【摘 要】筆者綜合實(shí)踐及設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角窗設(shè)置措施進(jìn)行了分析說明，文中通過改變一些參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)對比分析，以供類似設(shè)計工作參考。
【關(guān)鍵詞】剪力墻；轉(zhuǎn)角窗；設(shè)計分析
1 轉(zhuǎn)角窗的設(shè)置對結(jié)構(gòu)的影響
就墻肢平面布置而言，由于角部外墻遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)剛心，故在結(jié)構(gòu)X、Y兩個方向上均具有很大的抗扭剛度，同時還是協(xié)調(diào)縱橫墻共同工作的的重要部位，起到了調(diào)整整個結(jié)構(gòu)設(shè)計指標(biāo)的關(guān)鍵作用，而角部墻體開洞后，結(jié)構(gòu)的抗震性能會減弱，特別是對結(jié)構(gòu)抗扭剛度的影響（極易形成“扭轉(zhuǎn)不規(guī)則”的平面類型）。且很可能超過《抗規(guī)》[1]3.4.3條，和《高規(guī)》[2]3.4.5條的位移比與周期比限值。
結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角處墻體開洞后，轉(zhuǎn)角梁處于受力性能不佳的懸臂狀態(tài)，其承受較大的剪力、扭矩，在結(jié)構(gòu)中部樓層尤為顯著。由于在轉(zhuǎn)角處無有效的豎向構(gòu)件約束，只能靠轉(zhuǎn)角窗上梁的水平約束，又因該梁的受力本質(zhì)為懸挑梁，故轉(zhuǎn)角處的樓板所受約束較弱，當(dāng)結(jié)構(gòu)的核心筒稍有偏置，或者結(jié)構(gòu)總體布置明顯不對稱時，樓板會因水平向偏心而受扭，此時轉(zhuǎn)角處的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力集中，變形較大，甚至?xí)粩D壞塌落。
2 實(shí)例的電算結(jié)果與分析
采用結(jié)構(gòu)計算軟件SATWE對八個結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計算，這八個模型所受荷載基本相同，平面布置、樓層數(shù)、層高以及大部分構(gòu)件幾何參數(shù)基本相同。僅在轉(zhuǎn)角處有的模型設(shè)置了“L”型剪力墻，有的模型設(shè)置了交叉的轉(zhuǎn)角梁，八種方案的底層結(jié)構(gòu)平面布置圖和部分構(gòu)件尺寸如圖1所示。
2.1 整體分析
計算結(jié)果如圖2a、2b、2c所示。根據(jù)《荷規(guī)》[4]附錄Ｅ.2剪力墻的周期經(jīng)驗(yàn)公式，驗(yàn)算可知上述方案的模型基本符合要求。周期比也滿足《高規(guī)》[2]的要求，從圖2可看出，結(jié)構(gòu)角部墻肢開洞與否，對結(jié)構(gòu)整體效應(yīng)的影響較明顯。
圖2 計算結(jié)果顯示圖
雖然上述八種方案的平面布置、荷載等相似，構(gòu)件尺寸相差也不大，但結(jié)構(gòu)的自振周期，地震作用下的頂點(diǎn)最大位移、基底剪力、基底彎矩等差異較明顯。角部墻肢開洞后結(jié)構(gòu)的自振周期，與地震作用下的頂點(diǎn)最大位移變大，而基底剪力與彎矩在減小。如方案1、2，在其他條件相同情況下，X向第一自振周期相差2.17%；X向地震作用下，頂點(diǎn)最大位移相差6.54%，基底剪力相差4.37%。
轉(zhuǎn)角連梁的跨度、截面高度對整個結(jié)構(gòu)的動力特性影響也較大，如角部同樣開洞，但洞口大小不同，結(jié)構(gòu)的整體效應(yīng)相差是較明顯的，如方案2、6、7，其它條件均相同，僅洞口的寬度不同，分別為1.8m、2.1m、2.4m，它們在X向第一自振周期、頂點(diǎn)最大位移逐漸增大；而基底剪力依次減小。
