筋方面, 梁的主要钢筋最小值( 上部纵向受力钢筋) 不宜按一般梁考虑(取0.2 和45ft/fy 中的较大值),而宜根据不同的抗震等级及混凝强度等级参考框架梁支座配筋率确定。转角梁上筋宜为一根带 90 度弯角的 L 形钢筋, 两端锚入墙内长度 LaE 如在相交点处断开由两根钢筋连接组成, 则宜采用机械连接或焊接连接。
3 与转角窗相连剪力墙暗柱的设计方法及构造措施
转角窗相连处的剪力墙, 其墙肢内端暗柱在首层柱根部弯矩会很大, 这是由于挑梁根部弯矩层层叠加下传至首层暗柱根部时累计的结果。此时, 暗柱长度不能再按 1.5～2 倍墙厚取值。可以把角窗处的墙肢假象为普通柱。为了抵抗很大的根部弯矩, 必须把柱内受拉钢筋配置在较大范围之内。这个范围就是此时剪力墙墙肢内暗柱的长度范围,一般构造上取 600mm。另外, 如果与角窗相连的墻肢宽度过短时, 可能会出现抗弯不足的情况, 此时应该通过增加墙厚, 加大不利墙肢断面的办法, 加强墙肢的抗弯能力。
4 转角窗处板内暗拉梁的设计方法及构造措施
转角窗处楼板处于房屋外角边缘, 其外角边界是由梁支承而不是墙支承, 且扭转刚度较差。故转角窗处楼板厚度应按房间四边尺寸大小经计算确定,宜适当加厚(不小于150mm) 。楼板配筋也应适当加强, 宜采用双层双向10@150～12@150,并宜直通伸人相邻房间板内适当长度, 板的配筋率不宜小于0.25%～0.3%。
参考文献
[1] 张维斌. 设置转角窗的高层住宅剪力墙结构分析[J].工程抗震,2003,3(1).
[2] 刘铮, 张国庆. 高层剪力墙住宅角窗处相关构件的简化设计方法及构造加强措施. 第十届全国高层建筑结构学术会议论文,2002.
[3] 章天恩. 钢筋棍凝土高层住宅转角窗处结构设计[J].建筑结构,2004,3(3).
关键词：转角窗，转角连梁，约束边缘构件
Abstract: along with the vigorous development of the real estate market, the market competition intensifies, design institutes, in order to meet the needs of party a and the market, the design to a large number of facade novel and unique high buildings, corner window to indoor perspective it open, outdoor facade rich characteristics, in architectural design in quite a lot the, the way the building elevation and plane meet the use function need, but to the structure design increases the difficulty. In the high-rise building, the structure design of the corner window should be attached. This paper corner window of the structure design method and construction measures, and talk about their own opinions.
Keywords: corner window, corner of coupling beam, constraint edge component
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
建筑物角部是结构的关键性部位, 一般均设置“L ”形剪力墙, 这种情况下角部构件内力较大, 出现应力集中、受力复杂等现象。设置转角窗, 即取消了角部的墙体, 代之以角部交叉连梁, 这将使角部附近的构件受力更加复杂,对结构抗震更加不利。
1 转角窗对结构整体的影响
