常 鑫

(中鐵三局集團有限公司勘測設計分公司，山西 太原 030024)

0 引言

目前許多公共建筑及大型商業(yè)建筑采用樓板開大洞的方式，來滿足建筑形象的多樣化及建筑功能的復雜化要求，但樓板作為主要傳力構件，開洞后必然對結(jié)構的抗震性能有嚴重影響，現(xiàn)行規(guī)范對開洞大小也有著明確限制。本文通過工程實例，采用MIDAS軟件，研究開洞位置及開洞率對高層結(jié)構抗震性能的影響。

1 工程基本情況

參考工程實例為神朔鐵路分公司燕家塔站區(qū)新建公寓樓項目，由中鐵三局勘測設計分公司承攬設計，工程地點為陜西省神木市，抗震設防烈度為6度，建筑類別乙類，結(jié)構形式為框架剪力墻結(jié)構，建筑總面積為9 777.6 m2，嵌固層以上為15層，地下部分為1層地下室，建筑總高為59.9 m，因大型設備吊裝進入地下室及設立中庭，在地下室、1層及2層頂板均開有較大洞口，但開洞率及開洞位置可根據(jù)實際情況進行調(diào)整，故通過MIDAS有限元分析軟件建立整體模型分別對不同開洞率且不同開洞位置進行結(jié)構抗震性能分析，模型如圖1所示。

2 MIDAS有限元分析過程

本次分析分別采用固定開洞位置不同開洞率、固定開洞率及不同開洞位置兩種工程常遇情況進行分析，但樓板的剛性特征對抗震性能影響較大，筆者認為分析內(nèi)容應將兩種不同樓板特性進行細分，故分析內(nèi)容如下。

2.1 固定開洞位置不同開洞率分析

洞口位置固定于建筑中部(如圖2a)中Ⅰ開洞情況)，開洞率采用0%，6.66%,3.32%,19.98%,26.64%,33.3%。按照地下室、一層及二層頂板開洞剛性樓板和彈性樓板分別進行模型計算得到數(shù)據(jù)后，進行數(shù)據(jù)整理見圖3。

樓板開洞會導致結(jié)構剛度和質(zhì)量的降低從而影響結(jié)構周期，由圖3a)所示結(jié)果可知，周期隨樓板開洞的增大而增大，且開洞率在20%以內(nèi)時，變化幅度在5%左右。

最大層間位移角可以較為直觀反映結(jié)構地震水平力作用和結(jié)構剛度的相互影響，由圖3b)所示結(jié)果可知，最大層間位移角隨著樓板開洞率的增大而增大，且開洞率在20%以內(nèi)時，層間位移角變化幅度在3%以內(nèi)，對結(jié)構整體抗震影響較小。開洞率對層間位移比的影響幅度不大(如圖3c)所示)。

通過分析對比圖3中彈性樓板與剛性樓板的數(shù)據(jù)可以看出，彈性樓板相較剛性樓板，周期增大，層間位移角加大，但在開洞率20%以內(nèi)時兩種情況周期、位移基本一致。

2.2 固定開洞率及不同開洞位置分析

通過2.1的分析可知開洞率在20%以內(nèi)時對結(jié)構抗震性能影響較小，故將開洞率設置固定值19.98%，開洞平面位置分別為中部(Ⅰ)、四周(Ⅱ)、長邊一側(cè)(Ⅲ)、短邊一側(cè)(Ⅳ)、角部(Ⅴ)(如圖2a),圖2b)所示)，開洞樓層為地下室、一層及二層頂板，按照剛性樓板和彈性樓板分別建立模型后進行數(shù)據(jù)分析整理如圖4所示。

從圖4數(shù)據(jù)所示：

剛性樓板與彈性樓板模型在不同開洞位置時周期、層間位移、最大層間位移比變化趨于一致。

僅從開洞位置不同的角度來看，剛性樓板與彈性樓板模型在四周布置開洞時均為抗震最不利位置，長邊一側(cè)和中部布置次之。

當開洞位置處于四周布置時，對比剛性樓板模型與彈性樓板模型發(fā)現(xiàn)，彈性樓板周期、最大層間位移、最大層間位移比明顯大于剛性樓板，說明剛性樓板抗震設計中效果要優(yōu)于彈性樓板。而角部集中及短邊一側(cè)開洞且采用剛性樓板時對整體影響較小，為最優(yōu)洞口布置方案。

3 結(jié)論

本文通過分析研究不同開洞率及開洞位置對框—剪結(jié)構整體抗震性能，對工程中常見樓板開洞問題進行討論，可以得到以下幾點結(jié)論：

1)框—剪結(jié)構整體抗震性能隨樓板局部開洞率的增大而減弱，但減弱程度較小，開洞率控制在20%以內(nèi)對框—剪結(jié)構整體抗震性能影響較小。

2)剛性樓板與彈性樓板在開洞率20%以內(nèi)對框—剪結(jié)構抗震性能影響差別不明顯。

3)框—剪結(jié)構整體抗震性能隨樓板局部開洞位置的不同而不同，最不利開洞為四周均勻開洞，相對四周均勻開洞有利開洞位置為角部集中開洞及短邊一側(cè)開洞。

4)GB 50011建筑抗震設計規(guī)范中規(guī)定樓板開洞面積大于該層樓面面積的30%時視為局部不連續(xù)，通過本文分析當樓板采用彈性樓板，開洞位置均勻布置在樓面四角，且樓面開洞率在20%以上時，應對設計進行進一步考慮，以確保整體結(jié)構抗震性能可靠性。