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計研究總院，天津 300074；2.天津市勘察院，天津 300191；3.天津大學 建筑工程學院，天津 300072）

1 引言

隨著城市建設的高速發展、城市用地的緊張，產生了大量的基坑工程，且規模和深度不斷加大。為了節省工期，減少支撐拆除對周邊環境的影響，常常利用地下結構的樓板作為地下室施工的水平支撐體系。由于結構樓板上有各種設備、車道等洞口，這些洞口的存在削弱了支撐體系的水平剛度，而且可能出現局部應力集中而引起的鋼筋混凝土開裂。因此，在開洞處采取適當的臨時支撐加強洞口、保證樓板的水平剛度、防止支撐結構的局部失效，是利用地下結構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梁，計算了連續梁的總靜力彎矩，采用屈服線理論對一塊開洞方板的豎向極限承載力進行分析，得出了各板帶對應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目超限分析的結構設計思路，采用ETABS和SATWE兩種不同的力學模型進行整體計算分析比較；吳峰［3］等人采用殼單元及梁單元相結合的有限元模型，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行比較分析，指出與常規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域內的板面和相關梁內會產生較大的面內水平位移及拉力。本文重點探討開洞樓板作為地下室施工的支撐體系時的工作性態。

2 工程概況

本次研究以天津某工程實例進行，該工程設計有三層地下室，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，本文對此進行研究。

地下二層樓板左側為坡道洞口，洞口寬4.5m、長35.55m；樓板支撐內側布置寬1.2m、高1.0m的內圈環梁，樓板支撐外側布置寬0.4m、高1.0m的外側圈梁（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 有限元模型計算及分析

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

圖2 地下二層樓板網格

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（樓板結構的設計厚度）和1.40m（樓板結構設計厚度的4倍）進行計算分析。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，兩側最小，并且變形曲線有波浪起伏的現象，這是符合結構變形特征的。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（有側向支點的位置位移小，側向支點間的位移大，即波浪起伏現象）。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算結果，a型支撐最大位移最大，安全性最低，但其施工最為方便，也最為經濟；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。綜合考慮經濟、安全、施工等方面的因素，0.35m厚度的d型支撐應為最優方案。

4 結語

（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）綜合考慮經濟、安全、施工等方面的因素，0.35m厚度的d型支撐為最優方案，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］.東南大學學報:自然科學版，2003，33（5）:613～616.

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

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