地下室外墻建筑結構設計研究

楊 濤

中設設計集團股份有限公司

地下室外墻建筑結構設計研究

楊 濤

中設設計集團股份有限公司

外墻結構是地下室結構中的重要構件，正確合理的外墻設計不僅能保障地下室整體結構安全，還能減少其工程造價。本文通過分析地下室外墻結構的荷載受力情況，利用外墻計算公式創設出經濟合理的配筋構造，明確了在進行地下室外墻結構設計時應根據不同情況采用單、雙向板建筑結構計算簡圖。

地下室外墻；建筑結構設計；計算簡圖

1 引言

隨著大量工程建設的開發和發展,致使很多土地被利用，越來越多地區的土地建設已經不能滿足人類和生產的需求，故建筑發展的趨勢已逐漸從地上轉向地下空間[1]。地下室建筑的成本相比地上建筑要高，其主要原因在于其結構受多方面的因素影響，在建設過程中為了保證地下室的牢固性和安全性，必須增加外墻結構的墻體配筋。本文分析了地下室外墻建筑結構的荷載受力因素，并通過外墻計算公式和計算簡圖得出結構設計方法。

2 地下室外墻所受荷載及受力分析

2.1 地下室外墻所受荷載分析

地下室外墻所受荷載一般分為：橫向荷載和豎向荷載。（1）橫向荷載，主要有地下水壓力、地面活載引起的側壓力、側向土壓力等，水平地震及風荷載對地下室外墻平面內產生的荷載影響較小。（2）豎向荷載，有地下室結構的樓蓋傳重、墻體自重以及上部建筑重量等。垂直墻面的水平荷載產生的彎矩力直接影響著地下外墻墻體配筋。

2.2 地下室外墻受力分析

地上主體結構中的剪力墻主要是平面內受力，受力鋼筋主要分布在墻體端部，而地下外墻受地下水壓力、地上和地下土壓力以及地表震動力等多方面壓力的影響，其受力點主要分布在平面外，受力鋼筋主要分布在墻段。地下外墻水壓力應根據當地的歷史水位情況確定，一般取當地最高地下水位和水壓，并考慮最高防洪水位；地下外墻土壓力又分為靜止土壓力和主動土壓力，采用主動土壓力，需滿足密砂填土中墻體變形位移以及在密實粘性土中墻體變形位移符合相關墻體建筑要求。靜止土壓力比主動土壓力要大,從地基及其他不確定因素考慮，地下室外墻土壓力宜取靜止土壓力，采用靜止土壓力計算保留了一定的抗壓儲備能力,保證了墻體建筑的安全與質量[2]。

3 地下室外墻計算公式

地下室外墻結構是按偏心受壓構件計算配筋，橫向荷載對地下室外墻壓力小，故其產生的截面應力較小,為方便計算,計算墻體配筋通常按墻板平面外受彎。當荷載影響較大時，豎向荷載受上層建筑、頂板及自重荷載影響，可分別按配筋軸心受壓及平面外受彎計算墻體配筋,然后將二者疊加。參見靜力計算手冊中荷載作用下的雙向彎矩計算系數，可計算出地下室外墻總體受壓值。

4 地下室外墻的計算簡圖

地下室外墻建筑結構設計中的重要環節是外墻計算簡圖的選取，在地下室外墻結構中,存在剪力墻、上部結構延伸下來的柱以及地下室結構需要布置的柱等豎向構件，另外，還存在外墻與鋼筋混凝土內墻垂直相交。所以進行地下室外墻設計時，應對外墻所處周邊環境進行分析，根據外墻扶壁柱的搭建方式和考慮其荷載范圍，選擇采用雙向板計算簡圖或單向板計算簡圖[3]。

常用的雙向板計算簡圖為:根據地下室層數和外墻的寬度,以外墻頂板或底板為支撐點,按周邊構件與外墻剛度比確定外墻的支承條件，然后采用雙跨或多跨連續板進行計算，當周邊構件厚度小于外墻厚度按簡支考慮。地下室外墻設計需滿足荷載、受力和使用要求,同時也要選擇最經濟的配筋和厚度組合。在設計過程中，多做幾組荷載分析及配筋計算,比較建筑結構的材料用量、施工難易、結構安全等因素,設計出安全性最高以及造價相對較低的計算簡圖。常用的單向板計算簡圖和雙向板計算簡圖如圖1、圖2所示。

圖1 單向板計算簡圖

圖2 雙向板計算簡圖

5 地下室外墻建筑構造設計

分析了墻體的荷載及受力范圍以及規劃好墻體計算簡圖，便可對其進行構造設計，對于地下室外墻建筑的構造設計，必須從構件的工作壽命以及結構的耐久性因素考慮，防止墻體產生水平裂縫。一般地下室外墻的構造設計應遵循以下原則：(1)材料、混凝土標號、截面應滿足規范要求。(2)可采用三邊連續、一邊自由的窗井計算簡圖，或采用水平多跨連續板計算。(3)地下室外墻應采用雙向雙面配筋，外墻的配筋一般采用直徑較大的變形鋼筋或拉結筋。通常按構造要求設置橫向配筋，為防止墻體裂縫開展，對于受力較大的板格，橫向配筋應滿足受彎構件的最小配筋率要求或配筋面積不小于受力筋面積的1/3，豎向配筋每側的配筋不應小于受彎構件的最小配筋率，并根據實際情況選取合理的豎向鋼筋高度和板厚。豎向鋼筋布置在墻體內側，水平鋼筋宜布置在外側[4]。(4)當實際構造與計算簡圖基本相符時，為減少配筋用料及滿足受力要求，在滿足外墻板的內、外構造要求的基礎上可給定長度較大的拉結筋進行配筋,用剩余配筋補足短筋,(5)地下室外墻構造與底板連接，參照《混凝土結構設計規范》搭接地下室外墻鋼筋，并根據縱向鋼筋搭接接頭面積百分率修正搭接長度。(6)當地下室外墻受水壓荷載較大時,應根據最大水壓與外墻厚度比確定外墻的抗滲等級，地下室外墻的抗滲等級不得低于0.6MPa。

6 結語

地下室外墻建筑結構設計應根據外墻作用荷載以及受力影響，區分橫向荷載與豎向荷載對建筑結構造成的不同影響，在此基礎上選用合理的配筋方式進行外墻結構搭建，按外墻與周邊構件剛度比確定外墻的支承條件計算出外墻的簡圖和配筋要求。由于地下室建筑的成本相比地上建筑要高，且各個地下室工程所受荷載影響不同，應根據外墻周邊荷載影響具體分析和設計建筑結構方案，故對其外墻設計應從材料、配筋、施工、構造設計等多方面采取相應的措施避免和減少裂縫產生，使得地下室外墻設計能夠滿足抗壓、抗滲的要求,又能適當減少工程造價要求，真正提高地下室外墻建筑結構設計的實用性和有效性,從而緩解人類日益緊張的土地問題。

[1]紀福宏,郭惠琴.混凝土結構地下室外墻的設計[J].山西建筑,2005,31(6):34～35.

[2]李天山,閻紹榮.混凝土地下室外墻裂縫的預防及處理[J].建筑科學,2008(20):51.

[3]練賢榮.地下室外墻設計的幾點體會[J].深圳土木建筑,2008(6):31～32.

[4]朱圣妤,謝小松.高層建筑地下室外墻施工期溫度裂縫產生機理及控制措施[J].結構工程師,2006(6):88～91.