高层剪力墙结构转角窗处墙体剪力分析

【摘 要】本文用PMSAP软件分析并计算转角连梁在不同高度和不同跨度下，转角部位墙体开洞后，墙体的剪力变化情况。

【关键词】剪力墙；转角窗；连梁

近几年来，很多剪力墙结构为满足建筑功能和通风采光的要求，在其拐角处做一凸出的阳台或凸窗，我们称之为转角窗。虽然转角窗取代了抗震性能较好的转角墙使高层住宅结构的扭转刚度大为削弱，但是开设转角窗的高层住宅，可使用户充分享受室外绿化景观和满足室内采光要求，得到了越来越多开发商的青睐。

一、角窗在计算模型里的建立

高层剪力墙结构最需要计算和分析的就是剪力墙的剪力，所以重点研究开洞与否对结构角部墙体剪力的影响情况。模型基于已建立的18层剪力墙塔楼结构和板楼结构，四个转角部位均开洞，转角连梁按按普通框架梁输入，梁截面尺寸为：梁宽同墙厚，梁高同窗间墙高。本文应用PMSAP软件进行内力计算，提取受力最大的角部墙体的剪力数据，绘制开洞大小不同时，墙体在地震方向与X轴夹角不同时的剪力变化图。其中底层、中间层、顶层剪力分别指模型中的首层，十层，十八层的转角墙体剪力值；还有转角连梁跨度为0mm时是指不开设角窗的剪力墙结构，跨度不同时，转角连梁高度均为900mm；转角连梁高度为0mm时也是指不开设角窗的剪力墙结构，高度不同时，转角连梁跨度均为1500mm。底层为首层，中间层为10层，顶层为18层。

二、PMSAP计算结果分析

1.塔楼剪力变化结果。（1）塔楼不开设转角窗时，地震方向与X轴夹角越大，结构底层剪力墙剪力越大；开设转角窗后，随着转角连梁跨度的增大，底层不同地震角所对应的剪力墙剪力总体趋势是先增大然后再减小，并且开始时增大的幅度很大，其中在转角连梁跨度为1200mm时，各片剪力墙剪力达到最大，接着随着转角连梁跨度的增大剪力墙剪力下降的趋势逐渐增大。还有地震方向与X轴夹角小于30°时，开洞后的塔楼剪力大于不开洞的塔楼，大于30°时开洞后的塔楼剪力小于不开洞的塔楼。（2）塔楼不开设转角窗时，地震方向与X轴夹角越大，结构中间层剪力墙剪力越大。随着跨度的增大，转角连梁跨度在0mm～600mm范围内时，以15°时的剪力为中心，不同地震角所对应的剪力由放射状逐渐向中间靠拢，转角连梁跨度在600mm～1500mm范围内时，剪力墙剪力随着转角连梁跨度的增大而减小，但在跨度为1500mm～1800mm间剪力重新形成放射状，此时地震方向与X轴夹角越大，剪力墙剪力越大，但是在转角连梁跨度为2400mm时，剪力墙剪力有靠拢趋势，但是这时地震方向与X轴夹角越大所对应剪力越小。（3）塔楼不开设转角窗时，地震方向与X轴夹角越大，结构顶层剪力墙剪力越小。顶层剪力墙剪力变化最有规则，转角连梁跨度为0mm～600mm时，不同地震角所对应的剪力随着转角连梁跨度的增大而减小，并且这时地震角越大剪力越大。当转角连梁跨度为600mm～1500mm时，不同地震角所对应的剪力随着转角连梁跨度的增大而增大，当转角连梁跨度为1500mm～1800mm时，不同地震角所对应的剪力随着跨度的增大而减小，跨度为1800mm～2400mm时，剪力随着跨度的增大而增大，还必须注意不开洞时，地震方向与X轴夹角越小剪力越大。但是开洞后都是地震方向与X轴夹角越大剪力越大，开洞后各片剪力墙剪力都比不开洞的小，开洞后转角连梁跨度在1800mm时剪力最小。（4）塔楼不开设转角窗时，底层不同地震角所对应的剪力分布较分散，并且相差也较大。当转角连梁高度为400mm时，不同地震角所对应的剪力分布最集中，相差最小，转角连梁高度在400mm～600mm范围内时，剪力逐渐增大并在高度为600mm时达到最大，接着不同地震角所对应的剪力随着转角连梁高度的增大，有向一起靠拢的趋势。还有塔楼开洞后，地震方向与X轴夹角越大，所对应的剪力越小，在夹角为30°时剪力达到最大。通过图还可以看出：地震方向与X轴夹角为60°、75°和90°时，开洞后的剪力比不开洞的小，但其他角度开洞后剪力增大。（5）塔楼中间层开设转角窗后，不同地震力夹角所对应的剪力小于不开洞的塔楼。当转角连梁高度为400mm时，地震方向与X轴夹角越大，剪力越小，随着高度的增大，剪力变化幅度却越来越小，当转角连梁高度超过1000mm时，不同地震角对应的剪力相差已经很小。（6）顶层不同地震角所对应的剪力都是随着转角连梁高度的增大而减小。不开洞时地震方向与X轴夹角越大剪力越小，但是开洞后都是地震方向与X轴夹角越大剪力越大。在同一跨度，不同地震角所对应的剪力相差不大。

