浅谈地下室外墙设计

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摘要:本文针对目前地下室外墙结构设计的步骤，方法进行了总结，提出了设计中需要注意的事项。

关键词: 地下室外墙计算模型 受力分析

中图分类号： S611 文献标识码： A

1引言

随着城市建设发展，土地资源的稀缺，建筑空间向地下拓展已经成为新的趋势。新建建筑为了获得更大的绿化空间和更多的停车位，单多层地下室成为了建筑设计中必备的元素。由于地下室外侧墙体直接与土壤接触，其受力性能、配筋均不同于普通砼墙体，同时因设计不当、施工质量等原因造成的地下室外墙渗水破坏屡见不鲜。所以充分考虑各种影响,合理选用计算模型及设计荷载是地下室外墙设计成功的关键。

2地下室外墙设计步骤

1确定墙体的厚度、混凝土强度等级及防水要求

地下室外墙的厚度、混凝土强度等级及防水要求，应根据建筑场地条件、地下水位、上部荷载、地下室层数、层高、埋深、水平荷载、使用功能等综合考虑确定。高层建筑地下室外墙厚度应≥250mm，多层建筑当情况允许时可以

2计算模型选定

地下室外墙本质上是竖向放置的板,其四边的支座情况应根据实际情况进行简化。地下室外墙底部一般与刚度很大的基础底板或基础梁相连，刚度远大于墙体刚度,故可视为固定端。地下室外墙顶部与顶板相连,顶板的刚度一般略小于侧墙刚度约束力较小，故顶端应按铰接考虑。所以一般情况下地下室外墙上下支座为上铰下固。左右支座则需根据实际情况判断:

地下室无横墙或横墙间距大于层高2倍时,左右支座的约束作用很小,地下室外墙可以按照下端嵌固上端铰支的单向板计算。

3荷载

地下室外墙承担的竖向荷载有上部及各层地下室楼盖传来的荷载和外墙自重;水平荷载有室外地面活荷载、侧向土压力、地下水压力、人防等效静荷载、温度应力等。风荷载或水平地震作用对地下室外墙平面内产生的内力很小一般忽略不计。竖向荷载产生的截面应力对外墙的受拉区是有利的,对受压区是不利的。外墙设计受受拉区控制所以为了计算方便,可以忽略这部分有利作用。当竖向荷载很大时,板压力不可忽略时,则可按照压弯构件复核压区承载力。综上所述地下室外墙可以简化为只承担侧向荷载的平面外受弯构件,其主要侧向荷载如下:

室外地面活荷载:一般民用建筑的室外地面, 活荷载可取10kN/m2

有特殊荷载时,应按实际情况确定。

水压力:水位的高度可以根据勘察单位提供的抗浮设计水位确定。

土压力:根据《全国民用建筑工程设计技术规范》地下室侧墙承受的土压力宜取静止土压力。静止土压力系数宜由试验确定,一般取0.5。有护坡桩及相邻地下室距离较近时可以适当折减。

核爆动荷载:是指核武器爆炸形成的地面空气冲击波压力。核爆动荷载属偶然荷载,具有荷载量值大、作用时间短且不断衰减等特点。该荷载只有人防地下室才考虑,其荷载取值应根据其所在的位置及功能按文献 [ 1 ] 取值 。

温度应力:地下室较长时会产生由于砼水化过程产生的砼自身收缩应力以及温度变化引起的温度应力,一般情况下可采取设置后浇带、加强养护、构造配筋等措施来解决,但墙长过长时应计入温度应力影响。

4荷载组合

按荷载规范对于承载力应按照承载力极限状态和正常使用极限状态进行荷载效应组合,分别满足γ0S≤R及S≤C要求。

承载力极限状态荷载组合设计值S

人防工况下

S =外墙核爆动等效静荷载标准值+1.2x水土压力标准值+1.2x地面堆载产生的水平力标准值

非人防工况下

S = 1.2 x水土压力标准值+1.2 x地面堆载产生的水平力标准值

正常使用极限状态荷载组合标准值S

按规范人防工况下不必进行裂缝宽度验算,在非人防工况下则必须进行裂缝宽度验算,地下室外墙外侧与水、土壤直接接触，裂缝宽度按≤0.2mm控制。地下室外墙内侧为室内环境,裂缝宽度按≤0.3mm控制 。标准值 S =水土压力标准值 +地面堆载产生的水平力标准值

一般情况下裂缝宽度与承载力计算相比前者起控制作用。

5确定计算简图

地下室外墙按支承条件可为单向板或双向板，在实际工程中要对这些板块逐一进行计算是相当麻烦的，一般情况下工程中常用做法把地下室顶板和基础底板为地下室外墙的支点，沿竖向取1m宽的外墙按单、双或多跨板（视地下室层数而定）来计算地下室外墙的弯矩配筋，计算荷载简图见图1，2

6配筋构造要求

地下室外墙应双面双向配筋。竖向配筋除满足计算要求外，每侧的配筋还不应小于受弯构件的最小配筋率。由于地下室外墙系按竖向的单跨板或多跨板计算，水平筋按构造要求设置，考虑到有些板格水平筋受力较大，为控制裂缝开展，水平筋的配筋面积除不应小于相应受力筋面积的1/3外，也应满足受弯构件最小配筋率的要求。当地下室外墙较长时，考虑混凝土收缩及温度变化的影响，还宜适当加大水平筋面积。地下室外墙的配筋宜采用变形钢筋HRB335级或HRB400级，直径不应150mm；内外侧钢筋之间应设置直径不小于6mm、间距不大于600mm呈梅花形布置的拉结筋。

3地下室外墙设计的注意事项

1钢筋保护层厚度按照《地下工程防水技术规范》4.1.7条规定迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。此条具体实施时争议较大。一方面外墙截面有效厚度损失较大,按照0.2mm控制裂缝时配筋增量大,经济性不佳。笔者认为地下室外墙迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm,因为这对于结构耐久性非常重要。所以笔者采用加大墙体厚度20mm的方法，这样砼总量不会增加太多，再按照0.2mm控制裂缝配筋时钢筋增量不大。

2地下室外墙砼水化过程中产生收缩应力及温度变化引起的温度应力,受到结构底板和基坑边壁等的约束,墙身产生较大拉应力,易产生收缩裂缝,设计时应采取措施进行控制:一般墙长30～40m设置施工后浇带,施工应加强养护,减少外墙暴露时间,墙身水平筋配筋率不宜150,墙身砼强度不宜过高,宜控制在C40之内，并可掺入一定量的微膨胀剂减少砼自身收缩等。

3地下室外墙计算时底部为固端支座，侧壁底部弯矩应与相邻的底板弯矩相平衡,底板的抗弯能力不应小于侧壁,其厚度和配筋量应匹配 此问题在地下车道中最为典型,车道侧壁为悬臂构件,底板的抗弯能力不应小于侧壁底部。

4不能作为墙身支座的外墙扶壁柱,考虑计算模型与实际情况存在差异,在配筋时应对扶壁柱内外侧主筋适当加强，该处外墙水平筋也应适当加强。

4 结论

地下室外墙要达到良好经济性和安全使用要求,必须根据支承条件选择合适的计算模型，减少近似计算带来的误差。同时考虑砼自身收缩应力,温度应力等不利因素,通过加强构造措施控制墙体裂缝的产生。

参考文献

[ 1 ]人民防空地下室设计规范GB50038-2005

[ 2 ]建筑结构荷载规范GB50009-2012

[ 3 ]徐至钧 高层建筑地下室墙的设计探讨

[ 4 ]李国胜 多、高层混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例