大开洞楼板洞口支撑形式研究

2012-08-27李圃林冯士伦

绿色科技 2012年7期

韩勇，李圃林，李军，冯士伦，3

（1.中国市政工程华北设计研究总院，天津 300074；2.天津市勘察院，天津 300191；3.天津大学建筑工程学院，天津 300072）

1 引言

随着城市建设的高速发展、城市用地的紧张，产生了大量的基坑工程，且规模和深度不断加大。为了节省工期，减少支撑拆除对周边环境的影响，常常利用地下结构的楼板作为地下室施工的水平支撑体系。由于结构楼板上有各种设备、车道等洞口，这些洞口的存在削弱了支撑体系的水平刚度，而且可能出现局部应力集中而引起的钢筋混凝土开裂。因此，在开洞处采取适当的临时支撑加强洞口、保证楼板的水平刚度、防止支撑结构的局部失效，是利用地下结构楼板作为地下室施工的水平支撑体系需要迫切解决的问题。

陈圆［1］等人对开洞的无梁楼板竖向极限承载力进行了研究，将开洞无梁楼板等效成与之抗弯刚度相等的等截面连续梁，计算了连续梁的总静力弯矩，采用屈服线理论对一块开洞方板的竖向极限承载力进行分析，得出了各板带对应于不同开洞比的弯矩值；杨铮铮［2］介绍了某楼板大开洞住宅项目超限分析的结构设计思路，采用ETABS和SATWE两种不同的力学模型进行整体计算分析比较；吴峰［3］等人采用壳单元及梁单元相结合的有限元模型，通过对有无开洞及有无水平荷载等不同情况下的典型楼板进行比较分析，指出与常规仅承受竖向荷载作用的楼板不同，有水平荷载作用的大开洞楼板在靠洞边一定区域内的板面和相关梁内会产生较大的面内水平位移及拉力。本文重点探讨开洞楼板作为地下室施工的支撑体系时的工作性态。

2 工程概况

本次研究以天津某工程实例进行，该工程设计有三层地下室，基坑施工采用半逆作法，分别以地下室楼板为水平支撑，楼板厚度为0.35m，第二层地下室楼板受车库坡道洞口影响较大，本文对此进行研究。

地下二层楼板左侧为坡道洞口，洞口宽4.5m、长35.55m；楼板支撑内侧布置宽1.2m、高1.0m的内圈环梁，楼板支撑外侧布置宽0.4m、高1.0m的外侧圈梁（图1）。楼板及圈梁混凝土采用C40混凝土，其弹性模量取值为32.5GPa。

图1 地下二层楼板水平支撑布置

3 有限元模型计算及分析

采用三维壳单元模拟楼板及圈梁，有限元网格图如图2。综合考虑经济安全及便捷施工等因素，对坡道洞口处的支撑方式进行设计，提出较优化的4种洞口支撑形式（图3）。

图2 地下二层楼板网格

图3 楼板洞口支撑形式

把4种楼板洞口支撑形式分别定义为a、b、c、d型，每种支撑形式分别按厚度0.35m（楼板结构的设计厚度）和1.40m（楼板结构设计厚度的4倍）进行计算分析。楼板洞口处腰梁的变形曲线如图4和图5所示。从图中可以看出，洞口中央的变形最大，两侧最小，并且变形曲线有波浪起伏的现象，这是符合结构变形特征的。它既反映了支撑形式的整体工作特性（洞口中央的变形最大），又反映了支撑形式的局部工作特性（有侧向支点的位置位移小，侧向支点间的位移大，即波浪起伏现象）。另外，a型洞口支撑比其他3种洞口支撑的变形明显大，说明斜向支撑杆件的作用很大，是不能忽视的。

图4 0.35m厚支撑变形

图5 1.4m厚支撑变形

4种楼板洞口支撑形式在两种支撑厚度时的最大变形值汇总表如表1。

表1 各支撑形式最大位移

由表1可以看出，同种支撑形式支撑厚度由0.35m加厚至1.4m，洞口处位移均有所减小，但减小值较小，说明增加支撑厚度对洞口位移的减小效果不明显，不宜采用。

对比0.35m厚的4种楼板洞口支撑形式计算结果，a型支撑最大位移最大，安全性最低，但其施工最为方便，也最为经济；b型支撑最大位移较a型有所减小，但三杆交汇处最多，施工最复杂；c型支撑最大位移较小，但三杆交汇处也较多，施工也较复杂；d型支撑最大位移最小，安全性最高，无三杆交汇，施工操作方便。综合考虑经济、安全、施工等方面的因素，0.35m厚度的d型支撑应为最优方案。