地下室顶板开大洞对嵌固能力的影响

地下室顶板开大洞对嵌固能力的影响

何彪

中国联合工程有限公司北京市100070

摘要：在建筑的地下室顶板上开若干个大洞属于建筑工程极其常见的情况，但是在地下室的顶板开大洞之后，会严重影响地下室顶板的嵌固能力。本文主要针对地下室顶板开大洞的长度与位置，结合各种影响因素的算例，对楼板在建筑结构中的作用、影响楼板性能的因素、影响地下室顶板嵌固能力的因素与楼板的单元特性进行探讨。同时结合建筑工程实际的施工情况，不断研究影响地下室顶板的嵌固能力的因素，能够有效的避免因地下室顶板开大洞对地下室顶板的嵌固能力造成的影响，从而确保为相关的建筑工程提供有效的解决方案。

关键词：地下室；顶板；嵌固能力；影响

在建筑结构中楼板主要具有两点作用，一方面通过楼板自身面外的刚度与强度对竖向的荷载进行承受，并将荷载向梁、柱、墙等结构构件进行传递；另一方面通过楼板自身的面内刚度与柱、墙等抗侧力构件连接，加强结构的整体性，从而确保有效的传递水平作用力。因此在楼板的设计过程中不仅需要考虑竖向荷载，也需要重视楼板在水平作用下的反应，而且地下室的顶板作为传递荷载过程中极其重要的部分，作用更加的突出，所以应该不断加强对地下室顶板嵌固能力的重视。

一、影响地下室顶板的嵌入固定能力的因素

地下室外墙外侧回填土对结构的约束能力，和地下室的抗侧力构件，结合地下室顶板的面内刚度，能够实现地下室顶板的嵌固能力。同时决定地下室顶板的嵌固能力的主要因素为地下室的相对侧向刚度，只有地下室具有足够的相对刚度，才能够对上部塔楼的变形反应进行有效的约束[1]。而且根据抗震规范的相关规定，在对地下室进行设计时“相邻的上部结构楼层侧向刚度不能高于地下室结构楼层侧向刚度的2倍，否则嵌固端应向下进行延伸”。

地下室的嵌固能力，主要由结构本身的侧向刚度、回填土的种类与回填土的压实度所决定。在对地下室顶板进行设计时，顶板的厚度、开洞的长度、位置与梁的布置间距等因素都能够直接影响地下室顶板的嵌固能力，而且特别是顶板的厚度与开洞的因素对地下室顶板的嵌固能力影响较大[2]。但是在建筑行业中并没有对开洞要求进行十分明确的规定，在相关的资料中也只是要求尽量的避免在地下室顶板开设较大的洞口，但是没有具体说明开设多大的洞口尺寸与洞口间距能够对地下室顶板的嵌入固定能力造成较为严重的影响。

二、地下室楼板构件的单元特性

（一）膜单元模拟结构楼板进行应用

因为地下室的楼板模拟构件单元主要在3节点或者4节点上所形成，所以在对膜单元模拟结构楼板进行应用时，需要结合结构分析的程序。同时在3节点或者4节点能够旋转自由度的膜单元中，任意的一个节点都能够对平动刚度部分和垂直于单元平面的旋转刚度进行包含。而且该单元只能够对平面内的力与法向弯矩进行承受，所以在结构分析程序的计算过程中只需要充分的考虑平面内的刚度，完全对平面外刚度进行忽略。例如竖向构件在对水平方向的作用力进行传递时，这些水平方向作用力的分配不仅与竖向构件本身刚度有一定的关联，还与楼板连接部位的平面内刚度有一定的关联[3]。因此通过对膜单元模拟结构楼板的应用，不仅能够有效的对地下室顶板开大洞、构件连接较弱与应力较为集中等问题进行解决，也能够确保在解决问题过程中具有较强的实用性。

