地下室外墻計算分析與裂縫控制

顧　亮

(南通市建筑設計研究院有限公司，江蘇 南通　226001)

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地下室外墻計算分析與裂縫控制

顧亮

(南通市建筑設計研究院有限公司，江蘇 南通226001)

結合某工程實例，采用上部鉸接、下部嵌固模型和上部鉸接、三側嵌固模型，對地下室外墻進行了計算分析，結果表明上部鉸接、三側嵌固模型既能反映地下室的真實情況，又能有效控制裂縫的發生，達到了經濟合理的效果。

地下室外墻，計算模型，混凝土裂縫

0　引言

隨著城市建設的快速發展，土地的重要性愈發顯現出來，建筑向地下空間發展已是大勢所趨。越來越多的建筑設置鋼筋混凝土地下室，而地下室的綜合造價相比地上建筑高出不少，地下室外墻是地下室一個非常重要的組成部分，其計算與設計是否合理，能否在保證安全經濟的基礎上，對外墻裂縫進行充分的考慮，有效的控制裂縫。

1　荷載與受力情況

在正常情況下，地下室外墻上作用的主要恒荷載有外墻自重、地下側向水、土壓力，主要活荷載有地面活荷載等。地下室外墻計算主要涉及的參數有土壓力計算系數、地下水位高度、水土容重取值和地面活荷載等。

2　外墻計算模型

地下室外墻實則上是豎向放置的板，其四邊的支座情況需要根據實際情況進行簡化，情況不同，則計算模型的選取也不同[1]。當柱和剪力墻主要承受上部結構荷載，且頂板的荷載主要由外墻來承擔時，則外墻板上作用的豎向壓力可以忽略，外墻可以按照板式受彎構件進行簡化。當上部建筑作用的荷載較大，且主要由地下室外墻來承擔時，則豎向作用的壓力不能忽略，外墻可以按照板式壓彎構件進行簡化。地下室外墻板頂端一般僅與地下室頂板相連，和外墻相比頂板較薄，剛度較小，約束力不足，故外墻頂端可以按照鉸接來考慮。外墻底端一般與剛度較大的基礎梁或基礎底板相連，故外墻底端可以按照嵌固來考慮；當有內隔混凝土墻垂直于外墻時，外墻可以按照多跨連續板來考慮，內隔混凝土墻可以用作多跨連續板的支座，對地下室外墻提供側向支承[2]。

3　計算實例

以某工程為例(見圖1)，軸網尺寸為8.2 m×8.0 m，地上為12層，層高均為3.6 m，地下1層，層高為4.8 m，地上使用功能為辦公，地下使用功能為車庫。地下室外墻厚度取為350 mm，混凝土強度取為C35，墻體鋼筋采用HRB400，地下水按頂板下0.6 m考慮。

1)WQ1計算，根據WQ1的四周支撐情況，按照上部鉸接、下部嵌固的計算模型進行計算(見圖2)，最大裂縫寬度限值為0.2 mm。經過計算，可得出在側向水土壓力及地面活載作用下，支座處配筋計算結果為1 424 mm2/m，在考慮裂縫的情況下，支座處配筋計算結果為2 367 mm2/m。

2)WQ2計算，根據WQ2的四周支撐情況，按照上部鉸接、下部及兩側嵌固的計算模型進行計算(見圖3)，最大裂縫寬度限值為0.2 mm。經過計算，可得出在側向水土壓力及地面活載作用下，底部支座處配筋計算結果為1 261 mm2/m，在考慮裂縫的情況下，支座處配筋計算結果為1 700 mm2/m；兩側支座處配筋計算結果為794 mm2/m，在考慮裂縫的情況下，支座處配筋計算結果為1 050 mm2/m。

綜合兩種計算模型可知：1)對于地下室外墻，根據外墻的實際支撐情況，選擇合適的計算模型相當重要，直接影響工程的造價；2)對于上側鉸接，三側嵌固的計算模型，應根據計算結果加強兩側支座處的水平配筋；3)外墻底部彎矩較大，配筋可采用通長鋼筋外加底部附加鋼筋的形式，而通長鋼筋只需滿足規范要求的最小配筋率即可，從而達到經濟、節約的目的；4)外墻作為受彎構件，內外側彎矩不同，內外側取大值相同配筋是不經濟、不合理的。

