地下室外墻設(shè)計淺談

賀桂超

（中航長沙設(shè)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(jù)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(cè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)承受的風荷載等也會對地下室外墻產(chǎn)生影響，但是其產(chǎn)生的內(nèi)力較小，與豎向荷載和水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力相比可忽略不計。

豎向荷載對地下室外墻產(chǎn)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(yīng)力較小，而水平荷載對地下室外墻產(chǎn)生彎曲變形，在水、土共同作用下，彎曲應(yīng)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(cè)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(shù)；大小于外墻高度無關(guān)。

1.2 土壓力

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

當?shù)叵率衣裆钶^小，或周邊較空曠時可采用放坡開挖，土壓力系數(shù)計算公式為K0=1-sinφ（φ為土的有效內(nèi)摩擦角），一般情況可取0.5。當?shù)叵率衣裰幂^深，或工作面較小，放坡開挖難以實現(xiàn)，此時可采用樁錨支護，雖然其支護屬于臨時工程，但對外側(cè)土體還是產(chǎn)生卸載作用，外墻受到的水平荷載減小，也即相當于土體發(fā)生位移，對外墻的荷載減小，此時靜止土壓力系數(shù)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(nèi)容，可根據(jù)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(cè)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(cè)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(nèi)容，其取值及要求可根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》（GB50038-2005）[1]（以下簡稱《人防規(guī)范》）的有關(guān)規(guī)定采用。

1.5 溫度應(yīng)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(gòu)造措施加以控制即可，如設(shè)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(shù)等等，設(shè)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(jù)其概率分布，主要有以下兩種荷載組合，詳見《人防規(guī)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(chǎn)生的水化熱，防止或減少混凝土開裂，應(yīng)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(yīng)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(yīng)注意，此時混凝土設(shè)計強度指標應(yīng)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(yīng)在混凝土中加入膨脹劑來提高其自身的抗?jié)B性能，混凝土抗?jié)B等級可按照《地下工程防水技術(shù)規(guī)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(yīng)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(yīng)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(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[3]，地下室外墻混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別可根據(jù)其所處環(huán)境取二a類或二b類，此時對應(yīng)的保護層厚度分別為20mm和25mm。

《防水規(guī)范》4.1.7條規(guī)定，迎水面鋼筋保護層厚度不應(yīng)小于50mm，并應(yīng)計算裂縫寬度，且不得大于0.2mm，并不得貫通。

《人防規(guī)范》規(guī)定，外墻外側(cè)混凝土保護層厚度當不設(shè)防水層時取40mm，設(shè)防水層時可減小至30mm；內(nèi)側(cè)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(jù)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(fā)生一定轉(zhuǎn)角，故外墻頂部按鉸接考慮；

另外，當?shù)叵率翼敯迮c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?shù)叵率彝鈮ψ笥覂蛇厼樯喜拷Y(jié)構(gòu)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?shù)叵率彝鈮ψ笥覂蛇厼榭蚣苤?，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(xù)，可視為外墻的中間支座，外墻可按連續(xù)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(gòu)造要求

地下室外墻除了要滿足計算結(jié)果外，還應(yīng)滿足構(gòu)造要求，對于外墻厚度最小值，《防水規(guī)范》和《人防規(guī)范》均做了詳細要求，且均為250mm。

根據(jù)前文所述，地下室外墻主要承受水平荷載，為受彎構(gòu)件，應(yīng)按板的最小配筋率控制，另外由于其所處環(huán)境相對惡劣，不應(yīng)采用分離式配筋，而應(yīng)按雙層雙向配筋。外墻豎向鋼筋為受力鋼筋，應(yīng)位于外側(cè)，水平鋼筋則為分布鋼筋，應(yīng)布置在內(nèi)側(cè)。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(shè)置暗梁，僅設(shè)置水平通常構(gòu)造筋即可，根數(shù)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(nèi)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(yīng)注意，此時混凝土受拉區(qū)只能產(chǎn)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(chǎn)生滲水或漏水，將得不償失。

設(shè)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(yǎng)護及時等。

5 結(jié)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(guān)鍵參數(shù)取值在規(guī)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(shè)計時應(yīng)注意的各種構(gòu)造細節(jié)，展示了完整的設(shè)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(shè)計規(guī)范》（GB 50038-2005）[S].北京：中國計劃出版社，2010.

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

[3]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50011-2010）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.