摘要：本文根據筆者參與的某高層住宅小區(qū)的結構設計，通過對不同結構設計方案的比較分析，優(yōu)化結構方案，從而使結構設計經濟合理，同時對結構設計中的短肢剪力墻住宅結構設計中設置轉角窗進行了討論。

關鍵詞：結構轉換；結構分析；短肢剪力墻；結構探討

引言

某住宅小區(qū)B地塊占地34770㎡，總建筑面積為97321㎡，地下1層，地上由A、B、C棟3棟12層的塔樓和D、E、F棟3棟16層的塔樓組成。各棟的首層均要求局部架空作為綠化用地或商業(yè)用途，為了建筑功能的需要，需要設置結構轉換層。

1結構體系

為了保證2層以上住宅不凸梁、柱，結構體系采用剪力墻結構體系，地下車庫及首層局部架空部分均要求開闊的空間，需要設置結構轉換層。

關于結構轉換，有兩種方案：

方案l：常規(guī)的做法，轉換層設于2層。優(yōu)點是：首層和地下車庫很開闊，足以提供小區(qū)綠化和休閑的場地或臨街商鋪。缺點是：轉換梁高為1200mm，部分為間接轉換，轉換梁高為1400mm，建筑為了保證首層的凈高，不得不加大首層的層高，不經濟合理。

方案2：轉換層設于首層（地下室頂板），即轉換層于與地下室頂板二合一來考慮，地下室頂板為梁、板結構。個別剪力墻不能完整下來的，就在2層作小轉換，既保證地下車庫的功能要求，又基本上達到首層開闊的要求。為了不影響地下室的凈高，轉換梁反上來（不露出覆土完成面）。該方案優(yōu)點更突出，同時滿足規(guī)范對轉換層和地下室頂板的要求，而且2層的梁與標準層一樣，僅600mm高，經濟效應非常顯著。

經過多方協(xié)商，最后選擇了方案2，因為結構的經濟性明顯優(yōu)于方案1，體現(xiàn)在：①節(jié)省了首層的層高；②規(guī)范要求地下室頂板≥160mm，轉換層的板厚≥180mm，合起來后我們取h=200mm足夠。E棟的地下室頂板（轉換層）結構平面見圖l，粗線為轉換梁。

為方便施工，地下室底板選用厚板結構。塔樓采用CFG復合地基，獨立地下室采用獨立基礎，地下室側壁板下用條基。經復核，沉降差可滿足要求。

2主體結構分析

2.1分析程序

主體結構采用TBSA和SATWE兩種分析程序，對結構進行分析比較。地下室底板的無梁結構采用經驗系數(shù)法計算。

2.2結構模型和分析結果

由于地下室頂板標高參差不齊，地下室側壁板還局部開窗，側壁外的回填土不能夠提供足夠的側向約束，故結構計算模型嵌固于地下室底板，各塔樓以各自獨立的模型計算。

先用TBSA分別算出雙向地震和偶然偏心兩種情況，取不利者；然后用SATWE進行計算，不同之處是在地下室頂板定義了“彈性膜”，以更精確地考慮頂板凹凸不平的情況。

對TBSA和SATWE兩種程序的計算結果進行綜合分析，見表l。

結果顯示，兩個程序的結果很接近，具有共同的特點：

（1）振型為橫向平動，第二振型為縱向平動，第三振型為扭轉，累計有效質量系數(shù)均大于90%，說明所選定的振型已滿足要求。

（2）側向剛度和扭轉剛度控制均滿足規(guī)范要求，各層剪重比均在合理范圍內。

3、短肢剪力墻住宅結構設計中關于設置轉角窗的討論

3.1設置轉角窗的結構設計

本項目中建筑師為了室內采光、立面美觀以及所謂的景觀房的需要，在外墻轉角處設轉角窗。

建筑物角部是結構的關鍵性部位，一般均設置“L”形剪力墻，這種情況下角部構件內力較大，程度不同地都顯示出剪力滯后、應力集中、受力復雜等現(xiàn)象。若設置轉角窗，就是在角部墻體上開洞，實際上是取消了角部的墻體，代之以角部曲梁（交叉連梁）。這將使角部附近的構件受力更加復雜。

3.2設置轉角窗對整體受力分析的影響

轉角窗對短肢剪力墻住宅結構總體來說是不利的。一方面，就樓板本身而言，其在角窗轉角部位無豎向構件（如柱或墻肢）的可靠約束，只有轉角窗上交叉連梁的橫向約束，對角部樓板約束較弱。當結構的質心和剛心稍有偏差，樓板因水平力偏心受扭時，角窗轉角部位的樓板扭轉應力集中，變形會很大，嚴重時會擠壞脫落。另外，樓板的同一邊的約束有強有弱，對樓板的受豎向力也不利。

另一方面，就墻肢的平面分布而言，角部外墻由于遠離剛心，在兩個方向都具有較大的抗扭剛度，對調整整個結構的設計指標起到很大的作用。若取消角部的墻體，很容易造成對結構抗震性能的削弱，特別是對結構扭轉剛度的影響很大，極易造成“扭轉不規(guī)則”的平面類型：即樓層的最大彈性水平位移（或層間位移）大于該樓層兩端彈性水平位移（或層間位移）平均值的1.2倍。對A級高度的高層住宅結構，規(guī)范規(guī)定上述位移比不應超過1.5。另外，還應控制周期比（即T1/T2不應大于0.90），并使扭轉禍聯(lián)為主的振型盡量靠后（最好為第三周期）。如果不滿足上述兩個指標要求，應采取增強結構扭轉剛度的有效措施。一般來說，洞口附近應避免采用短肢剪力墻和單片剪力墻，宜采用“T”、“L”、槽型等截面形狀的墻體，且墻厚宜適當加大，角窗洞邊的暗柱宜按約束邊緣構件設計，其截面尺寸宜適當加大，配筋宜適當加強。