（二）板单元模拟结构楼板进行应用

在地下室楼板对板单元模拟结构楼板进行应用时，板单元的3节点或者4节点中任意一个节点都能够包含平面外刚度、双向刚度、自由旋转刚度体育垂直于板单元平面的平动刚度。同时因为在应用板单元模拟结构过程中只能够对弯曲与横向力进行承受，完全不对横向方向上的剪切变形进行考虑。所以通过利用结构分析程序进行计算时，也只能够考虑平面外的刚度，完全忽视平面内的刚度[4]。并且在对板单元模拟结构楼板进行应用的过程中，主要被竖向构件自身具有的刚度所影响，而且不同的竖向结构中对水平方向的作用力进行传递时，能够确保通过应用板单元模拟结构楼板对地下室顶板的厚度变化等问题进行有效的解决与处理。

（三）壳单元模拟结构楼板进行应用

在地下室楼板对壳单元模拟结构楼板进行应用的过程中，壳单元模拟结构楼板属于综合膜单元模拟结构楼板与板单元模拟结构楼板的3节点或者4节点，壳单元模拟结构楼板能够对所有的力与弯矩进行承受[5]。同时壳单元模拟结构楼板中的任意一个节点不仅能够对三个平动刚度进行包含，也能够对三个自由的旋转刚度进行包含。而且在应用壳单元模拟结构楼板的过程中，因为其具有较强的适用性特点，所以将壳单元模拟结构楼板应用在分析楼板设计中精细问题的过程中，从而确保准确的分析各种精细问题。

三、地下室顶板开大洞的影响因素的算例分析

为确保能够对地下室顶板开大洞的影响因素进行定量分析，可通过采用Benchmark算例模型分析地下室顶板洞口的长度、位置对地下室顶板嵌固能力的的影响。因此在Benchmark算例模型分析过程中，可将塔楼的长度与宽度假设为I；顶板洞口的长度假设为L、宽度假设为W；而且将顶板洞口与塔楼之间的距离假设为D。同时将（L/I）的相对长度，以及（D/I）的相对宽度作为统计的指标，然后对其进行相应的计算，并且结合程序的技术结果得出以下几点结论。第一，当不断加大顶板洞口的相对长度时，顶板洞口对塔楼的影响也会逐渐加大；第二，在分析顶板洞口对塔楼的影响时，随着顶板洞口长度的不断增大，会导致顶板洞口在长边方向的嵌固能力不断减小，而且随着顶板洞口的长度逐渐增大，导致顶板洞口对长边垂直方向上所产生的影响力逐渐减小，当相对长度为1时，所产生的影响力度最小；第三，随着顶板洞口与塔楼之间的距离逐渐减小，虽然开洞对嵌固作用的影响逐渐增大，但增大趋势越来越平缓，而且当顶板洞口距离是相对边长的0.6倍以上时，所产生的影响较小。其次在Benchmark算例模型计算过程中发现，当顶板洞口开设在距离塔楼三跨之内时，对地下室顶板的嵌固能力影响较大。

结束语

综上所述，因为地下室顶板与地下室的墙、底板与柱等结构能够组成传递作用力的体系，所以地下室顶板不仅在地下室的嵌固能力上具有极其重要的作用，在对上部塔楼的变形反应进行有效的约束时，与具有极其重要的作用与影响。而且在对地下室顶板进行设计时，不仅需要对地下室顶板开大洞的情况进行充分的考虑，也需要结合实际的情况找到合适的顶板嵌固位置。同时通过分析地下室顶板开大洞对地下室顶板嵌固能力的影响，发现开设洞口的长度与位置能够直接影响地下室顶板的嵌固能力。并且结合其他技术规定对结构合适的位置进行选择，而且通过采取完善的结构措施，从而确保有效的减少地下室顶板开大洞对顶板的嵌固能力的影响。

参考文献：

[1]吴栾平，缪小春，鲍伟等.地下室顶板开洞对上部建筑嵌固端的影响浅析[J].江苏建筑，2014（4）：62-65.

[2]韦恒，英明，熊海贝.地下室顶板开洞对嵌固能力的影响分析[J].结构工程师，2014，30（2）：37-44.

[3]祁蔚，高层建筑地下室顶板开大洞对嵌固端的影响分析[J].建筑知识：学术刊，2013：82-82.

[4]陈豪杰.地下室顶板开洞对高层结构嵌固端的影响研究[D].石河子大学，2014.

[5]曾漭，地下室顶板开洞对上部结构嵌固端的影响[J].建筑技术，2016，47（7）：590-592.