杨 涛

中设设计集团股份有限公司

地下室外墙建筑结构设计研究

杨 涛

中设设计集团股份有限公司

外墙结构是地下室结构中的重要构件，正确合理的外墙设计不仅能保障地下室整体结构安全，还能减少其工程造价。本文通过分析地下室外墙结构的荷载受力情况，利用外墙计算公式创设出经济合理的配筋构造，明确了在进行地下室外墙结构设计时应根据不同情况采用单、双向板建筑结构计算简图。

地下室外墙；建筑结构设计；计算简图

1 引言

随着大量工程建设的开发和发展,致使很多土地被利用，越来越多地区的土地建设已经不能满足人类和生产的需求，故建筑发展的趋势已逐渐从地上转向地下空间[1]。地下室建筑的成本相比地上建筑要高，其主要原因在于其结构受多方面的因素影响，在建设过程中为了保证地下室的牢固性和安全性，必须增加外墙结构的墙体配筋。本文分析了地下室外墙建筑结构的荷载受力因素，并通过外墙计算公式和计算简图得出结构设计方法。

2 地下室外墙所受荷载及受力分析

2.1 地下室外墙所受荷载分析

地下室外墙所受荷载一般分为：横向荷载和竖向荷载。（1）横向荷载，主要有地下水压力、地面活载引起的侧压力、侧向土压力等，水平地震及风荷载对地下室外墙平面内产生的荷载影响较小。（2）竖向荷载，有地下室结构的楼盖传重、墙体自重以及上部建筑重量等。垂直墙面的水平荷载产生的弯矩力直接影响着地下外墙墙体配筋。

2.2 地下室外墙受力分析

地上主体结构中的剪力墙主要是平面内受力，受力钢筋主要分布在墙体端部，而地下外墙受地下水压力、地上和地下土压力以及地表震动力等多方面压力的影响，其受力点主要分布在平面外，受力钢筋主要分布在墙段。地下外墙水压力应根据当地的历史水位情况确定，一般取当地最高地下水位和水压，并考虑最高防洪水位；地下外墙土压力又分为静止土压力和主动土压力，采用主动土压力，需满足密砂填土中墙体变形位移以及在密实粘性土中墙体变形位移符合相关墙体建筑要求。静止土压力比主动土压力要大,从地基及其他不确定因素考虑，地下室外墙土压力宜取静止土压力，采用静止土压力计算保留了一定的抗压储备能力,保证了墙体建筑的安全与质量[2]。

3 地下室外墙计算公式

地下室外墙结构是按偏心受压构件计算配筋，横向荷载对地下室外墙压力小，故其产生的截面应力较小,为方便计算,计算墙体配筋通常按墙板平面外受弯。当荷载影响较大时，竖向荷载受上层建筑、顶板及自重荷载影响，可分别按配筋轴心受压及平面外受弯计算墙体配筋,然后将二者叠加。参见静力计算手册中荷载作用下的双向弯矩计算系数，可计算出地下室外墙总体受压值。

4 地下室外墙的计算简图

地下室外墙建筑结构设计中的重要环节是外墙计算简图的选取，在地下室外墙结构中,存在剪力墙、上部结构延伸下来的柱以及地下室结构需要布置的柱等竖向构件，另外，还存在外墙与钢筋混凝土内墙垂直相交。所以进行地下室外墙设计时，应对外墙所处周边环境进行分析，根据外墙扶壁柱的搭建方式和考虑其荷载范围，选择采用双向板计算简图或单向板计算简图[3]。

常用的双向板计算简图为:根据地下室层数和外墙的宽度,以外墙顶板或底板为支撑点,按周边构件与外墙刚度比确定外墙的支承条件，然后采用双跨或多跨连续板进行计算，当周边构件厚度小于外墙厚度按简支考虑。地下室外墙设计需满足荷载、受力和使用要求,同时也要选择最经济的配筋和厚度组合。在设计过程中，多做几组荷载分析及配筋计算,比较建筑结构的材料用量、施工难易、结构安全等因素,设计出安全性最高以及造价相对较低的计算简图。常用的单向板计算简图和双向板计算简图如图1、图2所示。

图1 单向板计算简图

图2 双向板计算简图

5 地下室外墙建筑构造设计

分析了墙体的荷载及受力范围以及规划好墙体计算简图，便可对其进行构造设计，对于地下室外墙建筑的构造设计，必须从构件的工作寿命以及结构的耐久性因素考虑，防止墙体产生水平裂缝。一般地下室外墙的构造设计应遵循以下原则：(1)材料、混凝土标号、截面应满足规范要求。(2)可采用三边连续、一边自由的窗井计算简图，或采用水平多跨连续板计算。(3)地下室外墙应采用双向双面配筋，外墙的配筋一般采用直径较大的变形钢筋或拉结筋。通常按构造要求设置横向配筋，为防止墙体裂缝开展，对于受力较大的板格，横向配筋应满足受弯构件的最小配筋率要求或配筋面积不小于受力筋面积的1/3，竖向配筋每侧的配筋不应小于受弯构件的最小配筋率，并根据实际情况选取合理的竖向钢筋高度和板厚。竖向钢筋布置在墙体内侧，水平钢筋宜布置在外侧[4]。(4)当实际构造与计算简图基本相符时，为减少配筋用料及满足受力要求，在满足外墙板的内、外构造要求的基础上可给定长度较大的拉结筋进行配筋,用剩余配筋补足短筋,(5)地下室外墙构造与底板连接，参照《混凝土结构设计规范》搭接地下室外墙钢筋，并根据纵向钢筋搭接接头面积百分率修正搭接长度。(6)当地下室外墙受水压荷载较大时,应根据最大水压与外墙厚度比确定外墙的抗渗等级，地下室外墙的抗渗等级不得低于0.6MPa。

6 结语

地下室外墙建筑结构设计应根据外墙作用荷载以及受力影响，区分横向荷载与竖向荷载对建筑结构造成的不同影响，在此基础上选用合理的配筋方式进行外墙结构搭建，按外墙与周边构件刚度比确定外墙的支承条件计算出外墙的简图和配筋要求。由于地下室建筑的成本相比地上建筑要高，且各个地下室工程所受荷载影响不同，应根据外墙周边荷载影响具体分析和设计建筑结构方案，故对其外墙设计应从材料、配筋、施工、构造设计等多方面采取相应的措施避免和减少裂缝产生，使得地下室外墙设计能够满足抗压、抗渗的要求,又能适当减少工程造价要求，真正提高地下室外墙建筑结构设计的实用性和有效性,从而缓解人类日益紧张的土地问题。

[1]纪福宏,郭惠琴.混凝土结构地下室外墙的设计[J].山西建筑,2005,31(6):34～35.

[2]李天山,阎绍荣.混凝土地下室外墙裂缝的预防及处理[J].建筑科学,2008(20):51.

[3]练贤荣.地下室外墙设计的几点体会[J].深圳土木建筑,2008(6):31～32.

[4]朱圣妤,谢小松.高层建筑地下室外墙施工期温度裂缝产生机理及控制措施[J].结构工程师,2006(6):88～91.