地下室外墻計(jì)算模型的選擇

摘要：地下室外墻選取合適的計(jì)算模型是非常重要的，我們?cè)趯?shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)工程項(xiàng)目的具體情況進(jìn)行具體的分析，應(yīng)對(duì)地下室的頂板、底板、壁柱、內(nèi)隔墻、垂直外墻、中間層樓板對(duì)外墻的支承作用進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，從而選擇相應(yīng)合適的支座類型，并對(duì)外墻板的各個(gè)方向的支承跨度進(jìn)行分析，通過(guò)分析選擇合理的簡(jiǎn)化模型，只有這樣，才能保證選擇的計(jì)算模型符合實(shí)際，才能保證地下室外墻結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)與安全。

關(guān)鍵詞：地下室外墻；計(jì)算模型；支座；跨度；支承作用

中圖分類號(hào)：TU311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）16-0181-02

一、問(wèn)題的提出

在日常結(jié)構(gòu)審核工作中，常常發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)人在地下室外墻設(shè)計(jì)過(guò)程中所選擇的計(jì)算模型與實(shí)際受力不符的情況。

例如：某項(xiàng)目地下室外墻有頂板無(wú)底板，墻頂與頂板相連，墻底設(shè)置的是條型基礎(chǔ)，未設(shè)置內(nèi)隔墻與壁柱，設(shè)計(jì)人員將該外墻按懸臂式檔土墻考慮，顯然沒(méi)有考慮頂板對(duì)墻體的支承作用。

又例如：某項(xiàng)目地下室外墻無(wú)頂板和底板，設(shè)計(jì)人在墻頂布置一道暗梁，墻底處設(shè)置一道比墻體稍寬的地梁，而在計(jì)算時(shí)采用的卻是上端簡(jiǎn)支，下端固定的單向板計(jì)算模型，如圖1所示。這個(gè)計(jì)算模型顯然是錯(cuò)誤的。我發(fā)現(xiàn)很多設(shè)計(jì)人員經(jīng)常不論地下室的外墻支承情況如何，都會(huì)機(jī)械的照搬如圖1或圖4的單向板計(jì)算模型，這在很多情況下與實(shí)際受力是不相符的。

二、地下室外墻受力模型分析

地下室外墻可以看成是豎向放置的板，主要承受側(cè)向的土壓力與水壓力。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷載主要由柱和剪力墻承受，外墻僅承受頂板的荷載時(shí)，則沿板平面方向的壓力可忽略不計(jì)，外墻可以簡(jiǎn)化為以承受側(cè)向壓力為主的板式受彎構(gòu)件。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)的荷載較大且直接作用于地下室外墻上時(shí)，則沿板平面方向的壓力不能忽略，外墻可以簡(jiǎn)化為以承受側(cè)向壓力為主的板式壓彎構(gòu)件。板構(gòu)件的支承應(yīng)根據(jù)地下室的層數(shù)、與外墻相連的壁柱及內(nèi)隔墻、頂板、中間樓板與底板的支承情況綜合考慮。一般地下室的頂板厚度較外側(cè)墻薄，認(rèn)為頂板對(duì)外側(cè)墻的抗彎可以忽略，頂板對(duì)外墻僅提供垂直于外墻的軸力支承即簡(jiǎn)支。地下室的底板一般較厚，外墻下與底板相交處一般都設(shè)置一條較大的地梁，且底板下的地基土對(duì)底板的變形也起到一定的約束作用，故在這種情況下，認(rèn)為底板對(duì)外墻除了提供垂直軸力支承以外，還提供完全的抗彎約束即固定支承。這其實(shí)都是為了計(jì)算方便而做出的簡(jiǎn)化假定，要知道在任何情況下都不可能有完全的簡(jiǎn)支與固定支承，因此在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)這樣的假定所產(chǎn)生的不利影響應(yīng)有足夠的估計(jì)并通過(guò)構(gòu)造手段處理。當(dāng)不存在頂板或底板又沒(méi)有其它足夠的垂直支承時(shí)，相應(yīng)端應(yīng)按自由端考慮。當(dāng)與外墻相連的壁柱較大或存在有垂直于外墻的內(nèi)隔墻時(shí)，外墻可按多跨連續(xù)板考慮，壁柱或內(nèi)隔墻可以作為多跨連續(xù)板的內(nèi)支座，對(duì)外側(cè)墻提供支承，當(dāng)壁柱較小時(shí)，可忽略壁柱的作用，而將外墻按整塊板考慮，當(dāng)?shù)叵率页^(guò)一層時(shí)，則中間層的樓板也可以作為外墻連續(xù)板的中間支座考慮。

因此，地下室外墻的一般計(jì)算模型就是：以承受水土壓力為主的，以頂板、底板、垂直向外墻、內(nèi)隔墻、壁柱、中間層樓板為支承的多跨連續(xù)板。如圖2所示。

必須指出的是：如果外側(cè)墻的中間支座是壁柱的話，外側(cè)墻對(duì)壁柱的側(cè)向作用不能忽略，此時(shí)應(yīng)將壁柱對(duì)外側(cè)墻的支座反力反作用于壁柱，對(duì)壁柱進(jìn)行壓彎驗(yàn)算。

三、地下室外墻的模型簡(jiǎn)化

上一節(jié)提到的多跨連續(xù)板外墻計(jì)算模型非常符合實(shí)際，但要精確計(jì)算必須采用有限元分析方法進(jìn)行。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以將以上模型適當(dāng)簡(jiǎn)化，以便于計(jì)算。

