楊 濤

中設(shè)設(shè)計集團股份有限公司

地下室外墻建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

楊 濤

中設(shè)設(shè)計集團股份有限公司

外墻結(jié)構(gòu)是地下室結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件，正確合理的外墻設(shè)計不僅能保障地下室整體結(jié)構(gòu)安全，還能減少其工程造價。本文通過分析地下室外墻結(jié)構(gòu)的荷載受力情況，利用外墻計算公式創(chuàng)設(shè)出經(jīng)濟合理的配筋構(gòu)造，明確了在進行地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)不同情況采用單、雙向板建筑結(jié)構(gòu)計算簡圖。

地下室外墻；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；計算簡圖

1 引言

隨著大量工程建設(shè)的開發(fā)和發(fā)展,致使很多土地被利用，越來越多地區(qū)的土地建設(shè)已經(jīng)不能滿足人類和生產(chǎn)的需求，故建筑發(fā)展的趨勢已逐漸從地上轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)受多方面的因素影響，在建設(shè)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(jié)構(gòu)的墻體配筋。本文分析了地下室外墻建筑結(jié)構(gòu)的荷載受力因素，并通過外墻計算公式和計算簡圖得出結(jié)構(gòu)設(shè)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(cè)壓力、側(cè)向土壓力等，水平地震及風(fēng)荷載對地下室外墻平面內(nèi)產(chǎn)生的荷載影響較小。（2）豎向荷載，有地下室結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jié)構(gòu)中的剪力墻主要是平面內(nèi)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(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍v史水位情況確定，一般取當(dāng)?shù)刈罡叩叵滤缓退畨?，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(guān)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(zhì)量[2]。

3 地下室外墻計算公式

地下室外墻結(jié)構(gòu)是按偏心受壓構(gòu)件計算配筋，橫向荷載對地下室外墻壓力小，故其產(chǎn)生的截面應(yīng)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(dāng)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(shù)，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(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)是外墻計算簡圖的選取，在地下室外墻結(jié)構(gòu)中,存在剪力墻、上部結(jié)構(gòu)延伸下來的柱以及地下室結(jié)構(gòu)需要布置的柱等豎向構(gòu)件，另外，還存在外墻與鋼筋混凝土內(nèi)墻垂直相交。所以進行地下室外墻設(shè)計時，應(yīng)對外墻所處周邊環(huán)境進行分析，根據(jù)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(jù)地下室層數(shù)和外墻的寬度,以外墻頂板或底板為支撐點,按周邊構(gòu)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(xù)板進行計算，當(dāng)周邊構(gòu)件厚度小于外墻厚度按簡支考慮。地下室外墻設(shè)計需滿足荷載、受力和使用要求,同時也要選擇最經(jīng)濟的配筋和厚度組合。在設(shè)計過程中，多做幾組荷載分析及配筋計算,比較建筑結(jié)構(gòu)的材料用量、施工難易、結(jié)構(gòu)安全等因素,設(shè)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(gòu)造設(shè)計

分析了墻體的荷載及受力范圍以及規(guī)劃好墻體計算簡圖，便可對其進行構(gòu)造設(shè)計，對于地下室外墻建筑的構(gòu)造設(shè)計，必須從構(gòu)件的工作壽命以及結(jié)構(gòu)的耐久性因素考慮，防止墻體產(chǎn)生水平裂縫。一般地下室外墻的構(gòu)造設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：(1)材料、混凝土標號、截面應(yīng)滿足規(guī)范要求。(2)可采用三邊連續(xù)、一邊自由的窗井計算簡圖，或采用水平多跨連續(xù)板計算。(3)地下室外墻應(yīng)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(jié)筋。通常按構(gòu)造要求設(shè)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(yīng)滿足受彎構(gòu)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(cè)的配筋不應(yīng)小于受彎構(gòu)件的最小配筋率，并根據(jù)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(nèi)側(cè)，水平鋼筋宜布置在外側(cè)[4]。(4)當(dāng)實際構(gòu)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(nèi)、外構(gòu)造要求的基礎(chǔ)上可給定長度較大的拉結(jié)筋進行配筋,用剩余配筋補足短筋,(5)地下室外墻構(gòu)造與底板連接，參照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》搭接地下室外墻鋼筋，并根據(jù)縱向鋼筋搭接接頭面積百分率修正搭接長度。(6)當(dāng)?shù)叵率彝鈮κ芩畨汉奢d較大時,應(yīng)根據(jù)最大水壓與外墻厚度比確定外墻的抗?jié)B等級，地下室外墻的抗?jié)B等級不得低于0.6MPa。

6 結(jié)語

地下室外墻建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)根據(jù)外墻作用荷載以及受力影響，區(qū)分橫向荷載與豎向荷載對建筑結(jié)構(gòu)造成的不同影響，在此基礎(chǔ)上選用合理的配筋方式進行外墻結(jié)構(gòu)搭建，按外墻與周邊構(gòu)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(yīng)根據(jù)外墻周邊荷載影響具體分析和設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)方案，故對其外墻設(shè)計應(yīng)從材料、配筋、施工、構(gòu)造設(shè)計等多方面采取相應(yīng)的措施避免和減少裂縫產(chǎn)生，使得地下室外墻設(shè)計能夠滿足抗壓、抗?jié)B的要求,又能適當(dāng)減少工程造價要求，真正提高地下室外墻建筑結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)地下室外墻的設(shè)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(yù)防及處理[J].建筑科學(xué),2008(20):51.

[3]練賢榮.地下室外墻設(shè)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(chǎn)生機理及控制措施[J].結(jié)構(gòu)工程師,2006(6):88～91.