導(dǎo)語：多層地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］本文通過對(duì)影響地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的一些關(guān)鍵問題的分析，包括計(jì)算模型選取、荷載取值、內(nèi)力計(jì)算、裂縫控制等，為外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性、合理性提出了幾點(diǎn)參考性建議。

［關(guān)鍵詞］地下室外墻;計(jì)算模型;荷載;內(nèi)力計(jì)算

城市發(fā)展伴隨著用地緊張問題的突顯，多層地下室空間的利用顯得愈發(fā)重要，而地下室外墻(以下簡(jiǎn)稱外墻)作為室內(nèi)外交接構(gòu)件對(duì)工程造價(jià)、使用質(zhì)量等起著決定性作用，所以合理有效的外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。外墻由于所處環(huán)境的特殊性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)宜考慮結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)性和構(gòu)件單獨(dú)設(shè)計(jì)合理性的兩個(gè)方面。傳統(tǒng)的做法是外墻與結(jié)構(gòu)分割分析，有它的可行性和局限性，不可千篇一律，應(yīng)根據(jù)分析對(duì)象的不同，結(jié)合結(jié)構(gòu)方案做針對(duì)性設(shè)計(jì);作為構(gòu)件單元，應(yīng)有機(jī)結(jié)合結(jié)構(gòu)整體布置、邊界關(guān)系、土環(huán)境類別、耐久性要求等綜合考慮，片面的考慮問題，必將浪費(fèi)社會(huì)資源或存在工程隱患。下面就對(duì)影響外墻設(shè)計(jì)的若干問題進(jìn)行闡述。

1外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的若個(gè)問題

1.1計(jì)算模型的選取

外墻計(jì)算應(yīng)考慮它的結(jié)構(gòu)體系、荷載作用、邊界條件、及構(gòu)造要求等等。例如，外墻軸線上作用有上部結(jié)構(gòu)且基礎(chǔ)采用條型基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)，此時(shí)外墻的內(nèi)力不僅包括側(cè)向的水、土壓力及人防荷載等，還應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)作用引起的對(duì)基礎(chǔ)的反作用力，此時(shí)外墻應(yīng)按雙(單)向板考慮側(cè)向作用與按深梁考慮豎向反力作用綜合來考慮，但是按深梁計(jì)算考慮往往被忽略，從而存在水平鋼筋不足問題等。所以，計(jì)算模型應(yīng)綜合考慮各個(gè)方面問題，方能不漏算、多算，做到設(shè)計(jì)安全與合理。

1.2荷載

外墻所受的作用包括水平作用和豎向作用。水平作用有水土壓力和人防等效靜荷載，豎向作用包括地下室的上部結(jié)構(gòu)和地下室頂板傳來的活荷載和恒載。由于土體側(cè)限的有利作用，上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的風(fēng)荷載與水平地震作用對(duì)外墻產(chǎn)生的效應(yīng)一般不起控制作用，外墻配筋主要是由于水平荷載產(chǎn)生的彎矩確定，豎向作用作為有利的豎向約束，一般不考慮它的有利作用，僅按墻板彎曲計(jì)算配筋，但當(dāng)基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)或筏形基礎(chǔ)時(shí)，宜按考慮地基反力作用的深梁計(jì)算。一般情況下，地下室外墻的水土壓力為靜止土壓力，根據(jù)土透水性的不同而采用不同計(jì)算，粘性土采用水土合算，砂性土采用水土分算，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中往往本末倒置。

1.3靜止土壓力系數(shù)

K0K0宜由試驗(yàn)確定。當(dāng)無法通過試驗(yàn)確定，可根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)取值，一般情況下，砂性土可取0.4～0.5，粘性土取0.5～0.75。

1.4外墻配筋

存在外墻設(shè)計(jì)時(shí)，不考慮扶壁柱尺寸是否對(duì)外墻的有效約束，均按雙向板計(jì)算配筋，存在扶壁柱僅僅考慮整體計(jì)算結(jié)構(gòu)配筋，未復(fù)核外墻按雙向墻板傳遞水平力驗(yàn)算扶壁柱的配筋。由扶壁柱與外墻的變形協(xié)調(diào)原理可知:存在外墻豎向筋不足、扶壁柱配筋偏小、外墻的水平筋未考慮水平支座約束等問題。