如方案2、3、4、5，其他條件均相同，僅連梁的截面高度分別是0.4、0.6、0.9、1.2，它們在X向第一自振周期、頂點(diǎn)最大位移逐漸減小；而基底剪力依次增大。
2.2 局部分析
�。�1）角部墻體開洞與否的影響
在高層結(jié)構(gòu)分析中，為了方便說明問題，當(dāng)在X方向地震作用下，將整個結(jié)構(gòu)看作由若干榀開洞剪力墻組成。如軸線1、2所在的外墻稱為翼緣開洞剪力墻，軸線A所在的外墻稱為腹板開洞剪力墻，除此之外的墻肢均為其余剪力墻。由于該結(jié)構(gòu)軸線A～B的結(jié)構(gòu)平面布置特點(diǎn)（基本上關(guān)于結(jié)構(gòu)平面中心Y軸對稱，內(nèi)力亦呈現(xiàn)軸對稱關(guān)系），故取結(jié)構(gòu)軸線A～B的左半部分為研究對象，如方案1中，墻肢I(xiàn)、J、K、L和連梁h、i、j構(gòu)成了一榀翼緣開洞剪力墻（沿Y方向），墻肢A、B、C、D和連梁a、b、c構(gòu)成了一榀腹板開洞剪力墻（沿X軸方向）。
方案1中腹板墻肢軸力和彎矩呈現(xiàn)兩端大，中間小的現(xiàn)象，而翼緣墻肢軸力較腹板處更大，如方案1中1軸線上的4個墻肢軸力之和為6346.3kN，而腹板左半部分的4個墻肢軸力之和只有872.3kN，兩者比值達(dá)到7.28；墻肢的剪力基本上是按墻肢剛度大小來分配，腹板與翼緣的剪力相差不大；腹板處彎矩比翼緣處大，腹板左半部分的4個墻肢彎矩之和達(dá)到－560.2kN?m，而左翼緣處4個墻肢之和僅為79.1kN?m，兩者比值高達(dá)7.08。
腹板開洞剪力墻的端部墻肢、中間墻肢共同承擔(dān)軸力、剪力與彎矩。角部墻肢開洞后，兩端部墻肢不復(fù)存在，相鄰墻肢軸力呈現(xiàn)為一拉一壓，大小較均勻，但單片墻肢上所承受軸力比不開洞時大很多，方案2與方案1中A墻肢軸力比值為2.43；腹板處各墻肢的彎矩比不開洞時增加較大，如方案1中腹板處左半部分的4個墻肢彎矩之和－560.2kN?m，與方案2中A墻的肢彎矩－439.1kN?m相差不大；而剪力亦明顯增大，方案2與方案1腹板處左半部分的墻肢剪力之和分別為－443.9kN、－278.8kN，其比值為1.59。
可見，角部墻肢開洞后，外墻肢的軸力、剪力與彎矩都大大增加，尤其是腹板兩端墻肢，若內(nèi)外墻等厚，則此時外墻的軸壓比較大，墻肢延性較小，所受的地震力亦相應(yīng)大許多。在水平地震作用下結(jié)構(gòu)的傾覆彎矩，除了由各墻肢承擔(dān)一部分彎矩外，各墻肢的拉壓軸力所形成的力偶分擔(dān)了相當(dāng)大一部分彎矩。方案2中結(jié)構(gòu)X向墻肢總彎矩和基底總彎矩，均比方案1中的小，但腹板處墻肢總彎矩卻比方案1中的大，且其所占總彎矩的比例是方案1中相應(yīng)比例的1.18倍；但翼緣部分總彎矩比方案1中的小。
可見，墻體開洞后腹板承擔(dān)的彎矩增加明顯，這說明，由于開洞后相應(yīng)墻體間的力臂減少較多，且其拉壓軸力所形成的力偶亦相應(yīng)減少較多，致使腹板墻肢的彎矩增加較多。
（2）在方案4中，轉(zhuǎn)角處墻肢附近的連梁剪力基本比方案8中的大。連梁剪力變化并不明顯；而固端彎矩變化較大，如連梁a、c，表現(xiàn)為：在底部數(shù)層方案4大于方案8，但到頂部樓層則相反，在中間樓層差值較小。兩種方案的連梁剪力、彎矩、扭矩隨著樓層數(shù)的增加，先變大然后變小，如圖3所示。
連梁截面高度對轉(zhuǎn)角處附近的墻肢軸力影響較大，隨著連梁截面高度的增大而增大，由下往上差異依次減小，如這兩種方案的墻肢J，在底層的軸力分別是847.2kN、1255.8kN，差異較大；而頂層的軸力分別為70.7kN、－70.8kN，差異不大；墻肢的剪力、彎矩變化次之，在頂部與底部數(shù)層，方案5的墻肢剪力、彎矩基本接近或大于方案3，且方案之間的差異較小，但在中間數(shù)層方案之間的差異較大。
