楼板局部大开洞结构工程实例分析

占 文 峰

(中铁二院重庆勘察设计研究院有限责任公司，重庆 400023)

建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则建筑主要分为竖向不规则和平面不规则，其中楼板不连续开大洞为典型的平面不规则结构体系。楼板作为建筑结构中重要的受力构件和传力构件，对结构的抗震性能有着重大的影响，合理的楼板布置不仅能保证楼板本身的安全，也能有效的传递水平地震力。

在实际工程中，一些大型商业或公共建筑为了保证建筑及装修效果，往往采取楼板开大洞的措施，导致平面严重不规则，造成楼板和局部框架梁的应力集中。现选取一个楼板严重不规则的工程实例，对不规则楼板用有限元的方法进行应力分析，用于评价楼板开大洞后的不利影响。

1 结构基本情况

结构基本情况如表1所示,结构整体视图如图1所示。

表1 结构基本情况表

2 楼板主应力分析

2.1 楼板开洞示意图

该工程各层均开有较大洞口，各层洞口大小不一致且上下位置错位，为典型的平面不规则超限结构。各层平面布置如图2～图7所示。

2.2 分析软件与模型

在地震作用下，楼板除了承担竖向荷载之外，还自始自终的在传递和分配水平力，协调同一楼层中竖向构件的变形。特别是在本工程的第2,3,6层，存在较大楼板开洞，开洞面积和开洞后的有效楼板宽度均超过规范限值。在此种情况下，楼板是否还能够保证足够的传递和分配水平力的功能，需要通过弹性楼板的有限元分析进行验证。

分析软件选用PKPM系列的PMSAP程序，进行了办公楼结构1,2,3,4,6,7层的有限元计算。计算时第1,2,3,4,6,7所有楼板设置为弹性板6，为每个节点具有所有6个自由度的壳单元，计算大震作用下的楼板弹性应力，验算该部分续楼板的结构设计。

2.3 楼板应力计算结果

楼板在地震中作用是传递和分配水平力，而不是作为主要抵抗水平力的耗能构件，因此结构设计中的延性耗能机制不应该体现在楼板中。本工程中对各层结构楼板用以进行楼板校核和设计的标准为：在多遇地震作用下，楼板保持弹性，不出现裂缝，主拉应力标准值不超过混凝土抗拉设计值；在设防地震作用下，楼板保持弹性，主拉应力标准值不超过混凝土抗拉标准值；在罕遇地震作用下，楼板不出现重大破坏或不影响整体结构安全。

根据以上标准对结构分别进行小震和中震分析，同时进行大震复核。

楼板在小震作用下，其最大主拉应力为1.07 MPa，远小于C40混凝土抗拉强度设计值1.71 MPa。

楼板在中震作用下，楼板主拉应力绝大部分小于C40混凝土抗拉强度设计值，只在7层以上局部梁板交接处出现明显的应力集中，其最大主拉应力为1.98 MPa，大于C40混凝土抗拉强度设计值，但小于混凝土抗拉强度标准值2.51 MPa。

楼板在大震作用下，楼板主拉应力绝大部分小于C40混凝土抗拉强度设计值，只在7层以上局部梁板交接处出现明显的应力集中，其最大主拉应力为3.072 MPa，大于C40混凝土抗拉强度标准值。

3 结语

1)大开洞楼板不再符合刚性楼板假设，必须采用弹性楼板模型，进行地震荷载作用下的应力分析。

2)根据以上各层楼面板应力结果，楼板局部开洞后，楼板应力分布非常不均匀，洞口边缘的应力较大；楼板开洞的第一层楼板应力较大；楼板偏置的情况下，楼板应力较大。结合以上分析情况，一方面要对楼板进行整体构造加强，如增加板厚、钢筋双层双向，另一方面要针对应力特别大的部位局部再加强，如采取增大楼板配筋率，洞口边缘梁纵向钢筋需通长设置等措施。

3)楼板绝大部分满足设计要求，只在大震作用下7层以上梁板应力集中处超出限值，故在施工图设计时，应考虑该部位楼板在大震作用下可能出现的这种极端情况，考虑洞口连接部位失效后，7层以上按多塔结构进行复核，按包络法设计以实现大震不倒的设计目标。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[2] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] 马彦晓，郭远翔.楼板不连续时的抗震设计[J].河北工程大学学报，2010，27(3)：18-20.