转角窗对结构整体效应影响较大, 与不设转角窗的剪力墙相比, 结构的抗侧力刚度、自振周期、地震作用等均有不同程度的差异。楼板在角窗转角部位无竖向构件( 柱或墙肢) 的可靠约束, 只有转角窗上交叉连梁的横向约束, 对角部楼板约束减弱。当结构的质心和刚心稍有偏差, 楼板因水平力偏心受扭时, 角窗转角部位的楼板扭转应力集中, 变形会很大。另外角部墙肢由于远离刚心, 在两个方向都具有较大的抗扭刚度, 影响整个结构的设计指标的调整。若取消角部的墙体, 很容易造成对结构抗震性能的削弱, 特别是对结构扭转刚度的影响很大, 极易造成“扭转不规则”的平面类型: 在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。在周期比方面,结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑不应大于0.85。如果结构不满足上述两个指标要求, 应采取有效措施增强结构扭转刚度。一般来说, 洞口附近应避免采用短肢剪力墙和单片剪力墙,宜采用“T”、 “L”型等截面形状的墙体, 且墙厚宜适当加大,角窗洞边的暗柱宜按约束边缘构件设计,其截面尺寸宜适当加大, 配筋宜适当加强。设角窗的剪力墙结构, 其外墙内力明显增大。开洞的角部各构件扭转效应明显, 特别是洞口处的连梁, 需配置抗扭钢筋。对角部墙体开洞的剪力墙结构, 开洞连梁的跨度及截面高度的大小对邻近构件内力的影响也不容忽视, 应注意调整开洞连梁的跨高比, 使设计尽可能合理。
2 转角窗上连梁的设计方法及构造措施结构分析
进行电算时，对转角连梁,应按普通框架梁考虑, 梁高按实际输入。 转角连梁的负弯矩调幅系数、扭矩折减系数均应取 1.0, 不能有折减系数。角窗过梁的计算简图, 可取一端简支, 一端固定。但严格来讲, 设计要依据电算结果再做适当调整, 才可用于实际工程, 这就需要电算和手算相结合。手算时考虑到地震作用下连梁的简支端的简支作用可能失效,因此,固定端弯矩同悬臂梁端弯矩，同时, 适当加强梁底配筋, 可有效防止挠度过大的超限。一般构造上不应小于 220。其次,还有一个必须注意的问题是: 设置了转角窗后, 对结构角部承载能力做了较大的削弱, 连梁不但承受墙、窗的竖向荷载, 还要肩负另一重任:
(l) 承受垂直方向连梁对本梁产生的扭矩;
抵抗因结构平面周边扭转应力对连梁产生的侧向弯矩;
抵抗因室内外温差引起的侧向温度应力产生的弯拒。
因此,连梁两侧配置足够的构造腰筋是相当必要的。一般钢筋直径同墙体水平筋,转角连梁不同于一般梁, 也不同于剪力墙之间的连梁, 它是一根整体折梁。当转角两端长相等时, 该梁具有较多的悬臂梁工作性质, 当梁长相差较大时, 较短梁的梁端将在一定程度上对较长梁起着弹性支承的作用。在配筋方面, 梁的主要钢筋最小值( 上部纵向受力钢筋) 不宜按一般梁考虑(取0.2 和45ft/fy 中的较大值),而宜根据不同的抗震等级及混凝强度等级参考框架梁支座配筋率确定。转角梁上筋宜为一根带 90 度弯角的 L 形钢筋, 两端锚入墙内长度 LaE 如在相交点处断开由两根钢筋连接组成, 则宜采用机械连接或焊接连接。
3 与转角窗相连剪力墙暗柱的设计方法及构造措施
转角窗相连处的剪力墙, 其墙肢内端暗柱在首层柱根部弯矩会很大, 这是由于挑梁根部弯矩层层叠加下传至首层暗柱根部时累计的结果。此时, 暗柱长度不能再按 1.5～2 倍墙厚取值。可以把角窗处的墙肢假象为普通柱。为了抵抗很大的根部弯矩, 必须把柱内受拉钢筋配置在较大范围之内。这个范围就是此时剪力墙墙肢内暗柱的长度范围,一般构造上取 600mm。另外, 如果与角窗相连的墻肢宽度过短时, 可能会出现抗弯不足的情况, 此时应该通过增加墙厚, 加大不利墙肢断面的办法, 加强墙肢的抗弯能力。
4 转角窗处板内暗拉梁的设计方法及构造措施
转角窗处楼板处于房屋外角边缘, 其外角边界是由梁支承而不是墙支承, 且扭转刚度较差。故转角窗处楼板厚度应按房间四边尺寸大小经计算确定,宜适当加厚(不小于150mm) 。楼板配筋也应适当加强, 宜采用双层双向10@150～12@150,并宜直通伸人相邻房间板内适当长度, 板的配筋率不宜小于0.25%～0.3%。
参考文献
[1] 张维斌. 设置转角窗的高层住宅剪力墙结构分析[J].工程抗震,2003,3(1).
[2] 刘铮, 张国庆. 高层剪力墙住宅角窗处相关构件的简化设计方法及构造加强措施. 第十届全国高层建筑结构学术会议论文,2002.
[3] 章天恩. 钢筋棍凝土高层住宅转角窗处结构设计[J].建筑结构,2004,3(3).