樓板局部大開洞結構工程實例分析

占 文 峰

(中鐵二院重慶勘察設計研究院有限責任公司，重慶 400023)

建筑設計應根據抗震概念設計的要求明確建筑形體的規則性。不規則建筑主要分為豎向不規則和平面不規則，其中樓板不連續開大洞為典型的平面不規則結構體系。樓板作為建筑結構中重要的受力構件和傳力構件，對結構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，導致平面嚴重不規則，造成樓板和局部框架梁的應力集中。現選取一個樓板嚴重不規則的工程實例，對不規則樓板用有限元的方法進行應力分析，用于評價樓板開大洞后的不利影響。

1 結構基本情況

結構基本情況如表1所示,結構整體視圖如圖1所示。

表1 結構基本情況表

2 樓板主應力分析

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，為典型的平面不規則超限結構。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，協調同一樓層中豎向構件的變形。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，進行了辦公樓結構1,2,3,4,6,7層的有限元計算。計算時第1,2,3,4,6,7所有樓板設置為彈性板6，為每個節點具有所有6個自由度的殼單元，計算大震作用下的樓板彈性應力，驗算該部分續樓板的結構設計。

2.3 樓板應力計算結果

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件，因此結構設計中的延性耗能機制不應該體現在樓板中。本工程中對各層結構樓板用以進行樓板校核和設計的標準為：在多遇地震作用下，樓板保持彈性，不出現裂縫，主拉應力標準值不超過混凝土抗拉設計值；在設防地震作用下，樓板保持彈性，主拉應力標準值不超過混凝土抗拉標準值；在罕遇地震作用下，樓板不出現重大破壞或不影響整體結構安全。

根據以上標準對結構分別進行小震和中震分析，同時進行大震復核。

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

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

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

3 結語

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

2)根據以上各層樓面板應力結果，樓板局部開洞后，樓板應力分布非常不均勻，洞口邊緣的應力較大；樓板開洞的第一層樓板應力較大；樓板偏置的情況下，樓板應力較大。結合以上分析情況，一方面要對樓板進行整體構造加強，如增加板厚、鋼筋雙層雙向，另一方面要針對應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置等措施。

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

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].

[2] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

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