【土木吧】楼板开洞一定对结构不利吗？

规范中有相当一部分条文(包括强制性条文)在使用时有一定的条件和范围，不是任何情况都通用和正确。因此，设计人员对于规范条文的正确理解和应用是非常重要的。

每次阅罢结构大师程懋堃所写《如何正确理解和应用规范条文》，均受益匪浅，今天再发此文与大家分享

引言

设计人员经常需要查阅规范条文，以指导和协助自己的工作。对于各本规范的条文，不但对于其中重要的条款应熟记，而且对于各条文的含意应当正确理解，以便正确应用。

规范中有相当一部分条文在使用时有一定范围，不是任何情况都适用；有的规范条文内容不明确，容易产生误导；个别规范条文甚至是强制性条文，可能无法执行；还有个别条文甚至出现概念错误。因此，设计人员对于规范条文的正确理解和应用是非常重要的。如果错误地理解和应用了规范条文，轻则导致设计浪费，重则导致安全问题。

本文将分别对上述各类问题加以叙述。

1.条文要透彻，理解其制定目的

《高层建筑混凝土结构技术规程》（简称高规）规定：“房屋高度不超过50m时，8、9度抗震设计时宜采用现浇楼盖结构；6、7度抗震设计时可采用装配整体式楼盖，且应符合下列规定：…”其中第5款要求:“楼盖每层宜设置钢筋混凝土现浇层。现浇层厚度不应小于50mm，并应双向配置直径不小于6mm、间距不大于200mm的钢筋网，钢筋应锚固在梁或剪力墙内。”

高规制定本条的目的是：当地震发生时，地震产生的水平作用力要通过楼板传递并分配至各竖向构件。而预制板楼盖的整体性不如现浇楼盖，所以要在预制板上面设置厚度不小于50mm的钢筋混凝土现浇层。因此，对此条款的正确理解是：水平作用力需要楼盖来传递，如果不需要传递水平力，则现浇层不一定需要。

下面举个例子：

北京某酒店高20层，其平面示意见下图

使用多年后需要翻新改建。该酒店纵横方向均布置现浇的剪力墙，楼盖为每开间一块的预制双向预应力大板，板的尺寸为3.6m×（5.5～7）m。板面在预制时做成平滑表面，安装后即直接铺设面层（地毯或磁砖）。负责改建设计的结构工程师认为原设计板面无现浇面层，不符合规范。但是如果加现浇面层，将增加预制板以及剪力墙的荷载，出现超载。于是甲方组织召开了专家讨论会。笔者参加了此讨论会并表达了自己的观点:由于该工程剪力墙布置很密，每开间均有剪力墙，因此地震产生的水平力将在各开间由“当地”的剪力墙承担，也即“各自为战”，不需要传递水平力，因此可以不考虑高规第3.6.2条的要求，不需加设钢筋混凝土现浇层。与会各位专家也都同意笔者的意见，不需在预制板上加现浇层，改建设计的难题就此顺利解决。

2.条文使用有范围，不是任何情况下都能采用

例如高规第:“当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞时，应在设计中考虑其对结构产生的不利影响。有效楼板宽度不宜小于该层楼面宽度的50%；楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的30%；在扣除凹入或开洞后，楼板在任一方向的最小净宽度不宜小于5m，且开洞后每一边的楼板净宽度不应小于2m。”

这条要求常因不同的理解和解释而困扰设计单位。有些施工图审查单位，甚至对图2中口字形建筑物中间的绿化面积，也视作“楼板开洞”，认为面积不能超过30﹪。

国外规范对这个问题有明确规定。例如美国混凝土学会ACI（American Concrete Institute）规范ACI318-2011[2]中有一节专门说这个问题；新西兰规范NZS3101-2006[3]的第13章也是专门论述这个问题。

美国波特兰水泥协会PCA（Portland Cement Association）是一个非盈利组织，由若干大水泥厂商资助，此协会专门研究有助于提高和推广水泥制品的技术，其中重要的一项是钢筋混凝土技术。ACI的每版混凝土规范出版后，PCA即出版一本应用ACI318规范的手册，例如2008版的篇幅达900页，它详细解说了ACI318规范的各个章节，并用简单的手算例题来帮助理解和正确应用规范。

