李文明，唐田雨，仲懷峰，王 鵬，張 帆（中建八局第三建設(shè)有限公司，上海 201206）

樓面開洞對結(jié)構(gòu)受力，尤其是整體性能的影響不言而喻。隨著城市老舊建筑更新加快，目前，既有建筑改造和加固的項目越來越多，如加裝電梯、樓板局部開洞等。此時，結(jié)構(gòu)加固設(shè)計人員就需要合理評估樓板開洞的影響，以便有針對性地采取有效的加固措施，保證建筑安全達(dá)到安全，經(jīng)濟(jì)的效果。

本文采用 SAP 2000 建立 3 個鋼筋混凝土框架模型，探究樓板局部開洞、洞口邊梁施加預(yù)應(yīng)力對框架結(jié)構(gòu)層間位移角和最大層間位移與層間平均位移比值的影響，對比分析不同模型中洞口邊梁的內(nèi)力和變形。

1 模型建立

框架模型為X方向 2 跨，柱距 6 m，Y方向 2 跨，柱距6 m，模型共兩層，每層層高均為 3 m，如圖 1 所示。柱底支撐條件取固定端。模型 1 結(jié)構(gòu)樓板不開洞。模型 2 在首層頂板局部開洞，如圖 2 所示。模型 3 在模型 2 的基礎(chǔ)上，對洞口邊梁E施加預(yù)應(yīng)力，洞口邊梁中的預(yù)應(yīng)力筋采用中強度預(yù)應(yīng)力鋼絲，公稱直徑 9 mm，極限強度標(biāo)準(zhǔn)值取1 270 N/mm2，預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力取 50 kN，滿足GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（2015 年版）中關(guān)于預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力的規(guī)定。

圖1 框架模型示意

圖2 梁中預(yù)應(yīng)力筋布置示意圖

1.1 幾何及材料特性

梁、柱截面及材料參數(shù)如表 1 所示。

表1 梁、柱參數(shù)表

1.2 荷載及工況

模型中的荷載除結(jié)構(gòu)的自重外，首層頂板和 2 F 頂板上均布恒載分別取 1.5 kN/m2和 3.0 kN/m2，均布活載分別取3.0 kN/m2和 0.5 kN/m2；首層頂板外圈梁上的墻體恒載取值7.0 kN/m，2 F 頂板外框架梁上女兒墻恒載取值 3.0 kN/m。

地震烈度按照 7 度（0.10g）考慮，設(shè)計地震分組為第一組，Ⅲ 類場地，考慮X和Y方向的地震。基本風(fēng)壓按照 0.5 kN/m2考慮，地面粗糙度B，考慮X和Y方向風(fēng)荷載?？紤]風(fēng)荷載時，墻面利用薄殼單元模擬，并設(shè)置質(zhì)量和面內(nèi)面外剛度為 0，作為風(fēng)荷載的作用面。荷載工況和分項系數(shù)表如表 2 所示。其中，預(yù)應(yīng)力的分項系數(shù)根據(jù) GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，按照預(yù)應(yīng)力有利考慮取值 1.0。

表2 荷載工況及分項系數(shù)表

2 計算結(jié)果分析

2.1 層間位移

模型在不同荷載工況下的層間位移角計算結(jié)果匯總?cè)鐖D3、圖 4 所示。

圖3 沿 X 向的層間位移角

圖4 沿 Y 向的層間位移角

圖 3 表明，樓板開洞使X向的首層及 2 F 層間位移角減小，與開洞模型相比，對洞口邊梁施加預(yù)應(yīng)力不影響沿X向的層間位移角。圖 4 顯示，樓板開洞使Y向的首層及 2 F 層間位移角增大，與開洞模型相比，對洞口邊梁施加預(yù)應(yīng)力不影響沿Y向的層間位移角。

模型在各工況下的最大層間位移與平均層間位移比值的計算結(jié)果如圖 5、圖 6 所示。

圖5 沿 X 向的層間位移比值

圖6 沿 Y 向的層間位移比值

由圖 5 可知，樓板開洞使X向?qū)娱g位移比值增大，對洞口邊梁施加預(yù)應(yīng)力使得X向?qū)娱g位移比值增大。這說明樓板開洞和對洞口邊梁施加預(yù)應(yīng)力均會加劇框架結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，且洞口邊梁施加預(yù)應(yīng)力使扭轉(zhuǎn)效應(yīng)更加明顯。圖 6 的結(jié)果表明這個結(jié)論同樣適用于Y向。

2.2 開洞板周邊梁內(nèi)力和變形分析

為分析樓面局部開洞對周邊構(gòu)件的影響，現(xiàn)以洞口周邊的 5 根梁 A、B、C、D、E 為研究對象（見圖 2），探究不同模型中梁剪力、彎矩和撓度的差異。以工況 2 的計算結(jié)果為研究對象，洞口邊 5 根梁的剪力、彎矩和絕對撓度數(shù)據(jù)如表 3 所示，I、J 分別為梁的兩端端點。

表3 梁端剪力、彎矩和梁絕對撓度對比表

由表 3 可知，其剪力對比表明，樓板開洞使梁 A、B、C、D、E 的梁端剪力減小。與開洞模型相比，梁 E 施加預(yù)應(yīng)力基本不影響梁 A、B、C 的梁端剪力，而使梁 D、E 的梁端剪力減小。彎矩對比表明，樓板開洞使梁 A、B、C、D 的梁上正、負(fù)彎矩和梁 E 上的正彎矩減小，而梁 E 上的負(fù)彎矩基本不受影響。與開洞模型相比，梁 E 施加預(yù)應(yīng)力基本不影響梁 A、B、C 的梁上正、負(fù)彎矩，而使梁 D、E 的梁上正、負(fù)彎矩減小。絕對撓度對比表明，樓板開洞使梁 A、B、C、D、E 的絕對撓度減小。與開洞模型相比，梁 E 施加預(yù)應(yīng)力基本不影響梁 A、B、C 的絕對撓度，但使梁 D 的絕對撓度增大較多，使梁 E 的絕對撓度略微減小。

3 結(jié) 語

采用 SAP 2000 分別建立 3 個鋼筋混凝土框架模型，分別為結(jié)構(gòu)不開洞模型、首層頂板局部開洞模型、首層頂板局部開洞/洞邊梁施加預(yù)應(yīng)力模型。主要結(jié)論如下。

（1）與開洞模型相比，對洞口邊梁施加預(yù)應(yīng)力不影響結(jié)構(gòu)兩個方向的層間位移角。

（2）樓板開洞和對洞口邊梁施加預(yù)應(yīng)力均會加劇框架結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，而且洞口邊梁施加預(yù)應(yīng)力使扭轉(zhuǎn)效應(yīng)更加明顯。

（3）與開洞模型相比，梁 E 施加預(yù)應(yīng)力使梁 D、E 的梁端剪力和梁上正、負(fù)彎矩，梁 E 的絕對撓度均減小，而使梁D 的絕對撓度增大。