建筑地下室外墙设计

王福元

【摘要】随着经济的迅速发展，汽车保有量的持续增加，城市中停车位的需求量猛增。为解决这一问题，越来越多的建筑选择设置地下室。而在地下室的结构设计中，地下室外墙的设计是不可避免的问题。本文主要讨论了建筑地下室外墙设计的基本方法。理解土压力的作用方式，合理选取地下室外墙的计算模型及设计荷载，充分考虑各种因素的影响，是地下室外墙设计的关键。

【关键词】地下室外墙；土压力；计算模型；裂缝控制

1、地下室外墙的荷载

1.1土压力

土压力有主动土压力、静止土压力和被动土压力。当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力E0。当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力，一般用Ea表示当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用Ep表示。

对于地下室外墙，它是挡土墙的一种特殊情况。与一般挡土墙相比，通常地下室外碴的顶部、楼层处和底部均不同程度受到结构板的约束作用而无法产生明显的水平位移，因此可以近似认为此时的土压力为静止土压力。但在地下室外碴中部，墙体没有水平约束，位移一般满足主动土压力变形条件，可以近似认为此时的土压力为主动土压力。

当有地震作用时，地面运动使一定深度范围内（约2.5m）的土压力增大，但增大作用随深度增加而减小。

综上所述，计算土压力时，地下一层可按静止土压力计算，地下一层（埋深不小于2.5m）以下各层可按主动土压力计算。

1.2土压力系数

一般情况下，静止土压力系数可取0.5，主动土压力系数可取0.33。但对于可塑、软塑及流塑的粘性土等特殊土体，此取值偏小，可根据具体工程地勘按土内摩擦角计算土压力系数。当地下室施工采用护坡桩时，地下室外墙的土压力有明显减小，此时可对土压力系数进行折减，一般可折减0.7～1.0。折减系数的取值应根据护坡桩的设置、施工完成后护坡桩的完整性等多种因素综合考虑。

1.3水压力

计算地下室外墙时，地下水水位应按抗浮设计水位计算。除有明确资料表明地下水位变化剧烈外，通常地下水压力均按恒荷载考虑。

1.4室外地面活荷载

一般室外地面活荷载可取5kN/m²，有特殊较重荷载时，按实际情况确定。

1.5人防荷载

人防荷载分为常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载，对常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载，设计时均按一次作用，并根据人防规范取值。该荷载仅人防地下室考虑，且应注意考虑人防荷载组合时材料强度的调整。

1.6温度应力

地下室较长时，混凝土硬化过程产生的自身收缩应力以及温度变化引起的温度应力较大，一般情况下可采取设置后浇带、加强养护、加强构造配筋等措施来解决，但墙长超过规范限值时应计入温度应力的影响。

1.7上部结构荷载

地下室外墙如果作为上部剪力墙的延伸时，则地下室挡土墙具有双重功能，计算时应考虑上部结构传递的荷载。大多数地下室外墙顶部即为地下室顶板，顶板荷载一般都通过壁柱传递至基础，即地下室外墙不考虑竖向荷载作用。当不设壁柱时，则应验算竖向荷载作用下墙体的配筋是否满足。

2、计算模型的选取

2.1地下室外墙简化模型

当地下室无横墙或横墙间距大于层高3倍时，按竖向单向板计算；当地下室内横墙较多且间距不大于层高2倍时，按双向板计算；当地下室内横墙间距在层高2～3倍之间时，一般也按竖向单向板计算，但当相邻跨为按双向板计算时，本跨可结合相邻跨配筋情况按双向板计算。

2.2边界条件

一般情况下，地下室外墙与地下室楼板或顶板连接处均可简化为铰接，而与基础底板连接处均可视为刚接。这样按单向板计算的地下室外墙即为顶部铰接，底部刚接的单向板，而按双向板计算的地下室外墙即为顶部铰接，其余三边刚接的双向板。

2.3特殊情况

当地下室外墙顶无楼板时（如窗井墙），应按自由端计算。当基础底板刚度不满足刚接情况时（如底板厚度小于外墙厚度），可按铰接计算。

一般情况下，地下室外墙计算高度取结构层高。有的工程基础底板上有较厚的覆土，这时最下层外墙的计算高度应视该层地面做法而定。如为混凝土面层较厚的刚性地面，且在基坑肥槽回填之前完成地面做法，则外墙计算高度可适当减小。

外墙上有壁柱时，一般柱不应作为外墙的支座。但应注意柱对外墙外侧水平筋的支座作用，采取措施防止外墙在柱边位置开裂。

3、配筋计算

3.1承载能力极限状态计算

一般地下室外墙按承载能力极限状态计算墙配筋时，按纯受弯构件计算，不考虑上部结构荷载作用。当上部结构荷载较大时，应分别按压弯和轴心受压验算墙体配筋。

3.2正常使用极限状态计算

地下室外墙按正常使用极限状态验算挠度、裂缝时，宜考虑上部竖向荷载的有利作用，按压弯构件计算。

3.3两种状态的荷载取值

地下室外墙的土压力与水压力通常按水土分算原则计算，地下水位以下的土压力按有效重度计算。承载能力极限状态计算时，地下水按抗浮设计水位计算，正常使用极限状态计算时，地下水按常见水位计算。

4、裂缝控制

地下室外墙迎水面环境类别通常为二b类，而地下室内部环境类别通常为一类，因此计算的裂缝宽度可分别按0.2mm、0.3mm控制。从控制裂缝角度，在配置钢筋时，尽量选用小直径钢筋小间距布置；在选用混凝土时，通常选用低标号混凝土，以C30混凝土居多。配置混凝土时，可采用以下方法减小裂缝：优先采用低水化热水泥，控制水泥用量，严格控制砂石骨料的含泥量和级配；掺入粉煤灰改善混凝土粘塑性；采用补偿收缩混凝土，掺入膨胀剂等。在设计地下室外墙时，合理设置后浇带或膨胀加强带，增加外墙水平暗梁、暗柱等有也是比较有效的減少外墙裂缝的构造措施。

结语：

地下室外墙是地下室结构的重要构件。根据外墙不同的建筑条件选取合理的荷载和计算模型，综合考虑材料、施工等多方面因素应进行设计，只有这样，才能保证地下室外墙结构设计的合理、经济、安全、可靠。