建筑地下室外墻設計

王福元

【摘要】隨著經濟的迅速發展，汽車保有量的持續增加，城市中停車位的需求量猛增。為解決這一問題，越來越多的建筑選擇設置地下室。而在地下室的結構設計中，地下室外墻的設計是不可避免的問題。本文主要討論了建筑地下室外墻設計的基本方法。理解土壓力的作用方式，合理選取地下室外墻的計算模型及設計荷載，充分考慮各種因素的影響，是地下室外墻設計的關鍵。

【關鍵詞】地下室外墻；土壓力；計算模型；裂縫控制

1、地下室外墻的荷載

1.1土壓力

土壓力有主動土壓力、靜止土壓力和被動土壓力。當擋土墻靜止不動，土體處于彈性平衡狀態時，土對墻的壓力稱為靜止土壓力E0。當擋土墻向離開土體方向偏移至土體達到極限平衡狀態時，作用在墻上的土壓力稱為主動土壓力，一般用Ea表示當擋土墻向土體方向偏移至土體達到極限平衡狀態時，作用在擋土墻上的土壓力稱為被動土壓力，用Ep表示。

對于地下室外墻，它是擋土墻的一種特殊情況。與一般擋土墻相比，通常地下室外碴的頂部、樓層處和底部均不同程度受到結構板的約束作用而無法產生明顯的水平位移，因此可以近似認為此時的土壓力為靜止土壓力。但在地下室外碴中部，墻體沒有水平約束，位移一般滿足主動土壓力變形條件，可以近似認為此時的土壓力為主動土壓力。

當有地震作用時，地面運動使一定深度范圍內（約2.5m）的土壓力增大，但增大作用隨深度增加而減小。

綜上所述，計算土壓力時，地下一層可按靜止土壓力計算，地下一層（埋深不小于2.5m）以下各層可按主動土壓力計算。

1.2土壓力系數

一般情況下，靜止土壓力系數可取0.5，主動土壓力系數可取0.33。但對于可塑、軟塑及流塑的粘性土等特殊土體，此取值偏小，可根據具體工程地勘按土內摩擦角計算土壓力系數。當地下室施工采用護坡樁時，地下室外墻的土壓力有明顯減小，此時可對土壓力系數進行折減，一般可折減0.7～1.0。折減系數的取值應根據護坡樁的設置、施工完成后護坡樁的完整性等多種因素綜合考慮。

1.3水壓力

計算地下室外墻時，地下水水位應按抗浮設計水位計算。除有明確資料表明地下水位變化劇烈外，通常地下水壓力均按恒荷載考慮。

1.4室外地面活荷載

一般室外地面活荷載可取5kN/m²，有特殊較重荷載時，按實際情況確定。

1.5人防荷載

人防荷載分為常規武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載，對常規武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載，設計時均按一次作用，并根據人防規范取值。該荷載僅人防地下室考慮，且應注意考慮人防荷載組合時材料強度的調整。

1.6溫度應力

地下室較長時，混凝土硬化過程產生的自身收縮應力以及溫度變化引起的溫度應力較大，一般情況下可采取設置后澆帶、加強養護、加強構造配筋等措施來解決，但墻長超過規范限值時應計入溫度應力的影響。

1.7上部結構荷載

地下室外墻如果作為上部剪力墻的延伸時，則地下室擋土墻具有雙重功能，計算時應考慮上部結構傳遞的荷載。大多數地下室外墻頂部即為地下室頂板，頂板荷載一般都通過壁柱傳遞至基礎，即地下室外墻不考慮豎向荷載作用。當不設壁柱時，則應驗算豎向荷載作用下墻體的配筋是否滿足。

2、計算模型的選取

2.1地下室外墻簡化模型

當地下室無橫墻或橫墻間距大于層高3倍時，按豎向單向板計算；當地下室內橫墻較多且間距不大于層高2倍時，按雙向板計算；當地下室內橫墻間距在層高2～3倍之間時，一般也按豎向單向板計算，但當相鄰跨為按雙向板計算時，本跨可結合相鄰跨配筋情況按雙向板計算。

2.2邊界條件

一般情況下，地下室外墻與地下室樓板或頂板連接處均可簡化為鉸接，而與基礎底板連接處均可視為剛接。這樣按單向板計算的地下室外墻即為頂部鉸接，底部剛接的單向板，而按雙向板計算的地下室外墻即為頂部鉸接，其余三邊剛接的雙向板。

2.3特殊情況

當地下室外墻頂無樓板時（如窗井墻），應按自由端計算。當基礎底板剛度不滿足剛接情況時（如底板厚度小于外墻厚度），可按鉸接計算。

一般情況下，地下室外墻計算高度取結構層高。有的工程基礎底板上有較厚的覆土，這時最下層外墻的計算高度應視該層地面做法而定。如為混凝土面層較厚的剛性地面，且在基坑肥槽回填之前完成地面做法，則外墻計算高度可適當減小。

外墻上有壁柱時，一般柱不應作為外墻的支座。但應注意柱對外墻外側水平筋的支座作用，采取措施防止外墻在柱邊位置開裂。

3、配筋計算

3.1承載能力極限狀態計算

一般地下室外墻按承載能力極限狀態計算墻配筋時，按純受彎構件計算，不考慮上部結構荷載作用。當上部結構荷載較大時，應分別按壓彎和軸心受壓驗算墻體配筋。

3.2正常使用極限狀態計算

地下室外墻按正常使用極限狀態驗算撓度、裂縫時，宜考慮上部豎向荷載的有利作用，按壓彎構件計算。

3.3兩種狀態的荷載取值

地下室外墻的土壓力與水壓力通常按水土分算原則計算，地下水位以下的土壓力按有效重度計算。承載能力極限狀態計算時，地下水按抗浮設計水位計算，正常使用極限狀態計算時，地下水按常見水位計算。

4、裂縫控制

地下室外墻迎水面環境類別通常為二b類，而地下室內部環境類別通常為一類，因此計算的裂縫寬度可分別按0.2mm、0.3mm控制。從控制裂縫角度，在配置鋼筋時，盡量選用小直徑鋼筋小間距布置；在選用混凝土時，通常選用低標號混凝土，以C30混凝土居多。配置混凝土時，可采用以下方法減小裂縫：優先采用低水化熱水泥，控制水泥用量，嚴格控制砂石骨料的含泥量和級配；摻入粉煤灰改善混凝土粘塑性；采用補償收縮混凝土，摻入膨脹劑等。在設計地下室外墻時，合理設置后澆帶或膨脹加強帶，增加外墻水平暗梁、暗柱等有也是比較有效的減少外墻裂縫的構造措施。

結語：

地下室外墻是地下室結構的重要構件。根據外墻不同的建筑條件選取合理的荷載和計算模型，綜合考慮材料、施工等多方面因素應進行設計，只有這樣，才能保證地下室外墻結構設計的合理、經濟、安全、可靠。