楊 濤

中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司

地下室外墻建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

楊 濤

中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)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(jì)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(jià)。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(jì)算公式創(chuàng)設(shè)出經(jīng)濟(jì)合理的配筋構(gòu)造，明確了在進(jìn)行地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同情況采用單、雙向板建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖。

地下室外墻；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；計(jì)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(jì)算公式和計(jì)算簡圖得出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)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(dòng)力等多方面壓力的影響，其受力點(diǎn)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缓退畨海⒖紤]最高防洪水位；地下外墻土壓力又分為靜止土壓力和主動(dòng)土壓力，采用主動(dòng)土壓力，需滿足密砂填土中墻體變形位移以及在密實(shí)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(dòng)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(jì)算保留了一定的抗壓儲(chǔ)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(jì)算公式

地下室外墻結(jié)構(gòu)是按偏心受壓構(gòu)件計(jì)算配筋，橫向荷載對(duì)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(jì)算,計(jì)算墻體配筋通常按墻板平面外受彎。當(dāng)荷載影響較大時(shí)，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(jì)算墻體配筋,然后將二者疊加。參見靜力計(jì)算手冊中荷載作用下的雙向彎矩計(jì)算系數(shù)，可計(jì)算出地下室外墻總體受壓值。

4 地下室外墻的計(jì)算簡圖

地下室外墻建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)是外墻計(jì)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(jìn)行地下室外墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)外墻所處周邊環(huán)境進(jìn)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(jì)算簡圖或單向板計(jì)算簡圖[3]。

常用的雙向板計(jì)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(diǎn),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(jìn)行計(jì)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(jì)需滿足荷載、受力和使用要求,同時(shí)也要選擇最經(jīng)濟(jì)的配筋和厚度組合。在設(shè)計(jì)過程中，多做幾組荷載分析及配筋計(jì)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(jì)出安全性最高以及造價(jià)相對(duì)較低的計(jì)算簡圖。常用的單向板計(jì)算簡圖和雙向板計(jì)算簡圖如圖1、圖2所示。

圖1 單向板計(jì)算簡圖

圖2 雙向板計(jì)算簡圖

5 地下室外墻建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)

分析了墻體的荷載及受力范圍以及規(guī)劃好墻體計(jì)算簡圖，便可對(duì)其進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)，對(duì)于地下室外墻建筑的構(gòu)造設(shè)計(jì)，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(jì)應(yīng)遵循以下原則：(1)材料、混凝土標(biāo)號(hào)、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(jì)算簡圖，或采用水平多跨連續(xù)板計(jì)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(duì)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(shí)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(shí)際構(gòu)造與計(jì)算簡圖基本相符時(shí)，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(jìn)行配筋,用剩余配筋補(bǔ)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(jì)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(shí),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(jí)，地下室外墻的抗?jié)B等級(jí)不得低于0.6MPa。

6 結(jié)語

地下室外墻建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)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(jìn)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(jì)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(gè)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(jì)建筑結(jié)構(gòu)方案，故對(duì)其外墻設(shè)計(jì)應(yīng)從材料、配筋、施工、構(gòu)造設(shè)計(jì)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(jì)能夠滿足抗壓、抗?jié)B的要求,又能適當(dāng)減少工程造價(jià)要求，真正提高地下室外墻建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)用性和有效性,從而緩解人類日益緊張的土地問題。

[1]紀(jì)福宏,郭惠琴.混凝土結(jié)構(gòu)地下室外墻的設(shè)計(jì)[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(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)[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(jī)理及控制措施[J].結(jié)構(gòu)工程師,2006(6):88～91.