ACI318规范将传递水平力（包括地震力和风力）的楼板（屋顶板）称为Diaphragm（横隔板）。

PCA08版手册中，相应解释横隔板的定义和功能如下：

在建筑工程中，横隔板属于结构构件，如楼板或屋顶板，它起着下列部分或全部功能：1）提供建筑物某些构件的支点，如墙、隔断与幕墙，并抵抗水平力，但不属于竖向抗震体系的一部分；2）传递横向力至竖向抗震体系；3）将不同的抗震体系中的各组成部分连成一体，并提供适当的强度、刚度，以使整个建筑能整体变形与转动。

新西兰规范ZS3101-2006[3]有关这方面的条文内容如下：

第13.2条明确横隔板的定义为：相对较薄但刚度较大的水平结构构件，它传递平面内的横向力至竖向抗侧力构件。第13.2条的解释（即C13.2）为：本节提供对横隔板的设计要求。其基本原则是能将建筑物中的所有抗侧力构件有效地连结在一起。横隔板的第一种作用，是将每层楼板看作一根水平深梁，将风或地震产生的力传递至各种抗侧力构件，例如框架或结构墙。其第二种作用是在某一特定的楼层，将该楼层平面内的巨大剪力从一个竖向抗侧力构件（例如核心筒）传至另外的竖向抗侧力构件（例如周边的地下室外墙），见图3(此图是笔者按该新西兰规范ZS3101-2006[3]原意而绘制的)。

美国和新西兰规范都没有楼板开洞面积百分比的限值。两本规范都规定：应该对楼板传递水平力进行分析计算；当存在大开洞时，应注意楼板在其平面内刚度无穷大的假设可能不成立。新西兰规范提出一个判断方法：当横隔板（楼板）的最大横向变形大于各楼板的平均变形的2倍时，即应考虑其柔性。

这两国的规范还强调：应注意隔板伸入竖向构件内的钢筋的锚固。笔者认为这一点对结构设计很重要，而我国的结构设计规范常忽略此点。

从以上介绍的美国及新西兰规范可以知道，抗震、抗风建筑的楼板（屋顶板）除了需承载竖向荷载外，还需承担将地震、风等产生的水平力，传递至竖向抗侧力体系。

再来看我国高规第3.4.6条，条文中写明是楼板，当然是指建筑物的室内的板，而不是指建筑物以外的部分。因此，图2中所示的绿化面积不是建筑物的一部分，当然不能算“楼板开洞”。

因此高规第3.4.6条的用意是：对于需要传递水平力的楼板（包括屋顶板），不宜在不恰当的部位开过大的洞。因此，不宜只限制开洞率的多少，而应根据开洞的部位是否阻碍了水平力的传递、开洞尺寸是否影响了水平力的传递等方面，去衡量该洞口是否可以设置。

再举个例子：图4所示为一栋高层住宅平面示意。为了满足建筑的使用要求，建筑的四面都有较大的突出。设计时往往在楼层四面的突出部位之间布置拉梁，以增加其整体性，但是有的人却把拉梁与外墙之间的空间（图4中斜线填充部位）作为楼板开洞面积，这是错误的。高规中的用词很明确，是“楼板开洞”，现在如果把建筑室外部分由拉梁与外墙围成的空间也作为“楼板开洞”，这是任意扩大规范条文的限制范围，是概念错误。

笔者认为规范制定本条的目的是：如果楼板开洞面积过大，将可能影响水平力的传递。如图5所示，为一个工程的部分平面示意。当结构受到地震作用时，水平力将通过楼板传递到两侧的剪力墙。当在图中楼板开洞2时，基本不影响水平力的传递，因此洞口大小可以基本不受限制，只要不影响竖向荷载的安全即可。但如果楼板开洞1时，将影响水平力传递至剪力墙，因此洞口不宜太大，并宜按照“剪摩擦”（Shear friction）方法验算楼板伸入墙内的钢筋，其强度应足以承担水平力，而且钢筋伸入墙内应满足受力锚固的要求。

因此，楼板是否可以开大洞，应视具体情况而定，不能一概而论。开大洞是否对受力有影响，要看开洞的位置是否合适，而且，30%这个限值是否有充分的根据，笔者也表示怀疑。

还有的审图人员将电梯井筒内的楼板开洞，也认为是不利因素，将其开洞面积也计入。事实上，电梯井洞四周的混凝土墙，是能传递水平力的，所以电梯楼板洞口不能算不利因素。楼梯间周围如果有封闭的混凝土墙（墙上可以开洞），也应与未开洞同样对待。

