鋼筋混凝土地下室外墻設(shè)計(jì)算例

張海鳳+包連杰

【摘 要】本文探討高層建筑地下室外墻承受的荷載、計(jì)算簡(jiǎn)圖、計(jì)算配筋、裂縫及工程算例。

【關(guān)鍵詞】地下室外墻；荷載；計(jì)算模型；配筋；裂縫

引言

近些年城市建設(shè)飛速發(fā)展，高層建筑越來越多，由于高層建筑埋深的需求，多數(shù)高層建筑建有地下室。地下室外墻是地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，下面就地下室外墻設(shè)計(jì)算例進(jìn)行探討。

1.確定墻厚、混凝土強(qiáng)度等級(jí)及防水要求

地下室外墻的厚度、混凝土強(qiáng)度等級(jí)及防水要求，應(yīng)綜合考慮上部結(jié)構(gòu)荷載情況、側(cè)向荷載情況、地下水位高低確定。

2. 荷載

2.1 荷載

地下室外墻承受的荷載包括水平荷載和豎向荷載。水平荷載包括側(cè)向土壓力、水壓力、地面活荷載；豎向荷載包括上部樓蓋傳重和地下室結(jié)構(gòu)自重。在工程設(shè)計(jì)中，由于地下室外墻埋在土里，風(fēng)荷載和地震作用對(duì)地下室外墻產(chǎn)生的內(nèi)力一般不大，而且通常不考慮水平荷載與豎向荷載組合的壓彎作用，只按墻板彎曲計(jì)算配筋。高層建筑地下室外墻設(shè)計(jì)應(yīng)滿足水土壓力及地面荷載側(cè)壓作用下承載力要求[1]。

2.2靜止土壓力系數(shù)

工程上一般取靜止土壓力系數(shù)Ka=0.5 進(jìn)行計(jì)算。

2.3荷載組合

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，γG=1.2，γQ=1.40[2]。

3.計(jì)算簡(jiǎn)圖

工程中常用做法是：取基礎(chǔ)底板和地下室樓板為地下室外墻的支點(diǎn)，沿豎向取 1m 寬的外墻按單跨梁、多跨梁（視地下室層數(shù)而定）來計(jì)算地下室外墻的彎矩配筋。外墻的支承條件，按外墻與周邊構(gòu)件剛度比確定。當(dāng)外墻厚度大于周邊構(gòu)件厚度按簡(jiǎn)支計(jì)算，反之按固端考慮[3]。

4.配筋計(jì)算

高層建筑地下室外墻豎向分布鋼筋和水平分布鋼筋應(yīng)雙層雙向布置，間距不宜大于150mm，配筋率不宜小于0.3%[1]。地下室外墻配筋除滿足承載力計(jì)算要求外，還應(yīng)滿足裂縫要求，以及地下室外墻的構(gòu)造要求。當(dāng)?shù)叵率彝鈮ΤL(zhǎng)時(shí)，考慮溫度應(yīng)力的影響，宜適當(dāng)加大水平分布鋼筋面積。

5.裂縫控制

地下室外墻混凝土在施工階段常常會(huì)出現(xiàn)開裂，裂縫多為豎向裂縫。裂縫的主要原因是混凝土在干燥收縮時(shí)受到鋼筋、邊界約束后拉裂而產(chǎn)生的。地下室外墻配筋時(shí)應(yīng)考慮裂縫影響。地下室外墻混凝土裂縫在設(shè)計(jì)階段的預(yù)防措施還有：外墻鋼筋間距≤150mm；混凝土采用中等強(qiáng)度（C30～C40）；留外墻垂直后澆帶等[4]。

6.工程算例

6.1條件

1）土容重γ=18kN/m；浮容重γ`=11kN/m；內(nèi)摩擦角取30度；按靜止土壓力系數(shù)Ka=0.5計(jì)算；

2）地下室層高L=4m；埋深h=4m；設(shè)防水位高h(yuǎn)1=2m；墻厚=300mm；地面堆載p= 10kN/m，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1所示。

3）混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30；鋼筋抗拉強(qiáng)度fy=360；地下室外墻外側(cè)保護(hù)層厚50mm。

6.2計(jì)算

1）荷載計(jì)算

荷載組合：

按單跨梁計(jì)算，考慮塑性內(nèi)力重分布，支座彎距調(diào)幅系數(shù)取0.8。查靜力計(jì)算手冊(cè)，支座彎距系數(shù)為1/15，跨中彎距系數(shù)為0.0298[5]。

2）配筋計(jì)算[6]

支座彎距

受壓區(qū)高度

跨中彎距

受壓區(qū)高度

3）、裂縫計(jì)算[6]

荷載標(biāo)準(zhǔn)值

彎距標(biāo)準(zhǔn)值

矩形截面受彎構(gòu)件，構(gòu)件受力特征系數(shù) αcr = 2.1

帶肋鋼筋的相對(duì)粘結(jié)特性系數(shù) υ = 1.0

取1米寬墻計(jì)算，截面寬度 b = 1000mm

受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑

實(shí)配鋼筋為 16@150鋼筋面積As=1340.412mm

配筋率ρ=0.5362%

按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率 ρte = As / Ate

對(duì)矩形截面的受彎構(gòu)件：

在最大裂縫寬度計(jì)算中，當(dāng)ρte<0.01 時(shí)，取ρte = 0.01

裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)ψ，按下列公式計(jì)算： ψ=1.1-0.65*ftk/ρte/σsk=0.34

最大裂縫寬度ωmax，按下列公式計(jì)算：

滿足裂縫要求。

7.結(jié)束語

地下室外墻是不可忽視的重要構(gòu)件。應(yīng)從設(shè)計(jì)、材料、施工等多方面嚴(yán)格把關(guān)，來保證地下室外墻結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)、合理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]. 中國建筑工業(yè)出版社， 2010.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]. 中國建筑工業(yè)出版社， 2012.

[3] 姜學(xué)詩. 鋼筋混凝土地下室外墻承載力配筋計(jì)算[J]. 建筑結(jié)構(gòu) 技術(shù)通訊，2007， 1（9）： 3-4.

[4] 袁正如. 地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題探討[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)，2010， 6（3）： 548-551.

[5] 建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)編寫組. 建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)[S]. 中國建筑工業(yè)出版社， 2004.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 中國建筑工業(yè)出版社， 2010.

作者簡(jiǎn)介：

張海鳳，女，工程師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

包連杰，男，助理工程師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。