大開洞樓板洞口支撐形式研究

韓 勇，李圃林，李 軍，馮士倫，3

（1.中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院，天津 300074；2.天津市勘察院，天津 300191；3.天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津 300072）

1 引言

隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展、城市用地的緊張，產(chǎn)生了大量的基坑工程，且規(guī)模和深度不斷加大。為了節(jié)省工期，減少支撐拆除對周邊環(huán)境的影響，常常利用地下結(jié)構(gòu)的樓板作為地下室施工的水平支撐體系。由于結(jié)構(gòu)樓板上有各種設(shè)備、車道等洞口，這些洞口的存在削弱了支撐體系的水平剛度，而且可能出現(xiàn)局部應(yīng)力集中而引起的鋼筋混凝土開裂。因此，在開洞處采取適當(dāng)?shù)呐R時(shí)支撐加強(qiáng)洞口、保證樓板的水平剛度、防止支撐結(jié)構(gòu)的局部失效，是利用地下結(jié)構(gòu)樓板作為地下室施工的水平支撐體系需要迫切解決的問題。

陳圓［1］等人對開洞的無梁樓板豎向極限承載力進(jìn)行了研究，將開洞無梁樓板等效成與之抗彎剛度相等的等截面連續(xù)梁，計(jì)算了連續(xù)梁的總靜力彎矩，采用屈服線理論對一塊開洞方板的豎向極限承載力進(jìn)行分析，得出了各板帶對應(yīng)于不同開洞比的彎矩值；楊錚錚［2］介紹了某樓板大開洞住宅項(xiàng)目超限分析的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，采用ETABS和SATWE兩種不同的力學(xué)模型進(jìn)行整體計(jì)算分析比較；吳峰［3］等人采用殼單元及梁單元相結(jié)合的有限元模型，通過對有無開洞及有無水平荷載等不同情況下的典型樓板進(jìn)行比較分析，指出與常規(guī)僅承受豎向荷載作用的樓板不同，有水平荷載作用的大開洞樓板在靠洞邊一定區(qū)域內(nèi)的板面和相關(guān)梁內(nèi)會產(chǎn)生較大的面內(nèi)水平位移及拉力。本文重點(diǎn)探討開洞樓板作為地下室施工的支撐體系時(shí)的工作性態(tài)。

2 工程概況

本次研究以天津某工程實(shí)例進(jìn)行，該工程設(shè)計(jì)有三層地下室，基坑施工采用半逆作法，分別以地下室樓板為水平支撐，樓板厚度為0.35m，第二層地下室樓板受車庫坡道洞口影響較大，本文對此進(jìn)行研究。

地下二層樓板左側(cè)為坡道洞口，洞口寬4.5m、長35.55m；樓板支撐內(nèi)側(cè)布置寬1.2m、高1.0m的內(nèi)圈環(huán)梁，樓板支撐外側(cè)布置寬0.4m、高1.0m的外側(cè)圈梁（圖1）。樓板及圈梁混凝土采用C40混凝土，其彈性模量取值為32.5GPa。

圖1 地下二層樓板水平支撐布置

3 有限元模型計(jì)算及分析

采用三維殼單元模擬樓板及圈梁，有限元網(wǎng)格圖如圖2。綜合考慮經(jīng)濟(jì)安全及便捷施工等因素，對坡道洞口處的支撐方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出較優(yōu)化的4種洞口支撐形式（圖3）。

圖2 地下二層樓板網(wǎng)格

圖3 樓板洞口支撐形式

把4種樓板洞口支撐形式分別定義為a、b、c、d型，每種支撐形式分別按厚度0.35m（樓板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)厚度）和1.40m（樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)厚度的4倍）進(jìn)行計(jì)算分析。樓板洞口處腰梁的變形曲線如圖4和圖5所示。從圖中可以看出，洞口中央的變形最大，兩側(cè)最小，并且變形曲線有波浪起伏的現(xiàn)象，這是符合結(jié)構(gòu)變形特征的。它既反映了支撐形式的整體工作特性（洞口中央的變形最大），又反映了支撐形式的局部工作特性（有側(cè)向支點(diǎn)的位置位移小，側(cè)向支點(diǎn)間的位移大，即波浪起伏現(xiàn)象）。另外，a型洞口支撐比其他3種洞口支撐的變形明顯大，說明斜向支撐桿件的作用很大，是不能忽視的。

圖4 0.35m厚支撐變形

圖5 1.4m厚支撐變形

4種樓板洞口支撐形式在兩種支撐厚度時(shí)的最大變形值匯總表如表1。

表1 各支撐形式最大位移

由表1可以看出，同種支撐形式支撐厚度由0.35m加厚至1.4m，洞口處位移均有所減小，但減小值較小，說明增加支撐厚度對洞口位移的減小效果不明顯，不宜采用。

對比0.35m厚的4種樓板洞口支撐形式計(jì)算結(jié)果，a型支撐最大位移最大，安全性最低，但其施工最為方便，也最為經(jīng)濟(jì)；b型支撐最大位移較a型有所減小，但三桿交匯處最多，施工最復(fù)雜；c型支撐最大位移較小，但三桿交匯處也較多，施工也較復(fù)雜；d型支撐最大位移最小，安全性最高，無三桿交匯，施工操作方便。綜合考慮經(jīng)濟(jì)、安全、施工等方面的因素，0.35m厚度的d型支撐應(yīng)為最優(yōu)方案。

4 結(jié)語

（1）支撐厚度由0.35m加厚至1.4m，開洞處樓板最大位移有所減小，但減小值較小，故增加支撐厚度對洞口位移的減小效果不明顯，不宜采用。

（2）綜合考慮經(jīng)濟(jì)、安全、施工等方面的因素，0.35m厚度的d型支撐為最優(yōu)方案，建議施工推廣。

［1］陳 圓，曹雙寅.開洞無梁樓板的極限承載力簡化分析［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2003，33（5）:613～616.

［2］楊錚錚.某樓板大開洞住宅項(xiàng)目超限分析［J］.廣東土木與建筑，2009（4）:10～12.

［3］吳 峰，王 浩，葛 瀟.地下結(jié)構(gòu)大開洞樓板的受力分析［J］，工業(yè)建筑，2009，39（1）:436～439.