2關(guān)于外墻模型的影響因素

(1)當(dāng)外墻無橫墻或橫墻間距S＞2H(層高)時(shí)，外墻的計(jì)算模型受地下室底板、頂板、及外墻是否延伸作為上部結(jié)構(gòu)等影響。地下室底板厚度滿足外墻鋼筋的基本錨固長度且厚度大于外墻厚，可以認(rèn)為地下室底板滿足對(duì)外墻的嵌固要求，可作為固定支座，反之，應(yīng)考慮按鉸支座或者自由端;地下室頂板要區(qū)別開洞與否，開洞時(shí)應(yīng)按自由端設(shè)計(jì)，不開洞時(shí)，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)嵌固于地下室頂板或外墻側(cè)回填土壓實(shí)系數(shù)≥0.94，且頂板厚度大于外墻厚度可按嵌固考慮，其余情況按鉸接保守考慮;外墻延伸作為上部結(jié)構(gòu)剪力墻時(shí)，豎向有利應(yīng)力較大，且外墻延續(xù)，此時(shí)頂板處可按嵌固端考慮，否則，應(yīng)按前面幾種情況考慮。所以，地下室外墻不可均千篇一律地按下端嵌固、上端鉸支的單向連續(xù)墻板設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合邊界條件和自身位置和尺寸綜合考慮。(2)當(dāng)外墻內(nèi)橫墻較密或橫墻間距S≤2H(層高)時(shí)，地下室外墻下端嵌固于底板、上端鉸支于頂板、左右鉸接或者嵌固于橫墻的雙向連續(xù)板。(3)當(dāng)外墻上設(shè)置柱時(shí)，附壁柱截面尺寸沿垂直外墻方向大于2tw(外墻厚)，且附壁柱考慮外墻傳來的水平作用，此時(shí)可按雙向連續(xù)墻板設(shè)計(jì)，反之，則仍應(yīng)按單向連續(xù)墻板設(shè)計(jì)。(4)當(dāng)?shù)叵率业装迳嫌休^厚的覆土?xí)r，隨著地面覆土層做法的不同，外墻計(jì)算高度相應(yīng)變化。如果在基坑回填土之前底板覆土按素混凝土回填，則外墻計(jì)算高度可算至地下室底板覆土面層。然而實(shí)際情況常常是在地下室頂板施工達(dá)到一定強(qiáng)度后，回填基坑填土，此時(shí)，外墻水平荷載已作用，再回填底板覆土也得按底板面計(jì)算外墻高度，不可按覆土頂面計(jì)算，只有在基坑土未回填且底板覆土按素混凝土回填時(shí)，外墻高度才可扣除底板覆土厚。為了降低外墻計(jì)算高度，也可在外墻設(shè)置水平和豎向加腋，加腋構(gòu)造參考《16G101－3》［2］第84、86頁設(shè)計(jì)，此時(shí)外墻計(jì)算高度也可適當(dāng)扣除底板覆土厚度。

3關(guān)于外墻荷載的取值問題

3.1室外地面活荷載

室外活荷載一般可取5kN/m2。當(dāng)室外活載較大，例如考慮消防車活荷載或者考慮施工活荷載，應(yīng)按實(shí)際情況確定。該活荷載在外墻豎向產(chǎn)生的荷載為Px，Px=qxka=qx/3，qx為地面活荷載。

3.2水壓力

根據(jù)場(chǎng)地的氣候特征、場(chǎng)地地形、場(chǎng)地周邊的市政排水設(shè)施和工程施工后水文地質(zhì)條件將產(chǎn)生變化的情況，水位計(jì)算高度按最近的3～5年最高水位考慮，一般取室外地坪下0.5m。

3.3土壓力

(1)地下室外墻承受的水平向土壓力一般取靜止土壓力，土壓力系數(shù)K0，對(duì)一般固結(jié)土可取K0=1－sinφ(φ為土的有效內(nèi)摩擦角)，有效內(nèi)摩擦角可根據(jù)回填土的密實(shí)度確定。(2)地下室外墻土壓力計(jì)算中，外墻計(jì)算跨中土壓力可按靜止土壓力系數(shù)乘以折減系數(shù)0.66近似計(jì)算，Ka=0.5×0.66=0.33，相當(dāng)于主動(dòng)土壓力，詳參考文獻(xiàn)［1］。(3)地下水范圍內(nèi)土的容重，可近似取11kN/m2。

