樓板局部大開洞結(jié)構(gòu)工程實例分析

占 文 峰

(中鐵二院重慶勘察設(shè)計研究院有限責任公司，重慶 400023)

建筑設(shè)計應(yīng)根據(jù)抗震概念設(shè)計的要求明確建筑形體的規(guī)則性。不規(guī)則建筑主要分為豎向不規(guī)則和平面不規(guī)則，其中樓板不連續(xù)開大洞為典型的平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)體系。樓板作為建筑結(jié)構(gòu)中重要的受力構(gòu)件和傳力構(gòu)件，對結(jié)構(gòu)的抗震性能有著重大的影響，合理的樓板布置不僅能保證樓板本身的安全，也能有效的傳遞水平地震力。

在實際工程中，一些大型商業(yè)或公共建筑為了保證建筑及裝修效果，往往采取樓板開大洞的措施，導(dǎo)致平面嚴重不規(guī)則，造成樓板和局部框架梁的應(yīng)力集中。現(xiàn)選取一個樓板嚴重不規(guī)則的工程實例，對不規(guī)則樓板用有限元的方法進行應(yīng)力分析，用于評價樓板開大洞后的不利影響。

1 結(jié)構(gòu)基本情況

結(jié)構(gòu)基本情況如表1所示,結(jié)構(gòu)整體視圖如圖1所示。

表1 結(jié)構(gòu)基本情況表

2 樓板主應(yīng)力分析

2.1 樓板開洞示意圖

該工程各層均開有較大洞口，各層洞口大小不一致且上下位置錯位，為典型的平面不規(guī)則超限結(jié)構(gòu)。各層平面布置如圖2～圖7所示。

2.2 分析軟件與模型

在地震作用下，樓板除了承擔豎向荷載之外，還自始自終的在傳遞和分配水平力，協(xié)調(diào)同一樓層中豎向構(gòu)件的變形。特別是在本工程的第2,3,6層，存在較大樓板開洞，開洞面積和開洞后的有效樓板寬度均超過規(guī)范限值。在此種情況下，樓板是否還能夠保證足夠的傳遞和分配水平力的功能，需要通過彈性樓板的有限元分析進行驗證。

分析軟件選用PKPM系列的PMSAP程序，進行了辦公樓結(jié)構(gòu)1,2,3,4,6,7層的有限元計算。計算時第1,2,3,4,6,7所有樓板設(shè)置為彈性板6，為每個節(jié)點具有所有6個自由度的殼單元，計算大震作用下的樓板彈性應(yīng)力，驗算該部分續(xù)樓板的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.3 樓板應(yīng)力計算結(jié)果

樓板在地震中作用是傳遞和分配水平力，而不是作為主要抵抗水平力的耗能構(gòu)件，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計中的延性耗能機制不應(yīng)該體現(xiàn)在樓板中。本工程中對各層結(jié)構(gòu)樓板用以進行樓板校核和設(shè)計的標準為：在多遇地震作用下，樓板保持彈性，不出現(xiàn)裂縫，主拉應(yīng)力標準值不超過混凝土抗拉設(shè)計值；在設(shè)防地震作用下，樓板保持彈性，主拉應(yīng)力標準值不超過混凝土抗拉標準值；在罕遇地震作用下，樓板不出現(xiàn)重大破壞或不影響整體結(jié)構(gòu)安全。

根據(jù)以上標準對結(jié)構(gòu)分別進行小震和中震分析，同時進行大震復(fù)核。

樓板在小震作用下，其最大主拉應(yīng)力為1.07 MPa，遠小于C40混凝土抗拉強度設(shè)計值1.71 MPa。

樓板在中震作用下，樓板主拉應(yīng)力絕大部分小于C40混凝土抗拉強度設(shè)計值，只在7層以上局部梁板交接處出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中，其最大主拉應(yīng)力為1.98 MPa，大于C40混凝土抗拉強度設(shè)計值，但小于混凝土抗拉強度標準值2.51 MPa。

樓板在大震作用下，樓板主拉應(yīng)力絕大部分小于C40混凝土抗拉強度設(shè)計值，只在7層以上局部梁板交接處出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中，其最大主拉應(yīng)力為3.072 MPa，大于C40混凝土抗拉強度標準值。

3 結(jié)語

1)大開洞樓板不再符合剛性樓板假設(shè)，必須采用彈性樓板模型，進行地震荷載作用下的應(yīng)力分析。

2)根據(jù)以上各層樓面板應(yīng)力結(jié)果，樓板局部開洞后，樓板應(yīng)力分布非常不均勻，洞口邊緣的應(yīng)力較大；樓板開洞的第一層樓板應(yīng)力較大；樓板偏置的情況下，樓板應(yīng)力較大。結(jié)合以上分析情況，一方面要對樓板進行整體構(gòu)造加強，如增加板厚、鋼筋雙層雙向，另一方面要針對應(yīng)力特別大的部位局部再加強，如采取增大樓板配筋率，洞口邊緣梁縱向鋼筋需通長設(shè)置等措施。

3)樓板絕大部分滿足設(shè)計要求，只在大震作用下7層以上梁板應(yīng)力集中處超出限值，故在施工圖設(shè)計時，應(yīng)考慮該部位樓板在大震作用下可能出現(xiàn)的這種極端情況，考慮洞口連接部位失效后，7層以上按多塔結(jié)構(gòu)進行復(fù)核，按包絡(luò)法設(shè)計以實現(xiàn)大震不倒的設(shè)計目標。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 馬彥曉，郭遠翔.樓板不連續(xù)時的抗震設(shè)計[J].河北工程大學學報，2010，27(3)：18-20.