普通钢筋混凝土地下室外墙设计

普通钢筋混凝土地下室外墙设计10-09-2717:02:47来源：58期刊网浏览次数：关键字：理工类论文摘要：地下室按其使用功能可分为普通、人防和平战三类，本文结合实际工作经历，对城市建设中普通钢筋混凝土地下室外墙设计中的一些问题进行了讨论,提出了设计建议,可供工程设计参考。关键词：荷载取值、计算模型、配筋构造、裂缝控制目前城市建设中一般高层建筑都设有地下室，地下停车库也越来越多，由于钢筋混凝土地下室外墙（以下简称外墙）起挡土墙的作用，墙体厚度和墙体配筋要比一般剪力墙高，尤其在纯地下室结构中，外墙对造价的影响占有比较大的比重，因此，外墙设计有一定的现实意义。本人对钢筋混凝土外墙的设计作了一下梳理归类,可供同行参考。外墙设计为了满足抗渗要求，厚度一般不宜小于250mm，混凝土强度等级常用C25~C30。一般情况下外墙都有防水要求，抗渗等级应由《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002表3.0.3确定。1.荷载：竖向荷载有上部及各层地下室顶板传来的荷载和外墙自重；水平荷载有室外地坪活荷载、侧向土压力、地下水压力、人防等效静荷载以及可能的相邻建筑物的附加荷载。1.1室外地坪活荷载：一般民用建筑的室外地面（包括可能停放消防车的室外地面）活荷载可取5kN/m2。有特殊较重荷载时，按实际情况确定（《北京市建筑设计技术细则》（结构专业）2.0.6，以下简称《技术细则》）。地面活荷载对外墙产生的压力为沿墙高度方向的均布荷载Qx，Qx=qxK，qx为地面活荷载（对于地面活荷载，同样应乘侧压力系数K，许多设计中计算不对。）1.2水压力：水位高度可按最近3~5年的最高水位确定，不包括上层滞水（《技术细则》3.1.8）。1.3土压力：1.3.1.当地下室采用大开挖方式，无护坡桩或连续墙支护时，外墙承受的土压力宜取静止土压力，土压力系数K0，对一般固结土可取K0=1-sinφ(φ为土的有效内摩擦角)，一般情况可取0.5（《技术细则》2.0.16）。1.3.2.当地下室施工采用护坡桩或连续墙支护时，外墙土压力计算中可以考虑基坑支护与外墙的共同作用，或按静止土压力乘以折减系数0.66近似计算，Ka=0.5×0.66=0.33，相当于主动土压力（《技术细则》2.0.16）。1.3.3.地下水位以下土的容重，可近似取11KN/m2（《技术细则》2.0.5）。实际上，风荷载和地震区地面运动使土压力超过静态土压力而有所增加，但其对外墙平面产生的内力较小，可以不予考虑。荷载简图见图一。2.荷载分项系数取值：一般情况下地面活荷载相比侧向恒载（土压力或水压力）较小，当由永久荷载效应控制的组合时，地面活荷载γQ取1.4，侧向恒载γG均取1.35。当地面活荷载较大，必要时应考虑可变荷载效应控制的组合。3.计算简图：3.1外墙按支承条件可能是单向板，也可能是双向板，在实际工程中要对这些板块逐一进行计算是相当麻烦的，一般情况下也没必要这么做。工程中通常情况下外墙底部与刚度很大的基础底板或基础梁相连，可认为是嵌固端；外墙顶部与楼层板相连，楼层板相对于外墙而言平面外刚度很小，对外墙的约束很弱。所以，外墙顶部应按铰接考虑。地下室中间层也按连续铰支座考虑(一般在楼层标高处挡土墙内设置暗梁)。这样，外墙就如同下端嵌固、中间和上端为铰支的单跨或多跨（视地下室层数而定）连续梁。设计时可简化为截面宽度为1米，高度为墙厚h的连续梁模型计算，墙厚h取值可参考《全国民用建筑工程设计技术措施》《结构》分册表5.3.20，一般为外墙高度的1/12~1/15，不宜小于250mm。可用理正工具箱软件计算。3.2地下室无横墙但外墙上有附壁柱时，除非柱设计时考虑了外墙传来的水平荷载，否则该柱不应作为外墙的支座，仍应按（1）考虑。3.3有的工程基础底板上有较厚的覆土，这时最下层外墙的计算高度应视该层地面做法而定。如为混凝土面层较厚的刚性地面，且在基坑肥槽回填之前完成地面做法，则外墙计算高度可算至地下室地坪。而实际施工顺序往往是出地面后肥槽立即回填，而地下室地面在完成机电管线布置后才施工，相隔很长时间。这种情况下，外墙计算高度就应算至底板上皮。为了减小外墙计算高度，可在外墙根部与基础底板交接处覆土厚度范围内设八字角，并配构造钢筋，作为外墙根部的加腋，加腋坡度可取1：1，这时外墙计算高度仍可算至地下室地坪。4.墙配筋计算：外墙除承受水平荷载外，还承受上部结构及各层地下室顶板传来的荷载和外墙自重等竖向荷载。所以，严格来讲，外墙应按偏心受压构件计算配筋。但在实际工程设计中，考虑竖向荷载产生的截面应力很小，而且为了计算方便，仅按墙板平面外受弯计算配筋。