張海鳳 包連杰

/中國建筑東北設(shè)計研究院有限公司

鋼筋混凝土地下室外墻設(shè)計算例

張海鳳 包連杰

/中國建筑東北設(shè)計研究院有限公司

本文探討高層建筑地下室外墻承受的荷載、計算簡圖、計算配筋、裂縫及工程算例。

地下室外墻；荷載；計算模型；配筋；裂縫

引言

近些年城市建設(shè)飛速發(fā)展，高層建筑越來越多，由于高層建筑埋深的需求，多數(shù)高層建筑建有地下室。地下室外墻是地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，下面就地下室外墻設(shè)計算例進行探討。

1.確定墻厚、混凝土強度等級及防水要求

地下室外墻的厚度、混凝土強度等級及防水要求，應(yīng)綜合考慮上部結(jié)構(gòu)荷載情況、側(cè)向荷載情況、地下水位高低確定。

2.荷載

2.1 荷載

地下室外墻承受的荷載包括水平荷載和豎向荷載。水平荷載包括側(cè)向土壓力、水壓力、地面活荷載；豎向荷載包括上部樓蓋傳重和地下室結(jié)構(gòu)自重。在工程設(shè)計中，由于地下室外墻埋在土里，風(fēng)荷載和地震作用對地下室外墻產(chǎn)生的內(nèi)力一般不大，而且通常不考慮水平荷載與豎向荷載組合的壓彎作用，只按墻板彎曲計算配筋。高層建筑地下室外墻設(shè)計應(yīng)滿足水土壓力及地面荷載側(cè)壓作用下承載力要求[1]。

2.2 靜止土壓力系數(shù)

工程上一般取靜止土壓力系數(shù)Ka＝0.5 進行計算。

2.3 荷載組合

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，γG=1.2，γQ=1.40[2]。

3.計算簡圖

工程中常用做法是：取基礎(chǔ)底板和地下室樓板為地下室外墻的支點，沿豎向取 1m 寬的外墻按單跨梁、多跨梁（視地下室層數(shù)而定）來計算地下室外墻的彎矩配筋。外墻的支承條件，按外墻與周邊構(gòu)件剛度比確定。當(dāng)外墻厚度大于周邊構(gòu)件厚度按簡支計算，反之按固端考慮[3]。

4.配筋計算

高層建筑地下室外墻豎向分布鋼筋和水平分布鋼筋應(yīng)雙層雙向布置，間距不宜大于150mm，配筋率不宜小于0.3%[1]。地下室外墻配筋除滿足承載力計算要求外，還應(yīng)滿足裂縫要求，以及地下室外墻的構(gòu)造要求。當(dāng)?shù)叵率彝鈮ΤL時，考慮溫度應(yīng)力的影響，宜適當(dāng)加大水平分布鋼筋面積。

5.裂縫控制

地下室外墻混凝土在施工階段常常會出現(xiàn)開裂，裂縫多為豎向裂縫。裂縫的主要原因是混凝土在干燥收縮時受到鋼筋、邊界約束后拉裂而產(chǎn)生的。地下室外墻配筋時應(yīng)考慮裂縫影響。地下室外墻混凝土裂縫在設(shè)計階段的預(yù)防措施還有：外墻鋼筋間距≤150mm；混凝土采用中等強度（C30～C40）；留外墻垂直后澆帶等[4]。

6.工程算例

6.1 條件

1）土容重γ=18kN/m；浮容重γ`=11kN/m；內(nèi)摩擦角取30度；按靜止土壓力系數(shù)Ka=0.5計算；

2）地下室層高L=4m；埋深h=4m；設(shè)防水位高h1=2m；墻厚=300mm；地面堆載p= 10kN/m，計算簡圖如圖1所示。

3）混凝土強度等級為C30；鋼筋抗拉強度fy=360；地下室外墻外側(cè)保護層厚50mm。

圖1 地下室外墻計算簡圖

6.2 計算

1）荷載計算

Ka*p=5kN；Ka*γ*h1=18kN；Ka*γ`*(H-h1)=18kN；γw*(H - h1)=20kN

荷載組合：Q=1.4Ka*p+1.2[Kaγh1+Kaγ`(H - h1)+γw (H -h1)] = 65.8kN[2]；

按單跨梁計算，考慮塑性內(nèi)力重分布，支座彎距調(diào)幅系數(shù)取0.8。查靜力計算手冊，支座彎距系數(shù)為1/15，跨中彎距系數(shù)為0.0298[5]。

2）配筋計算[6]

支座彎距 M1=0.8*Q*L /15=0.8* 65.8*4 /15=49.57kN.m

受壓區(qū)高度 x1＝h0-(h0-2*γ0*M/α1/fc/b) =14.27mm

AS1＝α1*fc*b*x1/fy=567.06mm

跨中彎距 M2=1.25*Q*L *0.0298=1.25*65.8*4 *0.0298=42.82kN.m

受壓區(qū)高度 x2＝h0-(h0-2*γ0*M/α1/fc/b)=12.28mm

AS1＝α1*fc*b*x1/fy=487.83mm

3）、裂縫計算[6]

荷載標(biāo)準(zhǔn)值 Qk=Ka*p+Kaγh1+Kaγ`(H - h1)+γw (H - h1) =54kN

彎距標(biāo)準(zhǔn)值 Mk=Qk*L /15=50.53kN.m

矩形截面受彎構(gòu)件，構(gòu)件受力特征系數(shù) αcr＝ 2.1

帶肋鋼筋的相對粘結(jié)特性系數(shù) υ ＝ 1.0

取1米寬墻計算，截面寬度 b ＝ 1000mm

受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑 deq＝ ∑(ni * di ) /∑(ni *υ* di)＝16mm

實配鋼筋為 16@150鋼筋面積As=1340.412mm

配筋率ρ=0.5362%

按有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率ρte= As/Ate

對矩形截面的受彎構(gòu)件：Ate=0.5*b*h=0.5*1000*360=180000mm

ρte= 1340.412/180000=0.01

在最大裂縫寬度計算中，當(dāng)ρte＜0.01 時，取ρte＝ 0.01

σsk= Mk/(0.87*h0*As)=50533330/(0.87* 250*1340.412) =173.33

裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)ψ，按下列公式計算：ψ＝1.1-0.65*ftk/ρte/σsk=0.34

最大裂縫寬度ωmax，按下列公式計算：

ωmax= αcr*ψ*σsk*(1.9*c+0.08*deq/ρte)/Es=0.14mm <0.2mm滿足裂縫要求。

7.結(jié)束語

地下室外墻是不可忽視的重要構(gòu)件。應(yīng)從設(shè)計、材料、施工等多方面嚴格把關(guān)，來保證地下室外墻結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟、合理。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].中國建筑工業(yè)出版社, 2010.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社, 2012.

[3] 姜學(xué)詩.鋼筋混凝土地下室外墻承載力配筋計算[J].建筑結(jié)構(gòu) 技術(shù)通訊，2007, 1(9): 3-4.

[4] 袁正如.地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的問題探討[J].地下空間與工程學(xué)報，2010, 6(3): 548-551.

[5] 建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊編寫組.建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊[S].中國建筑工業(yè)出版社, 2004.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社, 2010.

張海鳳，女，工程師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。

包連杰，男，助理工程師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。