高规第3.4.7条的条文说明：“高层住宅建筑常采用艹字形、井字形平面以利于通风采光，而将楼电梯间集中配置于中央部位。楼电梯间无楼板而使楼面产生较大削弱，此时应将楼电梯间周边的剩余楼板加厚，并加强配筋。外伸部分形成的凹槽可加拉梁或拉板，拉梁宜宽扁放置并加强配筋，拉梁和拉板宜每层均匀设置。”此条文说明也有错误。实际工程中没有设计人员将楼电梯间周边的剩余楼板加厚，并加强配筋。

楼电梯间的四周如有钢筋混凝土墙时，对于力的传递，因为有墙的“补强”，应无影响，可以不必认为是开洞面积。如图6所示，钢梁开洞，用钢板补强，其作用与电梯洞口四周的混凝土墙类似。

3 .个别条文甚至是条，可能无法执行

《建筑地基基础设计规范》第8.2.7条第4款以及第8.4.13条及《建筑地基基础设计规范》第8.4.18条都提出：当底层柱的混凝土强度等级大于扩展基础及梁板式筏基的混凝土强度等级时，应验算基础顶面的局部受压承载能力。以上两条条文都是强制性条文，条文中规定应按照现行《混凝土结构设计规范》验算。但是，现行《混凝土结构设计规范》及上一版的《混凝土结构设计规范》中的局部承压计算方法，只适用于预制构件之间的接触面的验算或后张预应力筋锚头的接触面配置间接钢筋的验算,对于现浇配筋的柱与基础之间的局部受压承载能力验算并不适用。因为柱子有很多纵筋伸入基础，传递了大量内力，所以《混凝土结构设计规范》的计算方法并不适用。但是规范中又没有这种情况的适用方法，因此究竟应如何验算，需要做大量的试验及研究工作。

综上所述，《建筑地基基础设计规范》[4,5]的某些强制性条文也是无法实施的。

4.个别条文，概念不一定正确，应予修正

《建筑地基基础设计规范》[4,5]中，对于筏板基础中的双向板，要求既验算冲切，又验算剪切。这是一个概念错误。

按照材料力学原理，单向受力构件需验算剪切，双向受力构件需验算冲切，没有又验算剪切又验算冲切的。而且根据《建筑地基基础设计规范》所绘的示意图（图7），永远是里面的虚线控制。因为里边的虚线周长最短，而我国规范，抗冲切与抗剪切的允许应力都是0.7ft 。因此，起控制作用的是距支座h0处的底板周长，所以永远是剪切起控制作用，这是不合理的。

因为，首先不应要求计算剪切；其次要求计算两种受力情况——受冲切与受剪切，结果却始终由一种情况，也即受剪切起控制作用，那么，为什么要求验算两种情况呢？

因此，在笔者主编的《北京地区地基基础设计规范》和《全国民用建筑工程设计技术措施结构（地基与基础分册）》[9]中就规定，对于筏板基础中的双向板，只需验算冲切，不需验算剪切。

5.部分条文修改，材料消耗大.太浪费

《混凝土结构设计规范》中的受弯构件斜截面承载力的计算公式为：

Vcs=0.7402;tbh0+1.25402;yv h0

现行《混凝土结构设计规范》中将该式修改为：

Vcs=0.7402;tbh0+402;yv h0

上两式相比，后者箍筋用量增加了约20%，而在2002年~2010年期间，并未出现因箍筋不足而发生安全事故，在实际震害调查中也未出现因地震作用而导致梁发生剪切破坏。这种修改，造成无谓的浪费，不知是否有充分理由。

6 关于受冲切承载力计算

我国《混凝土结构设计规范》[6,7]对于受冲切承载力的要求过于保守。抗剪切的允许应力是0.7ft，抗冲切也是0.7ft，二者等值。剪切是单向受力，冲切是双向受力，后者比前者有利，是不应该相等的。

美国规范ACI318中，抗剪切允许公式采用（fc’是圆柱体抗压强度，类似我国的fc）。抗冲切允许公式采用，比抗剪切允许值大了1倍。美国规范ACI318对于不利情况下的允许值要予以折减，有如下两个公式：

