这些管道通常布置在梁底以下，出于美观原因，由吊顶遮盖，从而形成一个无效空间。在每一楼层，该无效空间的高度会随管道数量和深度的不同而增加建筑的总高度。
因此，腹板开孔使设计者能够降低结构高度，尤其是在高层建筑施工中。换言之，这有助于实现经济高效的设计。
应力集中
在几何不连续处（如截面突变或开孔处）会出现应力集中现象，这类不连续通常称为缺口。缺口会引起名义应力的局部增大，导致截面上应力分布不均匀。最大应力与名义应力之比称为应力集中系数。该系数取决于荷载位置和缺口几何形状，其数值通常通过试验确定。目前，我们采用有限元分析来求解应力集中系数。
梁中小开孔与大开孔
小开孔
开孔分为小开孔和大开孔，开孔的最佳位置根据其尺寸确定。腹板开孔可采用多种形状，如圆形、矩形、菱形、三角形、梯形乃至不规则形状，但圆形和矩形开孔最为常见。
当开孔直径超过腹板高度的0.25倍时，可视为大开孔。当开孔足够小，能够维持梁的受力行为（即普通梁理论仍适用）时，则可称为小开孔。
若开孔不改变梁纯弯状态下的承载机制，则极限状态下的弯曲承载力不受影响。
跨中单个开孔时混凝土主应力及钢筋应力
根据弹性理论，最大剪应力出现在截面中心附近。通过非线性求解，CSFM（协调应力场法）可观察到应力向具有足够能量传递荷载的区域重新分布。这意味着，支座附近的开孔对承载能力的影响大于跨中最大弯矩处的开孔。
弯曲和剪力控制截面处三个开孔时混凝土主应力及钢筋应力
大开孔
钢筋混凝土梁中存在大开孔时，由于高应力集中导致梁的强度和刚度均有所降低以及开孔处出现过度裂缝，在分析和设计阶段需给予特别关注。实际工程中，开孔通常位于剪力较大的支座附近。
试验表明，开孔区域钢筋不足且构造处理不当的梁会过早发生脆性破坏。破坏机制明显由四个塑性铰组成，分别位于上下弦杆的两端。
通过对最终破坏模式的试验观察，发展出了一种预测含大矩形开孔梁极限承载力的分析方法。该方法基于极限荷载分析，同时满足平衡、屈服和机构三个基本条件。
塑性铰及塑性铰附近的裂缝
与含小开孔的梁类似，在梁的纯弯区设置大开孔时，只要极限压应力区的高度不超过受压弦杆的高度，且通过限制开孔长度防止受压弦杆发生失稳破坏，则梁的弯矩承载力不受影响，但开孔长度应进行严格分析。
屈曲分析、第一阶屈曲模态及临界系数
总结
梁、墙、板中的开孔是结构工程师的日常工作内容。现代社会追求通透、高耸、纤细的结构，这在经济和环境方面均带来诸多优势。深入理解破坏机制并加以预防，是实现通透、高耸且美观结构的核心所在。此外，开孔设计还可为管道、管线或其他设施节省结构高度。
用于分析此类结构的CSFM（协调应力场法）计算方法已经过充分测试和验证。了解更多关于结构构件验证的内容，或深入阅读我们的欧洲规范验证理论背景。
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