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通过某工程实例，对楼板开洞改造的受力情况用有限元算法进行了分析，并进一步探讨了适用的加固方法。研究表明：对这建房屋楼板进行开洞改造，其楼板的强度和刚度均会有不同程序的削弱，尤以刚度为甚；同时在洞口短边或转角处会出现较大的应力集中，现浇连续楼板在支座部位也会出现较大的主拉应力。因此，在设计加固方案时应予重点考虑。
关键词：楼板开洞；有限元分析；碳纤维加固
对土木工程结构的加固改造是当前一个相当普遍的问题。如许多建筑在施工或使用过程中，由于功能的改变，需要进行各种类型的改造，如楼板开洞，柱或承重墙的托换，剪力墙开洞等。在这些改造中，由于结构荷载、约束条件可能发生变化，受力性能也会产生相应的改变，通常原结构截面或配筋很难满足要求，因此也就存在如何最有效地进行加固的问题。本研究通过工程实例，对楼板开洞改造的受力情况用有限元算法进行了分析，并进一步探讨了适用的加固方法。
1 工程分析
1．1 工程概况
某工程为现浇框架．剪力墙结构， 由于使用功能改变，地下一层楼板某一开间内拟开设一4．8m ×0．6 m 的洞口。该处楼板开问为5．95 m，进深为8 m，而洞口长度达4．8 m，且垂直于主受力钢筋大量截断，楼板承载能力大幅度削弱。另外，洞口边缘可能出现的应力集力也会对结构产生不利影响。因此，要实现这样的开洞改造，就应对楼板的受力情况进行全面的计算分析，并根据分析结果提出相应的加固方案。
1．2 有限元分析
用SAP有限元软件对该开洞结构和完全不开洞的楼板进行了弹性对比分析计算(荷载约为28kN／m 2，为参考值，主要用于对比分析)
在同样的荷载和约束条件下，开有洞口的楼板的最大变形出现在洞口离楼板的边缘较远的一侧长边， 达9．88mm；而普通楼板的最大变形则出现在楼板跨度中心部位，为5．6 mm。因此按弹性分析的结果，开洞楼板的挠度较不开洞楼板的挠度增加了76．4％，如考虑到楼板混凝土开裂和弹塑性性能等的影响，实际挠度增加的幅度还会更大。
另外，根据弹性分析的结果，开洞楼板的最大主拉应力较不开洞楼板增加了25．6％，这主要反映了洞口在强度上对楼板的削弱作用。图4为开洞楼板的主拉应力分布云图，可以看出，开洞楼板的最大主拉应力出现在洞口的短边和短跨方向支座处，这表明在洞口的短边出现了明显的应力集中现象，该处应力接近于最大值。这也是在制定加固方案时必须加以考虑的。
2 洞口大小对受力性能的影响
为了解洞口尺寸对楼板受力性能的影响，用SAP有限元软件对多种洞KI尺寸楼板的变形和受力性能进行了计算。
楼板挠度随洞口尺寸的变化曲线， 横坐标为洞口长度与楼板短跨之比，纵坐标为楼板挠度与不开洞楼板挠度之比。
楼板的最大挠度基本与洞口尺寸成正比，这主要是由于采用了弹性分析方法。因此，如考虑楼板混凝土的开裂及弹塑性能，实际开洞楼板挠度的增长
楼板最大主拉应力随洞口尺寸的变化曲线，图中横坐标为洞口长度与楼板短跨之比，纵坐标为楼板最大主拉应力与不开洞楼板最大主拉应力之比。可以看出，楼板的最大主拉应力也基本与洞口尺寸成正比。由于最大主拉应力的变化反映了楼板整体强度的变化，因此可以得到结论：楼板所开洞口越大，对楼板强度的削弱就越大，两者基本成线性关系。
即使采用弹性分析方法，开洞楼板的挠度增长也显著高于其强度的削弱，因此控制开洞楼板受力性能的主要指标为其刚度和变形性能，对开洞楼板的加固应主要考虑提高其整体刚度。
另外，当洞口尺寸较小时，楼板刚度和强度的削弱均有限，可以不需要对楼板进行加固，而当洞口尺寸增大到一定程度时，楼板可能由于变形过大而破坏，此时就需要对楼板进行加固。具体的判断指标应根据工程实际的容许挠度或相关受力性能来确定。
3 加固方法探讨及设计
根据上述分析，一旦确定开洞楼板需要加固，就应确定是采用刚度加固的办法，或是刚度与强度加固相结合的办法进行加固。刚度加固主要解决楼板变形过大的问题，可采用钢结构支撑或体外预应力加固的办法，而强度加固主要解决洞口应力集中以及支座部位负弯矩过大等问题，可采用粘贴碳纤维布的方法。
对本研究的改造工程，采用了刚度与强度加固相结合的办法。即一方面用钢结构对楼板进行支撑，另一方面在板顶和板底相应部位粘贴了碳纤维布。
结论
当对己建房屋楼板开洞改造时，开洞楼板的刚度和强度较不开洞时会有不同程度的削弱，一般情况下，刚度的削弱会更为显著，在洞口短边或转角处会出现较大的应力集中，现浇连续楼板在支座部位也会出现较大的主拉应力，在确定加固方案时应该予以考虑。
案例展示：
