高層剪力墻結構轉角窗處墻體剪力分析

【摘 要】本文用PMSAP軟件分析并計算轉角連梁在不同高度和不同跨度下，轉角部位墻體開洞后，墻體的剪力變化情況。

【關鍵詞】剪力墻；轉角窗；連梁

近幾年來，很多剪力墻結構為滿足建筑功能和通風采光的要求，在其拐角處做一凸出的陽臺或凸窗，我們稱之為轉角窗。雖然轉角窗取代了抗震性能較好的轉角墻使高層住宅結構的扭轉剛度大為削弱，但是開設轉角窗的高層住宅，可使用戶充分享受室外綠化景觀和滿足室內采光要求，得到了越來越多開發商的青睞。

一、角窗在計算模型里的建立

高層剪力墻結構最需要計算和分析的就是剪力墻的剪力，所以重點研究開洞與否對結構角部墻體剪力的影響情況。模型基于已建立的18層剪力墻塔樓結構和板樓結構，四個轉角部位均開洞，轉角連梁按按普通框架梁輸入，梁截面尺寸為：梁寬同墻厚，梁高同窗間墻高。本文應用PMSAP軟件進行內力計算，提取受力最大的角部墻體的剪力數據，繪制開洞大小不同時，墻體在地震方向與X軸夾角不同時的剪力變化圖。其中底層、中間層、頂層剪力分別指模型中的首層，十層，十八層的轉角墻體剪力值；還有轉角連梁跨度為0mm時是指不開設角窗的剪力墻結構，跨度不同時，轉角連梁高度均為900mm；轉角連梁高度為0mm時也是指不開設角窗的剪力墻結構，高度不同時，轉角連梁跨度均為1500mm。底層為首層，中間層為10層，頂層為18層。

二、PMSAP計算結果分析

1.塔樓剪力變化結果。（1）塔樓不開設轉角窗時，地震方向與X軸夾角越大，結構底層剪力墻剪力越大；開設轉角窗后，隨著轉角連梁跨度的增大，底層不同地震角所對應的剪力墻剪力總體趨勢是先增大然后再減小，并且開始時增大的幅度很大，其中在轉角連梁跨度為1200mm時，各片剪力墻剪力達到最大，接著隨著轉角連梁跨度的增大剪力墻剪力下降的趨勢逐漸增大。還有地震方向與X軸夾角小于30°時，開洞后的塔樓剪力大于不開洞的塔樓，大于30°時開洞后的塔樓剪力小于不開洞的塔樓。（2）塔樓不開設轉角窗時，地震方向與X軸夾角越大，結構中間層剪力墻剪力越大。隨著跨度的增大，轉角連梁跨度在0mm～600mm范圍內時，以15°時的剪力為中心，不同地震角所對應的剪力由放射狀逐漸向中間靠攏，轉角連梁跨度在600mm～1500mm范圍內時，剪力墻剪力隨著轉角連梁跨度的增大而減小，但在跨度為1500mm～1800mm間剪力重新形成放射狀，此時地震方向與X軸夾角越大，剪力墻剪力越大，但是在轉角連梁跨度為2400mm時，剪力墻剪力有靠攏趨勢，但是這時地震方向與X軸夾角越大所對應剪力越小。（3）塔樓不開設轉角窗時，地震方向與X軸夾角越大，結構頂層剪力墻剪力越小。頂層剪力墻剪力變化最有規則，轉角連梁跨度為0mm～600mm時，不同地震角所對應的剪力隨著轉角連梁跨度的增大而減小，并且這時地震角越大剪力越大。當轉角連梁跨度為600mm～1500mm時，不同地震角所對應的剪力隨著轉角連梁跨度的增大而增大，當轉角連梁跨度為1500mm～1800mm時，不同地震角所對應的剪力隨著跨度的增大而減小，跨度為1800mm～2400mm時，剪力隨著跨度的增大而增大，還必須注意不開洞時，地震方向與X軸夾角越小剪力越大。但是開洞后都是地震方向與X軸夾角越大剪力越大，開洞后各片剪力墻剪力都比不開洞的小，開洞后轉角連梁跨度在1800mm時剪力最小。（4）塔樓不開設轉角窗時，底層不同地震角所對應的剪力分布較分散，并且相差也較大。當轉角連梁高度為400mm時，不同地震角所對應的剪力分布最集中，相差最小，轉角連梁高度在400mm～600mm范圍內時，剪力逐漸增大并在高度為600mm時達到最大，接著不同地震角所對應的剪力隨著轉角連梁高度的增大，有向一起靠攏的趨勢。還有塔樓開洞后，地震方向與X軸夾角越大，所對應的剪力越小，在夾角為30°時剪力達到最大。通過圖還可以看出：地震方向與X軸夾角為60°、75°和90°時，開洞后的剪力比不開洞的小，但其他角度開洞后剪力增大。（5）塔樓中間層開設轉角窗后，不同地震力夾角所對應的剪力小于不開洞的塔樓。當轉角連梁高度為400mm時，地震方向與X軸夾角越大，剪力越小，隨著高度的增大，剪力變化幅度卻越來越小，當轉角連梁高度超過1000mm時，不同地震角對應的剪力相差已經很小。（6）頂層不同地震角所對應的剪力都是隨著轉角連梁高度的增大而減小。不開洞時地震方向與X軸夾角越大剪力越小，但是開洞后都是地震方向與X軸夾角越大剪力越大。在同一跨度，不同地震角所對應的剪力相差不大。

