建筑地下室外墻設(shè)計(jì)

王福元

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，汽車保有量的持續(xù)增加，城市中停車位的需求量猛增。為解決這一問題，越來越多的建筑選擇設(shè)置地下室。而在地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，地下室外墻的設(shè)計(jì)是不可避免的問題。本文主要討論了建筑地下室外墻設(shè)計(jì)的基本方法。理解土壓力的作用方式，合理選取地下室外墻的計(jì)算模型及設(shè)計(jì)荷載，充分考慮各種因素的影響，是地下室外墻設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】地下室外墻；土壓力；計(jì)算模型；裂縫控制

1、地下室外墻的荷載

1.1土壓力

土壓力有主動(dòng)土壓力、靜止土壓力和被動(dòng)土壓力。當(dāng)擋土墻靜止不動(dòng)，土體處于彈性平衡狀態(tài)時(shí)，土對(duì)墻的壓力稱為靜止土壓力E0。當(dāng)擋土墻向離開土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在墻上的土壓力稱為主動(dòng)土壓力，一般用Ea表示當(dāng)擋土墻向土體方向偏移至土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在擋土墻上的土壓力稱為被動(dòng)土壓力，用Ep表示。

對(duì)于地下室外墻，它是擋土墻的一種特殊情況。與一般擋土墻相比，通常地下室外碴的頂部、樓層處和底部均不同程度受到結(jié)構(gòu)板的約束作用而無法產(chǎn)生明顯的水平位移，因此可以近似認(rèn)為此時(shí)的土壓力為靜止土壓力。但在地下室外碴中部，墻體沒有水平約束，位移一般滿足主動(dòng)土壓力變形條件，可以近似認(rèn)為此時(shí)的土壓力為主動(dòng)土壓力。

當(dāng)有地震作用時(shí)，地面運(yùn)動(dòng)使一定深度范圍內(nèi)（約2.5m）的土壓力增大，但增大作用隨深度增加而減小。

綜上所述，計(jì)算土壓力時(shí)，地下一層可按靜止土壓力計(jì)算，地下一層（埋深不小于2.5m）以下各層可按主動(dòng)土壓力計(jì)算。

1.2土壓力系數(shù)

一般情況下，靜止土壓力系數(shù)可取0.5，主動(dòng)土壓力系數(shù)可取0.33。但對(duì)于可塑、軟塑及流塑的粘性土等特殊土體，此取值偏小，可根據(jù)具體工程地勘按土內(nèi)摩擦角計(jì)算土壓力系數(shù)。當(dāng)?shù)叵率沂┕げ捎米o(hù)坡樁時(shí)，地下室外墻的土壓力有明顯減小，此時(shí)可對(duì)土壓力系數(shù)進(jìn)行折減，一般可折減0.7～1.0。折減系數(shù)的取值應(yīng)根據(jù)護(hù)坡樁的設(shè)置、施工完成后護(hù)坡樁的完整性等多種因素綜合考慮。

1.3水壓力

計(jì)算地下室外墻時(shí)，地下水水位應(yīng)按抗浮設(shè)計(jì)水位計(jì)算。除有明確資料表明地下水位變化劇烈外，通常地下水壓力均按恒荷載考慮。

1.4室外地面活荷載

一般室外地面活荷載可取5kN/m²，有特殊較重荷載時(shí)，按實(shí)際情況確定。

1.5人防荷載

人防荷載分為常規(guī)武器爆炸動(dòng)荷載和核武器爆炸動(dòng)荷載，對(duì)常規(guī)武器爆炸動(dòng)荷載和核武器爆炸動(dòng)荷載，設(shè)計(jì)時(shí)均按一次作用，并根據(jù)人防規(guī)范取值。該荷載僅人防地下室考慮，且應(yīng)注意考慮人防荷載組合時(shí)材料強(qiáng)度的調(diào)整。

1.6溫度應(yīng)力

地下室較長(zhǎng)時(shí)，混凝土硬化過程產(chǎn)生的自身收縮應(yīng)力以及溫度變化引起的溫度應(yīng)力較大，一般情況下可采取設(shè)置后澆帶、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)、加強(qiáng)構(gòu)造配筋等措施來解決，但墻長(zhǎng)超過規(guī)范限值時(shí)應(yīng)計(jì)入溫度應(yīng)力的影響。

