地下室外墻設計淺談

賀桂超

（中航長沙設計研究院有限公司 湖南長沙 410014）

1 荷載

地下室外墻受到的荷載根據其受力方向可分為水平荷載和豎向荷載兩類。水平荷載主要包含側向土壓力、水壓力、地面等效荷載等，另外人防地下室還有人防等效靜荷載。豎向荷載類別較少，主要是結構自重及二次裝修荷載重。另外，混凝土自身的收縮徐變、地震作用、溫差變化、上部結構承受的風荷載等也會對地下室外墻產生影響，但是其產生的內力較小，與豎向荷載和水平荷載產生的內力相比可忽略不計。

豎向荷載對地下室外墻產生壓縮變形，一般情況下外墻厚度較大，其面積也較大，故承受的壓應力較小，而水平荷載對地下室外墻產生彎曲變形，在水、土共同作用下，彎曲應力較大，故按板承受彎矩的模型來計算并配筋可滿足各種荷載作用下的要求。

1.1 地面荷載

地下室外墻外側一般為正常的行人和車輛荷載，有消防車的概率較小，本文未考慮消防車荷載，故一般可取10kN/m2。其計算公式為：Px=qx·Ka，qx為地面活荷載，Ka為土壓力系數；大小于外墻高度無關。

1.2 土壓力

地下室外墻受到基礎及樓板的支撐，在水平荷載作用下，只能允許外墻發生彎曲變形，而不能產生水平位移，墻外土體不能發生移動，為靜止狀態，故其受到的土壓力可認為是靜止土壓力。

當地下室埋深較小，或周邊較空曠時可采用放坡開挖，土壓力系數計算公式為K0=1-sinφ（φ為土的有效內摩擦角），一般情況可取0.5。當地下室埋置較深，或工作面較小，放坡開挖難以實現，此時可采用樁錨支護，雖然其支護屬于臨時工程，但對外側土體還是產生卸載作用，外墻受到的水平荷載減小，也即相當于土體發生位移，對外墻的荷載減小，此時靜止土壓力系數可取上述K0的2/3。

1.3 水壓力

水壓力是水平荷載中一項重要內容，可根據最近幾年的最高水位來確定，通常有兩種計算方法：水土合算和水土分算。

水土合算顧名思義就是水、土按一體考慮，不考慮水的單獨作用，計算時用土的飽和重度γsat計算土體的側壓力即可。水土分算與水土合算剛好相反，則是分別考慮水壓力作用和土壓力作用，以其總和作為總的側向壓力。土的重度取浮重度γ’，水壓力則取全水頭時的壓力。

1.4 人防荷載

對于人防地下室，人防等效靜荷載是必不可少的一項內容，其取值及要求可根據《人民防空地下室設計規范》（GB50038-2005）[1]（以下簡稱《人防規范》）的有關規定采用。

1.5 溫度應力

一般地下室范圍均較大，雖然其埋在土層中受溫度變化影響小，但不利因素是約束大，故溫度作用也不容忽視。對于地下室外墻受到的溫度作用一般采取構造措施加以控制即可，如設置伸縮后澆帶、采用低強度等級混凝土、混凝土中添加微膨脹劑、采用粉煤灰混凝土技術等等，設計時可不考慮其作用。

1.6 荷載組合

地下室外墻主要承受以上幾種荷載作用，根據其概率分布，主要有以下兩種荷載組合，詳見《人防規范》。

2 材料

2.1 混凝土

地下室外墻一般厚度較大，為減小混凝土硬化過程中水泥產生的水化熱，防止或減少混凝土開裂，應盡可能降低混凝土強度等級，一般以不超過C40為佳，但也不應過低。也可在混凝土中加入摻合料如粉煤灰等來降低水化熱，但應注意，此時混凝土設計強度指標應采用60d或90d齡期的強度。

地下室外墻均會接觸水，為防止水分滲入，應在混凝土中加入膨脹劑來提高其自身的抗滲性能，混凝土抗滲等級可按照《地下工程防水技術規范》（GB50108-2008）[2]4.1.4條采用。