2.板樓剪力變化結果。（1）板樓不開設轉角窗時，地震方向與X軸夾角越大，結構底層剪力墻剪力越大，并且不同地震角所對應的剪力相差不太大，明顯比塔樓要小。隨著轉角連梁跨度的增大，不同地震角所對應的剪力總體趨勢是先降低再增高再降低，其中轉角連梁跨度在0mm～600mm時剪力降低，接著跨度在600mm～1200mm時剪力都隨著跨度的增大而增大，但是跨度為1500mm時，剪力變化波動很大，有提高的有降低的沒有什么規律，當轉角連梁跨度達到1800mm時，各片剪力墻剪力趨于穩定，當跨度在1800mm～400mm范圍內時，剪力隨著跨度的增大而減小。其中開洞后的板樓在地震角為30°時所對應的剪力最大，為90°時所對應的剪力最小。（2）板樓中間層的剪力變化很有規律，不同地震角所對應的剪力都是隨著跨度的增大而減小，在跨度為1500mm時剪力波動較大。不開洞時地震方向與X軸夾角為45°時所對應的剪力最大，開洞后地震方向與X軸夾角為30°所對應的剪力最大，90°時剪力最小。開洞后的所有剪力墻剪力均小于不開洞的。（3）板樓不開設轉角窗時，頂層地震方向與X軸夾角越大則剪力越小，不開洞時不同地震角所對應的剪力相差較大分布較分散，但是隨著跨度的增大，當轉角連梁跨為600mm時，不同地震角所對應的剪力幾乎集中到一點，剪力達到最小值，然后隨著跨度的增大剪力值慢慢分散，剪力變化幅度也越來越大。其中在跨度為1500mm時剪力變化波動較大，板樓開洞后還是在地震角為30°時所對應的剪力最大，為90°時所對應的剪力最小。（4）板樓底層轉角連梁高度在0mm～400mm時，地震方向與X軸夾角為60°及其以上時剪力都是隨著高度的增大而減小，60°以下則是剪力隨著高度的增大而增大。當轉角連梁高度大于400mm之后，不同地震角所對應的剪力都是隨著高度的增大而增大，但是過了600mm之后，增大的幅度就不是太明顯，在同一高度不同地震角時，各片剪力墻剪力相差較大，其中地震方向與X軸夾角為30°時剪力最大，為90°時剪力最小。（5）板樓中間層不開設角窗時，不同地震角所對應的剪力明顯大于開設角窗的板樓。板樓開洞后，不同地震角所對應的剪力隨著轉角連梁高度的增大而增大，但是變化幅度不是太大，其中地震方向與X軸夾角為30°時剪力最大，夾角為90°時剪力最小。（6）板樓頂層：不同地震角所對應的剪力隨著轉角連梁高度的增大而減小，但是減小的幅度越來越小。當轉角連梁高度為1200mm時剪力相差已經非常小。其中地震方向與X軸夾角為30°時剪力最大，為90°時剪力最小。

參 考 文 獻

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