1.7上部結(jié)構(gòu)荷載

地下室外墻如果作為上部剪力墻的延伸時(shí)，則地下室擋土墻具有雙重功能，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載。大多數(shù)地下室外墻頂部即為地下室頂板，頂板荷載一般都通過壁柱傳遞至基礎(chǔ)，即地下室外墻不考慮豎向荷載作用。當(dāng)不設(shè)壁柱時(shí)，則應(yīng)驗(yàn)算豎向荷載作用下墻體的配筋是否滿足。

2、計(jì)算模型的選取

2.1地下室外墻簡(jiǎn)化模型

當(dāng)?shù)叵率覠o橫墻或橫墻間距大于層高3倍時(shí)，按豎向單向板計(jì)算；當(dāng)?shù)叵率覂?nèi)橫墻較多且間距不大于層高2倍時(shí)，按雙向板計(jì)算；當(dāng)?shù)叵率覂?nèi)橫墻間距在層高2～3倍之間時(shí)，一般也按豎向單向板計(jì)算，但當(dāng)相鄰跨為按雙向板計(jì)算時(shí)，本跨可結(jié)合相鄰跨配筋情況按雙向板計(jì)算。

2.2邊界條件

一般情況下，地下室外墻與地下室樓板或頂板連接處均可簡(jiǎn)化為鉸接，而與基礎(chǔ)底板連接處均可視為剛接。這樣按單向板計(jì)算的地下室外墻即為頂部鉸接，底部剛接的單向板，而按雙向板計(jì)算的地下室外墻即為頂部鉸接，其余三邊剛接的雙向板。

2.3特殊情況

當(dāng)?shù)叵率彝鈮敓o樓板時(shí)（如窗井墻），應(yīng)按自由端計(jì)算。當(dāng)基礎(chǔ)底板剛度不滿足剛接情況時(shí)（如底板厚度小于外墻厚度），可按鉸接計(jì)算。

一般情況下，地下室外墻計(jì)算高度取結(jié)構(gòu)層高。有的工程基礎(chǔ)底板上有較厚的覆土，這時(shí)最下層外墻的計(jì)算高度應(yīng)視該層地面做法而定。如為混凝土面層較厚的剛性地面，且在基坑肥槽回填之前完成地面做法，則外墻計(jì)算高度可適當(dāng)減小。

外墻上有壁柱時(shí)，一般柱不應(yīng)作為外墻的支座。但應(yīng)注意柱對(duì)外墻外側(cè)水平筋的支座作用，采取措施防止外墻在柱邊位置開裂。

3、配筋計(jì)算

3.1承載能力極限狀態(tài)計(jì)算

一般地下室外墻按承載能力極限狀態(tài)計(jì)算墻配筋時(shí)，按純受彎構(gòu)件計(jì)算，不考慮上部結(jié)構(gòu)荷載作用。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷載較大時(shí)，應(yīng)分別按壓彎和軸心受壓驗(yàn)算墻體配筋。

3.2正常使用極限狀態(tài)計(jì)算

地下室外墻按正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算撓度、裂縫時(shí)，宜考慮上部豎向荷載的有利作用，按壓彎構(gòu)件計(jì)算。

3.3兩種狀態(tài)的荷載取值

地下室外墻的土壓力與水壓力通常按水土分算原則計(jì)算，地下水位以下的土壓力按有效重度計(jì)算。承載能力極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)，地下水按抗浮設(shè)計(jì)水位計(jì)算，正常使用極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)，地下水按常見水位計(jì)算。

4、裂縫控制

地下室外墻迎水面環(huán)境類別通常為二b類，而地下室內(nèi)部環(huán)境類別通常為一類，因此計(jì)算的裂縫寬度可分別按0.2mm、0.3mm控制。從控制裂縫角度，在配置鋼筋時(shí)，盡量選用小直徑鋼筋小間距布置；在選用混凝土?xí)r，通常選用低標(biāo)號(hào)混凝土，以C30混凝土居多。配置混凝土?xí)r，可采用以下方法減小裂縫：優(yōu)先采用低水化熱水泥，控制水泥用量，嚴(yán)格控制砂石骨料的含泥量和級(jí)配；摻入粉煤灰改善混凝土粘塑性；采用補(bǔ)償收縮混凝土，摻入膨脹劑等。在設(shè)計(jì)地下室外墻時(shí)，合理設(shè)置后澆帶或膨脹加強(qiáng)帶，增加外墻水平暗梁、暗柱等有也是比較有效的減少外墻裂縫的構(gòu)造措施。

結(jié)語：

地下室外墻是地下室結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件。根據(jù)外墻不同的建筑條件選取合理的荷載和計(jì)算模型，綜合考慮材料、施工等多方面因素應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，只有這樣，才能保證地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。