摘 要：本文分析了地下室外墻計算和構造措施兩個方面，闡述了如何針對地下室外墻進行設計。

　　關鍵詞：地下室;外墻;受力分析;優(yōu)化設計;討論

　　Abstract: This paper analyzes the exterior wall of basement calculation and construction measures two aspects, and elaborates on how to design the basement exterior wall.

　　Key words: underground chamber; exterior wall; stress analysis; optimization design; discussion

　　中圖分類號:TU2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104(2012)

　　地下室外墻設計應根據(jù)以上因素綜合分析考慮,以滿足計算及構造要求。但由于各個工程的實際情況不盡相同,所以在進行地下室外墻設計時,應根據(jù)具體情況具體分析,使地下室外墻設計既安全可靠、經(jīng)濟合理,又能滿足地下室結構抗?jié)B這一特殊要求,真正解決工程的實際需要,保證其正常使用。

　　1 地下室外墻所受荷載及受力分析

　　1.1 地下室外墻所承受的荷載分為水平和豎向荷載。豎向荷載有上部及地下室結構的樓蓋傳重和自重,水平荷載有地面活載、側向土壓力、水壓力、人防等效靜荷載。風荷載或水平地震作用對地下室外墻平面內產生的內力較小。在實際工程設計中,豎向荷載、風荷載或地震作用產生的內力一般不起控制作用,墻體配筋主要由垂直墻面的水平荷載產生的彎矩確定,而且通常不考慮與豎向荷載組合的壓彎作用,僅按墻板彎曲計算。地下室外墻的受力狀態(tài)與主體結構中的剪力墻最大區(qū)別在于它是平面外受力(作用力有土壓力、水壓力或爆炸震動力),因此地下室外墻的受力鋼筋主要是分布在墻段而不是在其端部,而主體結構的剪力墻主要是平面內受力(墻端部受拉受壓、墻段受剪)。

　　1.2 地下室外墻土壓力作用按靜止土壓力計算還是按主動土壓力計算目前還未達成統(tǒng)一,在《全國民用建筑工程設計技術措施》-結構P18第2.6.2條中為地下室側墻承受的土壓力宜取靜止土壓力;在《多高層鋼筋混凝土結構設計中疑難問題的處理及算例》(李國勝)P183公式13-23中建議取主動土壓力,Ka約為1/3。我個人傾向于地下室外墻計算側壓力應按靜止土壓力計算,因為地下室墻板往往較厚(≥300mm),具有一定的剛度,在綜合土、水外力作用下,變形較小,可以近似認為是不移動的,比較符合靜止土壓力受力模型。而主動土壓力的產生條件一般要滿足在密砂填土中墻體變形位移+Δ≈0.5%H;在密實粘性土中墻體變形位移+Δ≈1～2%H的要求。實際工程中回填土往往采用粘性土進行分層夯實回填,壓密系數(shù)≥0.94以上;另靜止土壓力比主動土壓力要大,在地基及基礎的角度講,不確定因素較多,故采用靜止土壓力計算能留有一定的儲備能力,保證了工程的質量與安全。

　　1.3 地下水壓力應當根據(jù)當?shù)氐臍v史水位情況確定,當?shù)乜眻蟾嫖刺岢雒鞔_的水位及水壓力分布情況時,對一般性的工程取在使用年限內可能出現(xiàn)的最高地下水位和最大水壓,同時考慮最高防洪水位的不利影響,考慮土、水造成的壓力對地下室外墻的共同影響。

　　1.4 外墻荷載組合。作用在外墻上的荷載可有以下組合。

　　1.4.1 結構自重、地面活荷載、土壓力、地下水壓力;

　　1.4.2 結構自重、地面活荷載、土壓力、地下水壓力、爆炸動荷載(有人防要求時)。

　　地下室外墻受彎及受剪計算時,荷載效應應按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合考慮,土、水壓力引起的效應為永久荷載效應,地面活荷載引起的效應為可變荷載效應。當考慮由可變荷載效應控制的組合時,土壓力的荷載分項系數(shù)取1.2;當考慮由永久荷載效應控制的組合時,其荷載分項系數(shù)取1.35。對于地面活荷載,荷載分項系數(shù)取1.4。地下室外墻裂縫計算時,荷載效應應按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應的準永久組合考慮。

　　2 外墻結構受力理論分析

　　一般地下室外墻的分析計算模式有兩種方法,可根據(jù)支承情況的不同按單向板或四邊支承板來考慮。

　　2.1 在框架或框剪結構體系中按單向板受力或雙向板考慮計算。

　　把地下室墻體作單向板計算,樓面頂板(連續(xù)板塊)和基礎底板作為外墻的支點其余兩邊按自由考慮。墻板自身剛度比較大(板厚≥300mm),與柱子的剛度相差不太懸殊,一般不再考慮柱子對板塊的分割作用,柱子對其形不成理論上的支撐作用,故彎矩均讓墻體來抵抗。對于支座形式的判斷,則應具體分析,一般頂板處,可按簡支,底板處,若底板是一大的筏板,墻體直接生根其中,則做固端合適,若下部不是筏板,僅為單獨的基礎或基礎梁時,對外墻的約束剛度不大,則做簡支考慮比較合適。在實際工程中,有時考慮到邊界條件不可能十分明確,通常在計算端彎矩和跨中彎矩時,對同一邊界采用兩種不同的支承假設,如按端部固定計算端彎矩,按端部鉸接計算跨中彎矩等。