式中是柱子长短边的比例；系数的取值如下：内柱=40，边柱=30，角柱=20。

我国《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）[6]也引用了这个概念，有如下两个公式：

以上两式的含意与美国规范ACI318完全相同，也是对于不利情况下的折减。但是美国规范ACI318是在抗冲切应力允许值增加1倍的情况下加以折减，而我国的抗剪切与抗冲切应力完全相同的情况再予以折减，是太保守了的。这是引用外国规范却未吃透其意义的一个例子。

以上来自《建筑结构》2012第12期

7.程懋堃语录（非常经典）

一、 已建成的工程，不等于是成功的工程。

二、 不迷信规范，不墨收成规。

三、学习外国经验时，有一个基本国情不能忘记——我们劳动力丰富，工资低。

四、 框架结构的适用高度

《抗震规范》表6.1.1,在8度区可至45m，不是指的普通民用建筑。剧场、体育馆等大跨度公共建筑，不应划在“框架结构”范围内。

五、 建筑物的高宽比，不应是一种限制。不应当作为一个审查内容，应当是教科书的内容。

六、 不能完全相信电算结果，一定要仔细校核。

下面是大师语录详解

一、 已建成的工程，不等于是成功的工程

有些工程，建成之后，可以认为是成功的。例如，某些新型的基础做法（桩，复合地基等等），在房屋建成后，沉降量不大，造价便宜，施工方便，等等，这种基础新做法，在房屋建成后，等于是进行了一次荷载试验，所以，可以认为是经过了考验，是成功的。

但是，对于抗震设防的工程，你所设计的建筑物的抗震能力，究竟如何，在未经过真正地震考验之前，是不能肯定下结论的。当然，现在有许多抗震试验方法，整体模型试验、振动台、构件试验……等等，但它们与真正接受地震考验，还是不一样的。有些构件，在试验室的试验效果不错，但真正遇到大地震，还是不能承受。例如日本七八十年代的格构SRC柱，在95年阪神地震时破坏较多，但试验室效果是不错的。因此，不经过真正地震考验，是不能算真正成功的。

我国最近发展了不少采用钢管混凝土柱的高层建筑。钢管砼柱是一种较好的构件，钢管对于砼的约束，比箍筋强得多。但是，钢管砼柱如果用RC梁，则梁柱节点如果处理不好，在强烈地震时可能会发生问题，尤其是有些构造做法，过于简单，我对它的抗震性能，是有些怀疑的。这种做法，虽然在试验室中做过试验，但未经过真正强震考验，其效果究竟如何，应当仔细研究。

异形柱结构在我国某些地区，用得很多，我对异形柱的抗震性能，是抱怀疑态度的。尤其是在高烈度地区，更应慎重。有人说，全国已经建了那么多，但它都未经地震的考验。最近见到一本全国性的异形柱设计规程的征求意见稿，竟然规定异形柱框架结构在8度区可建到6层高，这似乎太冒进了！不要说异形柱，就是普通方形（矩形）柱的框架结构，在8度区真正遇到8度地震时，至少其围护结构和填充墙之类的非结构构件会发生许多破坏（1976年唐山地震已有证明）。

二、 不迷信规范，不墨收成规

简单说，规范是一些有经验的研究人员与工程师共同研究的成果，它是将实际工程经验与科研成果综合编制而成的。它不代表我国的最高技术水平，有时是各种因素折中的产物。

要想编出完全适应于各种工程情况的规范，实际上是不可能的。因此，不能把任何工程情况都要由规范来解决，规范绝不是万能的。

规范是根据过去的工程成果编成的，它只能代表过去的成果，不能预见新事物的成长、新技术的诞生。所以，千万不能以“规范上没有”而不让新技术、新体系、新结构的产生。

一般情况下，都是先有工程实践和科学试验，然后再有规范，象现在这样的施工图审查，拿着规范一条条查，还能有新技术出现吗？

三、学习国外经验时，不能忘记我们的基本国情。

在土建工程方面，我们的劳动力，既丰富，工资又低，这是与国外截然不同的。

例如，国外的钢结构，多是在钢梁上安放压型钢板，然后铺设钢筋，浇捣砼。这样可以省去支模板的工序，节约劳动力，工效也高。

但是，压型钢板与普通支模板的做法相比，造价高不少（不能周转，一次性）。在发达国家，工人工资很高，可达我们的30~50倍，所以，有时他们宁可多费些材料以节约人工，反而合算。而我们与他们不一样，不能同样做。

