地下室外墙计算分析与裂缝控制

顾　亮

(南通市建筑设计研究院有限公司，江苏 南通　226001)



地下室外墙计算分析与裂缝控制

顾亮

(南通市建筑设计研究院有限公司，江苏 南通226001)

结合某工程实例，采用上部铰接、下部嵌固模型和上部铰接、三侧嵌固模型，对地下室外墙进行了计算分析，结果表明上部铰接、三侧嵌固模型既能反映地下室的真实情况，又能有效控制裂缝的发生，达到了经济合理的效果。

地下室外墙，计算模型，混凝土裂缝

0　引言

随着城市建设的快速发展，土地的重要性愈发显现出来，建筑向地下空间发展已是大势所趋。越来越多的建筑设置钢筋混凝土地下室，而地下室的综合造价相比地上建筑高出不少，地下室外墙是地下室一个非常重要的组成部分，其计算与设计是否合理，能否在保证安全经济的基础上，对外墙裂缝进行充分的考虑，有效的控制裂缝。

1　荷载与受力情况

在正常情况下，地下室外墙上作用的主要恒荷载有外墙自重、地下侧向水、土压力，主要活荷载有地面活荷载等。地下室外墙计算主要涉及的参数有土压力计算系数、地下水位高度、水土容重取值和地面活荷载等。

2　外墙计算模型

地下室外墙实则上是竖向放置的板，其四边的支座情况需要根据实际情况进行简化，情况不同，则计算模型的选取也不同[1]。当柱和剪力墙主要承受上部结构荷载，且顶板的荷载主要由外墙来承担时，则外墙板上作用的竖向压力可以忽略，外墙可以按照板式受弯构件进行简化。当上部建筑作用的荷载较大，且主要由地下室外墙来承担时，则竖向作用的压力不能忽略，外墙可以按照板式压弯构件进行简化。地下室外墙板顶端一般仅与地下室顶板相连，和外墙相比顶板较薄，刚度较小，约束力不足，故外墙顶端可以按照铰接来考虑。外墙底端一般与刚度较大的基础梁或基础底板相连，故外墙底端可以按照嵌固来考虑；当有内隔混凝土墙垂直于外墙时，外墙可以按照多跨连续板来考虑，内隔混凝土墙可以用作多跨连续板的支座，对地下室外墙提供侧向支承[2]。

3　计算实例

以某工程为例(见图1)，轴网尺寸为8.2 m×8.0 m，地上为12层，层高均为3.6 m，地下1层，层高为4.8 m，地上使用功能为办公，地下使用功能为车库。地下室外墙厚度取为350 mm，混凝土强度取为C35，墙体钢筋采用HRB400，地下水按顶板下0.6 m考虑。

1)WQ1计算，根据WQ1的四周支撑情况，按照上部铰接、下部嵌固的计算模型进行计算(见图2)，最大裂缝宽度限值为0.2 mm。经过计算，可得出在侧向水土压力及地面活载作用下，支座处配筋计算结果为1 424 mm2/m，在考虑裂缝的情况下，支座处配筋计算结果为2 367 mm2/m。

2)WQ2计算，根据WQ2的四周支撑情况，按照上部铰接、下部及两侧嵌固的计算模型进行计算(见图3)，最大裂缝宽度限值为0.2 mm。经过计算，可得出在侧向水土压力及地面活载作用下，底部支座处配筋计算结果为1 261 mm2/m，在考虑裂缝的情况下，支座处配筋计算结果为1 700 mm2/m；两侧支座处配筋计算结果为794 mm2/m，在考虑裂缝的情况下，支座处配筋计算结果为1 050 mm2/m。

综合两种计算模型可知：1)对于地下室外墙，根据外墙的实际支撑情况，选择合适的计算模型相当重要，直接影响工程的造价；2)对于上侧铰接，三侧嵌固的计算模型，应根据计算结果加强两侧支座处的水平配筋；3)外墙底部弯矩较大，配筋可采用通长钢筋外加底部附加钢筋的形式，而通长钢筋只需满足规范要求的最小配筋率即可，从而达到经济、节约的目的；4)外墙作为受弯构件，内外侧弯矩不同，内外侧取大值相同配筋是不经济、不合理的。

4　设计及施工中的裂缝控制

在通常情况下，外墙配筋只要能够满足规范要求的最大裂缝宽度,则必能满足外墙承载力的要求，但反之未然,对这种情况，在设计中应特别加以注意[3]。对于地下室裂缝的控制，不管是在设计中还是施工中都应该引起特别的重视。