　　在層數(shù)較高的建筑物中,其柱子截面可能會比較大(壁柱式墻體的壁柱厚度不宜小于墻厚的2.5倍),自身剛度也較大,軸壓比也很大,這時,應考慮其對墻體的部分支撐約束作用,可考慮按四邊支撐雙向板計算。如果不考慮的話,可能會造成水平分布筋的偏小,產生裂縫過大。對于這種情況如按單向板計算,在設計中應該從概念角度對水平分布筋采取增大配筋的加強措施。

　　2.2 在剪力墻結構體系中按四邊支承板受力考慮計算。

　　剪力墻結構中,房間開間往往并不是很大,決定了地下室外墻的板跨也不會很大,這就為本計算方法提供了實際模型條件,把地下室墻體作四邊支承板來計算,樓面頂板(連續(xù)板塊)和基礎底板以及與外墻垂直的內墻作為外墻的支承考慮。內墻的抗側移剛度很大,完全可以作為外墻的固端來提供對外墻的約束作用。

　　2.3 其他特殊情況(地下室頂板有大開口的地下室墻)。

　　當?shù)叵率彝鈮υO計中考慮樓梯間,車道等支承條件不同的外墻計算與設計,此時地下室外墻為懸臂構件受力,與一般外墻受力不同,應當另外分析計算。地下室外墻頂與頂板不在同一標高時,還應注意外墻上部支座水平力的傳遞問題。半地下室時外墻開采光通風窗時,地下室外墻為懸臂構件受力。對于同一個地下室,地下室外墻所在位置不同,上面三種計算簡圖可能都會出現(xiàn),此時應該按照實際情況分別計算,分別配筋,決不可一個斷面代表所有外墻,這樣做既不經(jīng)濟,也不一定安全。

　　3 地下室外墻計算公式

　　外墻除承受水平荷載外,還承受上部結構及各層地下室頂板傳來的荷載和外墻自重等豎向荷載。所以,嚴格來講,外墻應按偏心受壓構件計算配筋。但在實際工程設計中,考慮豎向荷載產生的截面應力很小,而且為了計算方便,僅按墻板平面外受彎計算配筋。當豎向荷載很大時,也可分別按受彎和軸心受壓計算墻體配筋,然后將二者疊加。

　　外墻板在三角形和均布荷載作用下的雙向彎矩計算系數(shù)和公式可參見靜力計算手冊;考慮混凝土板的各向異性,泊松比取為0.2。外墻板單向彎矩計算公式也參見靜力計算手冊。

　　4 優(yōu)化設計

　　按上面介紹的原理計算出的地下室外墻雖然滿足受力和使用要求,但不一定是最經(jīng)濟的厚度和配筋組合。還應該改變墻厚度,多做幾組厚度和配筋組合,比較材料用量、造價、施工方便等因素,從中選出最優(yōu)組合。

　　5 整體結構計算時的計算模型

　　關于結構整體計算時外墻是否輸入這個問題。個人認為,主要是擔心輸入側墻影響地下室結構剛度,在計算時候地震力會變大,影響最后結果。現(xiàn)在SATWE里面有選項設置地下室層數(shù),設置后,地下室的剛度放大到地上的3倍以上,而且設置地下室后,首層作為上部結構的嵌固端,地下室不參與地震計算。這時候,地下室側墻輸入與否,應該差別不大。所以,地下室是否輸入側墻,不是關鍵問題,而是是否設置成為地下室,這才是影響到程序計算結果的原因。如果不設置地下室層數(shù),所有層都作為上部結構參與地震計算,這時候,側墻的輸入與否,就相差很大了。外墻開洞的影響:如果地下室不參與抗震計算(地下室層數(shù)在操作軟件中已定義)。這時,地下室外墻按開洞設計還是按不開洞設計,差別不大,從理論上也應當沒有多大影響。但此時,須保證地下室側向剛度是一層的兩倍及以上。否則地下室應參與抗震計算。假如地下室參與抗震計算。外墻設計開洞與不開洞對上部結構抗震分析,可能有不同的結果,要視工程具體情況而定,不能一概而論。

　　6 結語

　　隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展,城市化進程不斷加快,迫使人們不斷的開發(fā)利用地下空間,地下室外墻的計算就變成結構設計中不可或缺的重要一環(huán)。但是不同的設計人員計算出的地下室外墻厚度、配筋相差較大,有些計算簡圖、配筋形式也欠合理。本文就如何考慮地下室設計做一探討,為以后的類似設計提供參考。

　　參考文獻：

　　[1] 王凱鵬.地下室外墻設計探討 [J].福建建設科技,2006(6).

　　[2] 蔡舒.淺析地下室外墻計算和設計 [J].價值工程,2011(15).