剪力墻結構設轉角窗對結構整體效應影響頗大，結構的抗側力剛度、自振周期、地震作用等均有不同程度的差異。設轉角窗的剪力墻結構，其外墻內力明顯增大。開洞的角部各構件扭轉效應明顯，特別是洞口處的連梁，需配置抗扭鋼筋。對角部墻體開洞的剪力墻結構，開洞連梁的跨度及截面高度的大小對鄰近構件內力的影響也不容忽視，應注意調整開洞連梁的跨高比，使設計盡可能經濟合理。

3.3轉角梁的設計

3.3.1轉角梁的內力分析

見圖2所示的轉角梁ABC實為一根轉角為90度的拐角梁，早期曾按兩根不同跨度的懸臂梁設計，當兩邊荷載和尺寸L1與L2相近時，還是可以作為設計依據的，否則在點B處宜按變位協(xié)調原則分析其內力。

高層建筑住宅結構轉角窗處的內力在一般情況下宜用有限元法分析計算，其中梁、柱均為一維構件，可采用兩端帶剛域的空間桿單元來模擬其受力狀態(tài)。根據約束條件的不同，空間桿單元可分為兩端固定、一端固定一端鉸接和兩端鉸接3種情況計算，并應考慮剪切變形的影響。結構電算時，轉角梁的負彎矩調幅系數(shù)、扭矩折減系數(shù)均應取1.0，不能有折減系數(shù)。

轉角梁ABC不同于一般梁，也不同于剪力墻之間的連梁，它是一根整體折梁。當L1與L2相近時，該梁具有較多的懸臂梁工作性質，當L1與L2相差較大時，較短梁的梁端將不同程度上對較長梁起著彈性支承的作用。另外在一般情況下，外挑陽臺對梁ABC產生的扭矩可采用在樓板內配置負彎矩鋼筋予以平衡，但室內樓板活荷載對梁仍有扭矩產生，一般較小。梁的主要鋼筋最小值（上部縱向受力鋼筋）不宜按一般梁考慮（0.2和45ft/fy中的較大值），宜根據不同的抗震等級及混凝強度等級參考框架梁支座配筋率確定。而其配箍率也不宜按一般梁（0.24ft/fyv）考慮，而宜按框架梁的最小面積配箍率考慮。

轉角窗上下均應設置轉角梁，在一般情況下其截面高度為上下窗臺之間的凈空高度或小于該凈空高度，而其寬度則與墻厚相同。梁的抗震等級和混凝土強度等級宜與其相連的短肢墻的等級一致。

3.3.2轉角梁的配筋構造

轉角梁ABC上筋宜為一根帶90度彎角的L形鋼筋，兩端錨入墻內長度laE，如在點B處斷開由兩根鋼筋連接組成，則宣采用機械連接或焊接連接。

轉角梁ABC截面兩側當腹板高度hwt≥450mm時，每側應配置縱向構造鋼筋，其直徑不小于1O～12，兩側縱向構造鋼筋按下式計算：

As≥0.2b*hw

式中：b、hw分別為梁ABC的截面寬度與腹板高度。

3.4轉角窗墻肢的設計

一般來說，轉角窗兩側應避免采用短肢剪力墻和單片剪力墻，宜采用“T”，“L”，槽型等截面形狀的墻體，且墻厚宜適當加大，其截面尺寸宜適當加大。

轉角窗洞口兩側墻肢均屬于無端柱無翼墻，根據建筑抗震規(guī)范，一、二級底部加強區(qū)的墻體厚度不應小于層高的1/12，且不應小于200mm；而其他部位則不應小于層高的1/16，且不應小于160mm。一、二級抗震等級轉角窗墻肢端部在底部加強區(qū)及其上一層應采用約束邊緣構件。非加強區(qū)也宜采用約束邊緣構件，但最小體積配筋率可根據電算中的實際軸壓比將配箍特征值λv由0.2適當降低，但其他（如配置箍筋）應與約束邊緣構件完全相同。

3.5設置轉角窗時樓板的設計

轉角窗處樓板處于房屋外角邊緣，其外角邊界是由梁ABC支承而不是墻支承，且扭轉剛度較差，故在A、C兩點處（即墻肢端點處）宜設置與樓板等厚度的暗梁（見圖1），梁寬可取0.5～1.0m。暗梁的配筋宜上下相同，配筋率不宜低于0.2和45ft/fy中的較大值，并宜配置箍筋。

轉角窗處樓板厚度應按房間四邊尺寸大小經計算確定，宜適當加厚（在14O～150mm之間）。樓板配筋也應適當加強，宜采用雙層雙向10@100～12@100，并宜直通伸入相鄰房間板內適當長度，板的配筋率不宜小于0.25%～O.30%。

4結語

綜上所述，筆者組織參與了整個項目的設計工作，通過結構方案的比較選擇，得到了較好的結構設計方案，滿足建筑功能的同時，使建筑含鋼量降低，取得了良好的經濟效益；通過對轉角窗的結構受力分析，得到了轉角窗部位的合理設計方法。

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