高層建筑轉角窗結構設計

摘要：隨著房地產市場的蓬勃發展，市場競爭的加劇，設計院為了滿足甲方及市場的需求，設計出大量立面造型新穎獨特的高層建筑，轉角窗以它室內視角開闊，室外立面造型豐富的特點，在建筑設計中頗多采用，此做法滿足了建筑立面和平面使用功能的需要，但給結構設計增加了難度。在高層建筑中，轉角窗的結構設計應引起高度重視。本文就轉角窗結構設計的方法及構造措施，談談自己的看法。

關鍵詞：轉角窗；轉角連梁；約束邊緣構件

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， 出現應力集中、受力復雜等現象。設置轉角窗， 即取消了角部的墻體， 代之以角部交叉連梁， 這將使角部附近的構件受力更加復雜，對結構抗震更加不利。

1、轉角窗對結構整體的影響

轉角窗對結構整體效應影響較大， 與不設轉角窗的剪力墻相比， 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。樓板在角窗轉角部位無豎向構件（ 柱或墻肢） 的可靠約束， 只有轉角窗上交叉連梁的橫向約束， 對角部樓板約束減弱。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。另外角部墻肢由于遠離剛心， 在兩個方向都具有較大的抗扭剛度， 影響整個結構的設計指標的調整。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“扭轉不規則”的平面類型： 在考慮偶然偏心影響的規定水平地震力作用下，樓層豎向構件最大的水平位移和層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.5倍；B級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.4倍。在周期比方面，結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，A級高度高層建筑不應大于0.9，B級高度高層建筑不應大于0.85。如果結構不滿足上述兩個指標要求， 應采取有效措施增強結構扭轉剛度。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”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。設角窗的剪力墻結構， 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， 使設計盡可能合理。

2、轉角窗上連梁的設計方法及構造措施結構分析

進行電算時，對轉角連梁，應按普通框架梁考慮， 梁高按實際輸入。 轉角連梁的負彎矩調幅系數、扭矩折減系數均應取 1.0， 不能有折減系數。角窗過梁的計算簡圖， 可取一端簡支， 一端固定。但嚴格來講， 設計要依據電算結果再做適當調整， 才可用于實際工程， 這就需要電算和手算相結合。手算時考慮到地震作用下連梁的簡支端的簡支作用可能失效，因此，固定端彎矩同懸臂梁端彎矩，同時， 適當加強梁底配筋， 可有效防止撓度過大的超限。一般構造上不應小于 220。其次，還有一個必須注意的問題是： 設置了轉角窗后， 對結構角部承載能力做了較大的削弱， 連梁不但承受墻、窗的豎向荷載， 還要肩負另一重任：

（l） 承受垂直方向連梁對本梁產生的扭矩；

（2）抵抗因結構平面周邊扭轉應力對連梁產生的側向彎矩；

（3）抵抗因室內外溫差引起的側向溫度應力產生的彎拒。

因此，連梁兩側配置足夠的構造腰筋是相當必要的。一般鋼筋直徑同墻體水平筋，轉角連梁不同于一般梁， 也不同于剪力墻之間的連梁， 它是一根整體折梁。當轉角兩端長相等時， 該梁具有較多的懸臂梁工作性質， 當梁長相差較大時， 較短梁的梁端將在一定程度上對較長梁起著彈性支承的作用。在配筋方面， 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（取0.2 和45ft/fy 中的較大值），而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。轉角梁上筋宜為一根帶 90 度彎角的 L 形鋼筋， 兩端錨入墻內長度 LaE 如在相交點處斷開由兩根鋼筋連接組成， 則宜采用機械連接或焊接連接。

3、與轉角窗相連剪力墻暗柱的設計方法及構造措施

轉角窗相連處的剪力墻， 其墻肢內端暗柱在首層柱根部彎矩會很大， 這是由于挑梁根部彎矩層層疊加下傳至首層暗柱根部時累計的結果。此時， 暗柱長度不能再按 1.5～2 倍墻厚取值。可以把角窗處的墻肢假象為普通柱。為了抵抗很大的根部彎矩， 必須把柱內受拉鋼筋配置在較大范圍之內。這個范圍就是此時剪力墻墻肢內暗柱的長度范圍，一般構造上取 600mm。另外， 如果與角窗相連的墻肢寬度過短時， 可能會出現抗彎不足的情況， 此時應該通過增加墻厚， 加大不利墻肢斷面的辦法， 加強墻肢的抗彎能力。

4、轉角窗處板內暗拉梁的設計方法及構造措施

轉角窗處樓板處于房屋外角邊緣， 其外角邊界是由梁支承而不是墻支承， 且扭轉剛度較差。故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（不小于150mm） 。樓板配筋也應適當加強， 宜采用雙層雙向10@150～12@150，并宜直通伸人相鄰房間板內適當長度， 板的配筋率不宜小于0.25%～0.3%。

參考文獻：

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[3] 章天恩. 鋼筋棍凝土高層住宅轉角窗處結構設計[J].建筑結構，2004，3（3）.

作者簡介：

郭容林，1984.03，男，滿，遼寧營口人，本科，研究方向：土木工程。

侯寧，1979.09-，男，漢，吉林人，本科，研究方向：土木工程.