因工程设计而引起外墙裂缝产生的主要原因有以下几点：

1)混凝土保护层偏大时，未按要求设置钢筋网片；2)地下室长度、宽度过长，未设置伸缩缝或后浇带，导致混凝土收缩应力过大；3)选用的混凝土等级较高，水化热较大，容易开裂；4)外墙设计时，设计厚度不足，钢筋直径偏大，而且竖向钢筋位于水平钢筋外侧，容易引起竖向裂缝；5)片面节省造价，未添加抗裂材料，未采用补偿收缩混凝土。

因工程施工而引起外墙裂缝产生的主要原因有以下几点：

1)工地现场管理不到位，施工质量把控不严；2)浇筑混凝土之前未充分将模板湿润，模板吸收掉混凝土中水分而导致混凝土收缩，

温度较高时入模，白昼温差较大；3)拆模过早、养护未充分，导致水分丧失过快和混凝土降温过快，混凝土表面处于干燥状态，收缩应力加大。

控制混凝土的裂缝应从以下几方面入手：材料选择、工程设计、工程施工等，采用“抗”与“放”相结合的原则，保证结构的安全度及使用功能的要求[4]。

1)材料选择。控制水泥的用量，合适的水泥种类应为中低热的。对C30级别的混凝土，水泥用量控制在250 kg/m3以内较为合理，C40级别的混凝土，水泥用量在320 kg/m3以内较为合理。合适比例的粗细骨料可减少混凝土的水泥用量和用水量，从而充分的降低水化热，同时应该适当的添加抗裂剂和外加剂；2)工程设计。加大混凝土的强度和刚度，可以有效防止外墙开裂，提高外墙配筋率也是有效途径之一。减少建筑物偏心倾斜，尽量使建筑“形心”和“重心”的位置相重合。基础设计应与地上部位结构相协调，减小建筑物的不均匀沉降。由于墙体裂缝通常是竖向的，所以应充分利用墙体的横向分布筋；外墙钢筋尽量采用细直径、间距密的形式，配筋最好双层双向，于角部处设置放射筋，预留洞口四周设置加强筋，在外侧放置水平钢筋，尽量减小钢筋的保护层厚度。在保护层厚度较大的情况下，可设置“细而密”的抗裂钢筋；3)工程施工。浇筑混凝土的速度不宜快，应充分提高密实性、降低混凝土总孔隙率和减少干缩值。对于提高混凝土抗渗性和强度，可以采用二次振捣的形式。浇筑混凝土的时间可以选择在气温较低时分(比如傍晚)，加强保温养护对补偿收缩混凝土的膨胀作用也具有效果。热传导系数低的胶合板可以用来作为外墙模板，在浇筑前应浇水充分湿透模板，在浇筑后可以采用自动喷淋管进行自动给水养护。

5　结语

地下室外墙计算模型是否合理直接影响工程造价和使用功能，设计时应通盘考虑建筑、结构方案，使设计成果既能接近真实受力状态，又能发挥其最大的经济作用，同时能够有效的控制地下室外墙裂缝。控制地下室外墙的裂缝是一项极为复杂的工程，需要管理、设计和施工人员从材料选择、结构设计等各方面进行从严控制，并严格遵循施工管理及规范要求，不断创新设计和施工方法，逐渐形成一套行之有效的混凝土裂缝控制理论及方法，使裂缝产生的几率降到最低。

[1]石新伟,朱为之,田川.地下室外墙计算与分析[J].建筑结构,2015,45(sup):798-801.

[2]储加健.地下室外墙计算模型的选择[J].中国高新技术企业,2009(16):181-182.

[3]陈慧贤.地下室外墙的计算方法[J].广东土木与建筑,2012,19(11):26-29.

[4]高海宁.超长地下室外墙裂缝分析及控制[J].江苏建筑,2014(4):47-48,65.

The calculation analysis and crack control of basement exterior wall

Gu Liang

(Nantong Architectural Design Research Institute Limited Company, Nantong 226001, China)

Combining with a engineering example, this paper used the upper hinged, lower embedded model and upper hinged, three measurement embedded model, made calculation and analysis on basement exterior wall, the results showed, the upper hinged, three measurement embedded model could reflect the real situation of basement, and effective control of crack, achieved the effect of economical and reasonable.

basement external wall, calculation model, concrete crack

1009-6825(2016)25-0055-02

2016-06-22

顾亮(1981- )，男，工程师

TU375

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