4關(guān)于外墻內(nèi)力計(jì)算的問題

現(xiàn)以某一雙層地下室的外墻設(shè)計(jì)為例討論外墻內(nèi)力計(jì)算時(shí)的一些問題，分析影響因素有荷載、計(jì)算模型、電算方法等。該地下室處于7度區(qū)，三類場(chǎng)地，三級(jí)抗震，地下一二層層高均為4.8m，室外回填土0.5m，地下室回填土為粘土，平面布置如圖1所示:外墻水平作用(采用水土合算比較)如下計(jì)算:qi=(Px+γh)(1－sinφ)Px=qx•ka=qx/3=5/3=1．67kN/m2則:q1=(1．67+18×0．5)×(1－sin30)=5．3kN/m2q2=(1．67+18×5．3)×(1－sin30)=48．5kN/m2q3=(1．67+18×10．1)×(1－sin30)=91．7kN/m2qi:為支座處水平荷載;Px:室外活載沿外墻高度產(chǎn)生的內(nèi)力;γ:水土有效重度;外墻采用三種計(jì)算模型如下(a模型)、(b模型)、(c模型)所示:圖2手算連續(xù)梁(a模型)兩邊固定單向板計(jì)算與一邊固定、一邊鉸接單向板計(jì)算的平均值考慮即SATWE計(jì)算模型(c模型)。荷載誤差比較:(a)與(b)相差:(93.4－91.7)/91.7=1.85%＜5%，滿足工程精度要求;(a)與(c)相差:(91.7+48.5)/2=70.1kN/m2，70.1－73.98/73.98=5%滿足工程精度要求。通過上表可知:(1)a模型計(jì)算內(nèi)力較b模型大。由于b模型考慮了水平方向的約束的有利作用，所以計(jì)算內(nèi)力會(huì)偏小，從而縱向鋼筋也會(huì)略小，而b模型與c模型計(jì)算結(jié)果幾乎一致。(2)配筋計(jì)算中a模型與b模型計(jì)算相近，而c模型較小。由于c模型為SATWE模型，截面配筋沒有考慮按裂縫控制要求配置而偏小。綜合以上分析，外墻計(jì)算時(shí)，a模型與b模型計(jì)算較合理，滿足工程要求，當(dāng)外墻較長或滿足單向板計(jì)算條件時(shí)，宜按a模型計(jì)算;當(dāng)外墻較短或滿足雙向板約束時(shí)，宜按b模型計(jì)算，c模型的荷載、內(nèi)力結(jié)果作為校核參考。

5其他問題及幾點(diǎn)建議

外墻設(shè)計(jì)時(shí)除了分析模型按單、雙向墻板受力分析外，在外墻與附壁柱、底板、車道底板、防爆電纜井底板交接處等常常存在工程設(shè)計(jì)隱患，因漏錯(cuò)算傳力關(guān)系，或未考慮交接節(jié)點(diǎn)處內(nèi)力平衡，而存在設(shè)計(jì)隱患。首先，外墻在附壁柱交接處考慮附壁柱的側(cè)向約束作用時(shí)，外墻水平筋常常漏加強(qiáng)、附壁柱未考慮墻板側(cè)向傳力計(jì)算，尤其是對(duì)豎向軸力較小的外墻附壁柱，往往存在設(shè)計(jì)與實(shí)際工況不符;其次，在外墻與底板(含車道底板、防爆電纜井底板等)交接處，往往漏考慮底板作為外墻側(cè)向約束作用，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)處內(nèi)力計(jì)算不足，可能過早進(jìn)入裂縫，影響使用功能;再次，在底板與外墻節(jié)點(diǎn)處，外墻底板內(nèi)力常常較大，在底部交接處，外墻的豎向受力筋往往未考慮底板的抗彎承載力與之協(xié)調(diào)，尤其是在車道底板支座處往往漏考慮，而存在底板支座處過早出現(xiàn)裂縫，影響工程質(zhì)量;此外，坡道側(cè)墻在無頂板水平支撐作用的工況也常常漏考慮，這時(shí)外墻可簡(jiǎn)化為單跨墻壁板，建議按分段計(jì)算，即合理又經(jīng)濟(jì)。

6總結(jié)

在外墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)方案布置，考察外墻是否有必要參與結(jié)構(gòu)整體計(jì)算，又要對(duì)外墻本身尺寸及做法認(rèn)真考核，以建立適合實(shí)際情況的模型。同時(shí)在配筋及構(gòu)造做法上要考慮支座的約束情況，使配筋及構(gòu)造滿足實(shí)際邊界條件，所以，外墻的設(shè)計(jì)問題較復(fù)雜，應(yīng)從結(jié)構(gòu)體系到構(gòu)件的全面分析，做到質(zhì)量上有保證，經(jīng)濟(jì)上合理才是工程設(shè)計(jì)人員的不竭動(dòng)力。

作者:翁祖燦 單位:福州市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院

參考文獻(xiàn)

［1］朱炳寅．建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問答及分析(第2版)［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社．2013．05．

［2］中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院．16G101－3混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖［S］．北京:中國計(jì)劃出版社．2016．10．