2.2 鋼筋

地下室外墻的受力鋼筋應盡可能選用高強度鋼筋，如HRB400、HRB500級鋼筋，分布鋼筋可適當降低強度，如采用HPB300級鋼筋。另外應注意在計算人防荷載時，鋼筋強度也會提高。

2.3 保護層

根據《混凝土結構設計規范》[3]，地下室外墻混凝土結構的環境類別可根據其所處環境取二a類或二b類，此時對應的保護層厚度分別為20mm和25mm。

《防水規范》4.1.7條規定，迎水面鋼筋保護層厚度不應小于50mm，并應計算裂縫寬度，且不得大于0.2mm，并不得貫通。

《人防規范》規定，外墻外側混凝土保護層厚度當不設防水層時取40mm，設防水層時可減小至30mm；內側保護層取20mm。

3 計算模型

3.1 單層地下室

單層地下室外墻可根據其與上下樓板或底板、左右兩邊墻（或柱）的剛度大小確定連接類型。

（1）一般地下室底板或為防水或為嵌固，厚度和剛度相對外墻大許多，可認為是外墻的嵌固支座，支撐方式為固端；

（2）地下室頂板厚度和剛度一般較外墻小，不能對其形成完全約束，在水平荷載作用下，該處外墻可發生一定轉角，故外墻頂部按鉸接考慮；

另外，當地下室頂板與外墻連接處開有較大洞口時，外墻在頂板處無約束，按自由端考慮；

（3）當地下室外墻左右兩邊為上部結構的剪力墻時，當墻的截面高度大于3倍外墻厚度時，可考慮剪力墻對外墻的支撐作用，可按鉸接考慮；

當地下室外墻左右兩邊為框架柱，由于柱的截面剛度較外墻太小，不能對其形成有效約束，計算時可不考慮扶壁柱的支承作用，左右兩邊按自由端考慮。

3.2 多層地下室

多層地下室中間層樓板在外墻處連續，可視為外墻的中間支座，外墻可按連續板計算。如中間樓板在外墻處開洞，則不考慮其作用，按層高為兩層（或多層）高的單層地下室計算。

4 構造要求

地下室外墻除了要滿足計算結果外，還應滿足構造要求，對于外墻厚度最小值，《防水規范》和《人防規范》均做了詳細要求，且均為250mm。

根據前文所述，地下室外墻主要承受水平荷載，為受彎構件，應按板的最小配筋率控制，另外由于其所處環境相對惡劣，不應采用分離式配筋，而應按雙層雙向配筋。外墻豎向鋼筋為受力鋼筋，應位于外側，水平鋼筋則為分布鋼筋，應布置在內側。為減小裂縫，對鋼筋間距也做了限制，一般不大于150mm。

地下室外墻剛度較大，也為方便施工，頂部或底部不用設置暗梁，僅設置水平通常構造筋即可，根數為兩到三根，直徑不小于20mm。

當考慮混凝土的塑性變形而對外墻進行內力重分布時，鋼筋的配筋量會明顯減少，可降低工程造價。但應注意，此時混凝土受拉區只能產生少量細微的彎曲裂縫，且裂縫不能貫通整個截面厚度，否則外墻會因裂縫過大而產生滲水或漏水，將得不償失。

設計及施工過程中均要采取防止外墻開裂的措施，如盡量使用低標號混凝土，以減小混凝土的收縮變形和降低水化熱，嚴格控制混凝土配合比，注意混凝土澆筑時間，盡量選在溫度較低時澆筑，振搗要充分，養護及時等。

5 結論

本文對地下室外墻所承受荷載的分類、取值、組合以及材料選用等各種情況進行了說明，并指出了一些關鍵參數取值在規范中的出處，給出了不同約束情況下外墻不同的計算模型，最后列出了設計時應注意的各種構造細節，展示了完整的設計流程，可為以后的工程提供一定參考。

[1]《人民防空地下室設計規范》（GB 50038-2005）[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[2]《地下工程防水技術規范》（GB 50108-2008）[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[3]《混凝土結構設計規范》（GB 50011-2010）[S].北京：中國建筑工業出版社，2015.