弯矩简图见图二。5.外墙的配筋构造要求：外墙应双层双向配筋。竖向配筋除满足计算要求外，每侧的配筋还不应小于受弯构件的最小配筋率。由于外墙系按竖向单向的单跨板或多跨板计算，水平筋按构造要求设置；考虑到有些板格水平筋受力较大，为控制裂缝开展，水平筋的配筋面积除不应小于相应受力筋面积的1/3外，也应满足受弯构件最小配筋率的要求。当外墙较长时，考虑混凝土收缩及温度变化的影响，还宜适当加大水平筋面积。外墙的配筋宜采用变形钢筋（HRB335级或HRB400级），直径不应小于10mm，间距不应大于200mm；内外侧钢筋之间应设置直径不小于6mm、间距不大于600mm呈梅花形布置的拉结筋。6.外墙保护层厚度：按《地下工程防水技术规范》50108-2001-4.1.6条，“迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。”，为强制性条文，但实际操作有困难之处。一方面外墙截面有效厚度损失较大，另一方面外墙一般较厚，且拆模早，养护困难。施工单位为了避免开裂，往往在50mm厚保护层内附加细钢筋制成的构造钢筋网片，这样由于与外墙受力筋间距很小，垂直浇捣混凝土会困难，而且又提高了工程造价，因此，考虑外侧为迎水面，外墙内、外侧环境类别应按《混凝土结构设计规范》50010-2002区别对待。可按《混凝土结构设计规范》执行。7.裂缝及控制方法：外墙混凝土易出现收缩，受到结构本身和基坑边壁等的约束，产生较大的拉应力，直至出现收缩裂缝。外墙裂缝宽度应控制在0.2mm之内，其配筋量往往由裂缝宽度验算控制。地下室整体超长，应采取相应措施，防止裂缝开展。采取的主要措施：①补偿收缩混凝土，即在混凝土中渗入UEA、ZY等微膨胀剂。以混凝土的膨胀值减去混凝土的最终收缩值的差值大于或等于混凝土的极限拉伸即可控制裂缝。②设置膨胀带。由于混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会与混凝土的早期收缩变形完全补偿，为了实现混凝土连续浇注无缝施工而设置补偿收缩混凝土带，根据一些工程实践，一般墙超过60m可设置膨胀加强带。③设置后浇带。作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施，较长久性变形缝已有很大的改进并广泛任用。④提高钢筋混凝土的抗拉能力。混凝土应考虑增加抗变形钢筋，对于侧壁，增加水平温度筋，在混凝土面层起强化作用。8.外墙根部节点：若为筏板基础，一般外墙厚度远小于基础筏板。筏板计算时在外墙端常按铰支座考虑，外墙计算时在筏板端常按固端考虑，所以筏板上下钢筋伸至外墙外侧即可，端头不必设弯钩。外墙外侧竖向钢筋在筏板底部弯后直段长度满足与筏板下筋搭接要求，即可形成对外墙的嵌固；若为墙下条形基础，应要求基础嵌入持力层基岩中，也可形成对外墙的嵌固效应。地下室按其使用功能可分为普通、人防和平战三类，有的地下室或地下室的一部分还要按《人民防空地下室设计规范》GB50038－2005的要求设计成防空地下室。人防地下室外墙的设计步骤与普通地下室基本相同，不同之处主要体现为作用于地下室外墙的水平荷载、材料强度设计值取值、配筋构造要求这三个方面，设计时可以查阅相关资料及规范执行，在此不再赘述。参考文献《混凝土结构设计规范》GB50010-2002.中国建筑工业出版社.《建筑结构荷载规范》GB50009-2001.中国建筑工业出版社.《地下工程防水技术规范》50108-2001.中国建筑工业出版社.《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002.中国建筑工业出版社.《北京市建筑设计技术细则》（结构专业）.北京市建筑设计研究院.姜学诗.钢筋混凝土地下室外墙承载力配筋计算.建筑结构.技术通讯2007年1月《混凝土结构设计规范》GB50010-2002第9.2.1条规定，墙在二a类环境的混凝土保护层厚度为20mm，而《地下工程防水技术规范》第4.1.6条规定防水混凝土结构迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。故常规设计中我们取外墙保护层厚度50mm，且根据GB50010-2002第9.2.4条要求在保护层内加配φ6@150单层双向钢筋网片，钢筋网片保护层厚度为20mm。笔者认为在计算墙板裂缝时墙板的计算保护层至少可以按30mm来折算，以考虑钢筋网片的有利作用，这对于节省墙体配筋效果明显。也有设计人员保护层厚度取20mm即可，笔者也持赞同态度。