钢筋混凝土地下室外墙设计算例
2017-05-06张海凤包连杰
张海凤+包连杰
【摘 要】本文探讨高层建筑地下室外墙承受的荷载、计算简图、计算配筋、裂缝及工程算例。
【关键词】地下室外墙；荷载；计算模型；配筋；裂缝
引言
近些年城市建设飞速发展，高层建筑越来越多，由于高层建筑埋深的需求，多数高层建筑建有地下室。地下室外墙是地下室结构设计中重要的结构构件，下面就地下室外墙设计算例进行探讨。
1.确定墙厚、混凝土强度等级及防水要求
地下室外墙的厚度、混凝土强度等级及防水要求，应综合考虑上部结构荷载情况、侧向荷载情况、地下水位高低确定。
2. 荷载
2.1 荷载
地下室外墙承受的荷载包括水平荷载和竖向荷载。水平荷载包括侧向土压力、水压力、地面活荷载；竖向荷载包括上部楼盖传重和地下室结构自重。在工程设计中，由于地下室外墙埋在土里，风荷载和地震作用对地下室外墙产生的内力一般不大，而且通常不考虑水平荷载与竖向荷载组合的压弯作用，只按墙板弯曲计算配筋。高层建筑地下室外墙设计应满足水土压力及地面荷载侧压作用下承载力要求[1]。
2.2静止土压力系数
工程上一般取静止土压力系数Ka=0.5 进行计算。
2.3荷载组合
根据《建筑结构荷载规范》，γG=1.2，γQ=1.40[2]。
3.计算简图
工程中常用做法是：取基础底板和地下室楼板为地下室外墙的支点，沿竖向取 1m 宽的外墙按单跨梁、多跨梁（视地下室层数而定）来计算地下室外墙的弯矩配筋。外墙的支承条件，按外墙与周边构件刚度比确定。当外墙厚度大于周边构件厚度按简支计算，反之按固端考虑[3]。
4.配筋计算
高层建筑地下室外墙竖向分布钢筋和水平分布钢筋应双层双向布置，间距不宜大于150mm，配筋率不宜小于0.3%[1]。地下室外墙配筋除满足承载力计算要求外，还应满足裂缝要求，以及地下室外墙的构造要求。当地下室外墙超长时，考虑温度应力的影响，宜适当加大水平分布钢筋面积。
5.裂缝控制
地下室外墙混凝土在施工阶段常常会出现开裂，裂縫多为竖向裂缝。裂缝的主要原因是混凝土在干燥收缩时受到钢筋、边界约束后拉裂而产生的。地下室外墙配筋时应考虑裂缝影响。地下室外墙混凝土裂缝在设计阶段的预防措施还有：外墙钢筋间距≤150mm；混凝土采用中等强度（C30～C40）；留外墙垂直后浇带等[4]。
6.工程算例
6.1条件
1）土容重γ=18kN/m；浮容重γ`=11kN/m；内摩擦角取30度；按静止土压力系数Ka=0.5计算；
2）地下室层高L=4m；埋深h=4m；设防水位高h1=2m；墙厚=300mm；地面堆载p= 10kN/m，计算简图如图1所示。
3）混凝土强度等级为C30；钢筋抗拉强度fy=360；地下室外墙外侧保护层厚50mm。
6.2计算
1）荷载计算
荷载组合：
按单跨梁计算，考虑塑性内力重分布，支座弯距调幅系数取0.8。查静力计算手册，支座弯距系数为1/15，跨中弯距系数为0.0298[5]。
2）配筋计算[6]
支座弯距
受压区高度
跨中弯距
受压区高度
3）、裂缝计算[6]
荷载标准值
弯距标准值
矩形截面受弯构件，构件受力特征系数 αcr = 2.1
带肋钢筋的相对粘结特性系数 υ = 1.0
取1米宽墙计算，截面宽度 b = 1000mm
受拉区纵向钢筋的等效直径
实配钢筋为 16@150钢筋面积As=1340.412mm
配筋率ρ=0.5362%
按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率 ρte = As / Ate
对矩形截面的受弯构件：
在最大裂缝宽度计算中，当ρte<0.01 时，取ρte = 0.01
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ，按下列公式计算： ψ=1.1-0.65*ftk/ρte/σsk=0.34
最大裂缝宽度ωmax，按下列公式计算：
满足裂缝要求。
7.结束语
地下室外墙是不可忽视的重要构件。应从设计、材料、施工等多方面严格把关，来保证地下室外墙结构的安全、经济、合理。
参考文献：
[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 中国建筑工业出版社， 2010.
[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑结构荷载规范[S]. 中国建筑工业出版社， 2012.
[3] 姜学诗. 钢筋混凝土地下室外墙承载力配筋计算[J]. 建筑结构 技术通讯，2007， 1（9）： 3-4.
[4] 袁正如. 地下室外墙结构设计中的问题探讨[J]. 地下空间与工程学报，2010， 6（3）： 548-551.
[5] 建筑结构静力计算手册编写组. 建筑结构静力计算手册[S]. 中国建筑工业出版社， 2004.
[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 混凝土结构设计规范[S]. 中国建筑工业出版社， 2010.
作者简介：
张海凤，女，工程师，主要从事建筑结构设计。
包连杰，男，助理工程师，主要从事建筑结构设计。