4　設計及施工中的裂縫控制

在通常情況下，外墻配筋只要能夠滿足規范要求的最大裂縫寬度,則必能滿足外墻承載力的要求，但反之未然,對這種情況，在設計中應特別加以注意[3]。對于地下室裂縫的控制，不管是在設計中還是施工中都應該引起特別的重視。

因工程設計而引起外墻裂縫產生的主要原因有以下幾點：

1)混凝土保護層偏大時，未按要求設置鋼筋網片；2)地下室長度、寬度過長，未設置伸縮縫或后澆帶，導致混凝土收縮應力過大；3)選用的混凝土等級較高，水化熱較大，容易開裂；4)外墻設計時，設計厚度不足，鋼筋直徑偏大，而且豎向鋼筋位于水平鋼筋外側，容易引起豎向裂縫；5)片面節省造價，未添加抗裂材料，未采用補償收縮混凝土。

因工程施工而引起外墻裂縫產生的主要原因有以下幾點：

1)工地現場管理不到位，施工質量把控不嚴；2)澆筑混凝土之前未充分將模板濕潤，模板吸收掉混凝土中水分而導致混凝土收縮，

溫度較高時入模，白晝溫差較大；3)拆模過早、養護未充分，導致水分喪失過快和混凝土降溫過快，混凝土表面處于干燥狀態，收縮應力加大。

控制混凝土的裂縫應從以下幾方面入手：材料選擇、工程設計、工程施工等，采用“抗”與“放”相結合的原則，保證結構的安全度及使用功能的要求[4]。

1)材料選擇。控制水泥的用量，合適的水泥種類應為中低熱的。對C30級別的混凝土，水泥用量控制在250 kg/m3以內較為合理，C40級別的混凝土，水泥用量在320 kg/m3以內較為合理。合適比例的粗細骨料可減少混凝土的水泥用量和用水量，從而充分的降低水化熱，同時應該適當的添加抗裂劑和外加劑；2)工程設計。加大混凝土的強度和剛度，可以有效防止外墻開裂，提高外墻配筋率也是有效途徑之一。減少建筑物偏心傾斜，盡量使建筑“形心”和“重心”的位置相重合。基礎設計應與地上部位結構相協調，減小建筑物的不均勻沉降。由于墻體裂縫通常是豎向的，所以應充分利用墻體的橫向分布筋；外墻鋼筋盡量采用細直徑、間距密的形式，配筋最好雙層雙向，于角部處設置放射筋，預留洞口四周設置加強筋，在外側放置水平鋼筋，盡量減小鋼筋的保護層厚度。在保護層厚度較大的情況下，可設置“細而密”的抗裂鋼筋；3)工程施工。澆筑混凝土的速度不宜快，應充分提高密實性、降低混凝土總孔隙率和減少干縮值。對于提高混凝土抗滲性和強度，可以采用二次振搗的形式。澆筑混凝土的時間可以選擇在氣溫較低時分(比如傍晚)，加強保溫養護對補償收縮混凝土的膨脹作用也具有效果。熱傳導系數低的膠合板可以用來作為外墻模板，在澆筑前應澆水充分濕透模板，在澆筑后可以采用自動噴淋管進行自動給水養護。

5　結語

地下室外墻計算模型是否合理直接影響工程造價和使用功能，設計時應通盤考慮建筑、結構方案，使設計成果既能接近真實受力狀態，又能發揮其最大的經濟作用，同時能夠有效的控制地下室外墻裂縫。控制地下室外墻的裂縫是一項極為復雜的工程，需要管理、設計和施工人員從材料選擇、結構設計等各方面進行從嚴控制，并嚴格遵循施工管理及規范要求，不斷創新設計和施工方法，逐漸形成一套行之有效的混凝土裂縫控制理論及方法，使裂縫產生的幾率降到最低。

[1]石新偉,朱為之,田川.地下室外墻計算與分析[J].建筑結構,2015,45(sup):798-801.

[2]儲加健.地下室外墻計算模型的選擇[J].中國高新技術企業,2009(16):181-182.

[3]陳慧賢.地下室外墻的計算方法[J].廣東土木與建筑,2012,19(11):26-29.

[4]高海寧.超長地下室外墻裂縫分析及控制[J].江蘇建筑,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

顧亮(1981- )，男，工程師

TU375

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