我在设计海口金融中心（52层）工程时，钢梁中距4m，采用支模浇灌100厚的现浇板，效果很好，节约大量的压型钢板。

利用RC楼板的强度与刚度，与焊接工字钢形成复合梁，这样，又可节约梁的重量。

又例如，现在许多工程的基础都采用厚板，以前我们筏板基础大多是做的基础反梁带底板。这两种做法各有优缺点，总的说来，厚板耗费材料较多，造价较贵，但节省人工；后者则相反，材料消耗较少，造价较低，但人工较费。在发达国家，如前所述，人工价值高，故多做厚板；在我们，如条件合适，还是以梁板式筏基为宜。尤其新的地基规范，将核心筒周边影响系数，取为1.25，更增加了平筏板的厚度。因此，建议在可能情况下，设计成梁板式筏基。

四、 框架结构的适用高度

在《抗震规范》表6.1.1中，对于框架结构的适用最大高度，7度区为55m，8度区为45m，这些高度，对于一般民用建筑，都是太高了。如果在8度区设计一栋45m高的民用建筑，层数将达12~15层，这样的框架结构，梁、柱截面将非常大，而且在地震时，由于侧向位移较大，围护结构、隔墙、管道等将遭到较大破坏，即使主体结构损坏不大，其余的损失也将很巨大。唐山地震时，影响到北京的烈度仅为6度，但王府井百货大楼（框架结构）6层一个角的围护墙倒塌，幸未伤人，但造成停业损失很大，其他例子还很多。

在89抗震规范中，表6.1.1的最大适用高度也是这个数字。我曾问过当时的主编龚思礼同志，为什么定得这么高？他说是由于化工厂一类的厂房，其机器装置高度很高，每层厂房层高往往达到10m以上，所以45m也就只有三层。

因此，一般民用建筑不能按照这种最大适用高度。框架结构层数多了之后，不但抗震性能不好，而且耗钢量大，很不经济。

《抗震规范》表6.1.2中，将“剧场”，体育馆等大跨度公共建筑，列入“框架结构”栏目内，我个人以为不够妥当。例如剧场，一般由舞台、观众厅与门厅三部分组成。此三部分的高度、抗侧刚度、结构类型差别很大，如果设计成框架结构，当地震发生时，侧向位移将很大，而且各部分的位移又有很大差别，很容易造成较大破坏。1972年尼加拉瓜大地震，许多房屋倒塌，但其国家大剧院由于设计得抗侧刚度很大，所以基本未损坏。

五、建筑物的高宽比，不应是一种限制

80年代，大批高层建筑在全国各地兴起，许多地方缺少经验，有些同志在一起编了《高层建筑设计建议》，提出了高宽比，是为了使设计人有一个导向。这个“设计建议”，即是现在《高规》的前身。对于高宽比的规定也就延续到现在。在实际上它不应是一个限值。《抗震规范》中就未提到高宽比。

而且平面体型复杂的，根本无法去计算高宽比，以“平面最小投影宽度”来计算，也不一定对。

所以，高宽比应当是教科书里的内容，告诉初学者，一般工程的高宽比是多少。它不是一个固定的限值，所以，不应当是施工图审查的一个内容。

六、不能完全相信电算结果，一定要以工程力学原理，仔细校核。

编程序者在编程时，必然有一些简化，否则不好编。例如，我们的现浇梁板是T形梁，但在编程时，许多程序将其简化为矩形梁。其结果是：梁的刚度减小很多，使计算挠度加大，不真实；对结构的整体刚度贡献减小，使计算出来的位移加大，不真实。虽然有的程序可将梁的刚度乘以放大系数1.5~2.0，但对于多数中间梁而言，2.0常是偏小的值。

还有的文章中提倡什么“精确计算”。在抗震设计中是不存在什么“精确计算”的，即使非抗震计算也是如此。我们计算时所使用的构件EI值，是以其毛截面计算的，配筋量多少并不计及，但是，国外有的试验结果表明，柱子纵筋含钢量4%者，其EI比相同截面的纵筋含钢量1%这，大40%，可见其误差之大。

此外，有些程序对于斜向构件无法外计算，等等，因此，对于计算结果，一定要仔细核对，不能算出结果就画图，尤其对于平面形状不规则，不是水平的构件；两根互相连接的悬挑构件；框支桁架等等。必要时，应当用手算简化补充计算。