2.板楼剪力变化结果。（1）板楼不开设转角窗时，地震方向与X轴夹角越大，结构底层剪力墙剪力越大，并且不同地震角所对应的剪力相差不太大，明显比塔楼要小。随着转角连梁跨度的增大，不同地震角所对应的剪力总体趋势是先降低再增高再降低，其中转角连梁跨度在0mm～600mm时剪力降低，接着跨度在600mm～1200mm时剪力都随着跨度的增大而增大，但是跨度为1500mm时，剪力变化波动很大，有提高的有降低的没有什么规律，当转角连梁跨度达到1800mm时，各片剪力墙剪力趋于稳定，当跨度在1800mm～400mm范围内时，剪力随着跨度的增大而减小。其中开洞后的板楼在地震角为30°时所对应的剪力最大，为90°时所对应的剪力最小。（2）板楼中间层的剪力变化很有规律，不同地震角所对应的剪力都是随着跨度的增大而减小，在跨度为1500mm时剪力波动较大。不开洞时地震方向与X轴夹角为45°时所对应的剪力最大，开洞后地震方向与X轴夹角为30°所对应的剪力最大，90°时剪力最小。开洞后的所有剪力墙剪力均小于不开洞的。（3）板楼不开设转角窗时，顶层地震方向与X轴夹角越大则剪力越小，不开洞时不同地震角所对应的剪力相差较大分布较分散，但是随着跨度的增大，当转角连梁跨为600mm时，不同地震角所对应的剪力几乎集中到一点，剪力达到最小值，然后随着跨度的增大剪力值慢慢分散，剪力变化幅度也越来越大。其中在跨度为1500mm时剪力变化波动较大，板楼开洞后还是在地震角为30°时所对应的剪力最大，为90°时所对应的剪力最小。（4）板楼底层转角连梁高度在0mm～400mm时，地震方向与X轴夹角为60°及其以上时剪力都是随着高度的增大而减小，60°以下则是剪力随着高度的增大而增大。当转角连梁高度大于400mm之后，不同地震角所对应的剪力都是随着高度的增大而增大，但是过了600mm之后，增大的幅度就不是太明显，在同一高度不同地震角时，各片剪力墙剪力相差较大，其中地震方向与X轴夹角为30°时剪力最大，为90°时剪力最小。（5）板楼中间层不开设角窗时，不同地震角所对应的剪力明显大于开设角窗的板楼。板楼开洞后，不同地震角所对应的剪力随着转角连梁高度的增大而增大，但是变化幅度不是太大，其中地震方向与X轴夹角为30°时剪力最大，夹角为90°时剪力最小。（6）板楼顶层：不同地震角所对应的剪力随着转角连梁高度的增大而减小，但是减小的幅度越来越小。当转角连梁高度为1200mm时剪力相差已经非常小。其中地震方向与X轴夹角为30°时剪力最大，为90°时剪力最小。

参 考 文 献

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