首先，可以將多跨連續(xù)板簡(jiǎn)化為單跨雙向板，如圖3所示，頂板或底板相連處可以按上一節(jié)的情況進(jìn)行支座簡(jiǎn)化，中間支座處可以簡(jiǎn)化為固定支承。

值得注意的是，不同地下室的層高和內(nèi)隔墻或壁柱的跨度是千變?nèi)f化的，即使同一個(gè)工程的地下室的不同開(kāi)間這些參數(shù)也不完全相同，因此對(duì)一個(gè)地下室的外墻不可能僅選用一個(gè)板塊就解決整個(gè)地下室外墻計(jì)算，而要根據(jù)不同的開(kāi)間和層高選取幾個(gè)不同的典型板塊進(jìn)行計(jì)算才能保證整個(gè)外墻的經(jīng)濟(jì)合理與安全。

圖3的計(jì)算模型適用于b/h＜2的情況。

有些工程不采用壁柱，或壁柱較小不計(jì)其作用，此時(shí)如簡(jiǎn)化為圖3計(jì)算模型時(shí)，會(huì)出現(xiàn)b/h≥3的情況，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002），10.1.2條第3小條，則可以簡(jiǎn)化為豎向的單向板進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)該計(jì)算模型就簡(jiǎn)化成了圖1的計(jì)算模型。同樣的另一個(gè)特例是二層地下室，無(wú)壁柱或內(nèi)隔墻，開(kāi)間遠(yuǎn)大于層高的情況下，可以簡(jiǎn)化為豎向的單向連續(xù)板，即圖4模型，當(dāng)然同樣情形出現(xiàn)在多層地下室的情況下，則可以類推為相應(yīng)的多跨單向連續(xù)板模型。必須注意，單跨和多跨連續(xù)的單向板計(jì)算模型只是地下室外墻計(jì)算模型比較典型的特例，不分場(chǎng)合和支座與邊界情況機(jī)械照搬這些計(jì)算模型是錯(cuò)誤的。

對(duì)于簡(jiǎn)化為圖3計(jì)算模型時(shí)2≤b/h＜3的情況，按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002），10.1.2條第2小條的規(guī)定，建議最好仍按圖3雙向板計(jì)模型進(jìn)行計(jì)算，也可以采用圖1或圖4單向板計(jì)算模型計(jì)算，此時(shí)應(yīng)對(duì)水平構(gòu)造分布筋適當(dāng)加強(qiáng)。

現(xiàn)在回到第一小節(jié)提到的兩個(gè)外墻實(shí)例。

第一個(gè)實(shí)例是：地下室外墻有頂板無(wú)底板，墻頂與頂板相連，墻底設(shè)置的是條型基礎(chǔ)，未設(shè)置內(nèi)隔墻與壁柱，由于墻底設(shè)有條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)的大放腳對(duì)墻身有足夠的抗彎能力，所以墻底可按固定支承考慮，墻頂?shù)捻敯鍖?duì)墻身構(gòu)成鉸支。由于未設(shè)壁柱和內(nèi)隔墻，開(kāi)間遠(yuǎn)大于層高，可簡(jiǎn)化為豎向的單向板，因此該實(shí)例的最終簡(jiǎn)化的計(jì)算模型最接近圖1。

第二個(gè)實(shí)例的地下室外墻無(wú)頂板和底板，中間設(shè)有與外墻相連的壁柱，由于沒(méi)有頂板與底板，該墻的上下端應(yīng)視為自由端，而以兩壁柱為固定支座，形成如圖5所示的水平單向板的計(jì)算模型，該外墻的主要受力筋應(yīng)是水平鋼筋，而豎向鋼筋為構(gòu)造分布筋，這與圖1計(jì)算模型，主要受力筋為豎向筋，而水平鋼筋為分布筋的情況正好相反，可見(jiàn)，計(jì)算模型選取錯(cuò)誤，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際配筋肯定是不正確的。

該例還需要注意的一點(diǎn)是，外墻板的主要支座為壁柱，則外墻對(duì)壁柱的側(cè)向壓力是不可忽略的，事實(shí)上，在將外墻壓力添加到壁柱，對(duì)壁柱進(jìn)行壓彎驗(yàn)算后，壁柱的配筋比不考慮側(cè)壓力的情況下增加了50%以上。

該例的另一個(gè)處理辦法是在項(xiàng)目允許的情況下在墻頂和墻底增加垂直于外墻的肋梁，形成板的支座，注意該肋梁應(yīng)有足夠的水平剛度，如圖6所示，此時(shí)該外墻則可以簡(jiǎn)化為如圖7的計(jì)算模型。

四、結(jié)語(yǔ)

地下室外墻選取合適的計(jì)算模型是非常重要的，不分場(chǎng)合不管實(shí)際的支承條件生搬硬套某一個(gè)計(jì)算模型是不對(duì)的，甚至是非常危險(xiǎn)的。我們?cè)趯?shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)工程項(xiàng)目的具體情況進(jìn)行具體的分析，應(yīng)對(duì)地下室的頂板、底板、壁柱、內(nèi)隔墻、垂直外墻、中間層樓板對(duì)外墻的支承作用進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，從而選擇相應(yīng)合適的支座類型，并對(duì)外墻板的各個(gè)方向的支承跨度進(jìn)行分析，通過(guò)分析選擇合理的簡(jiǎn)化模型，只有這樣，才能保證選擇的計(jì)算模型符合實(shí)際，才能保證地下室外墻結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)與安全。

作者簡(jiǎn)介：儲(chǔ)加?。?963－），男，江蘇如皋人，城市建設(shè)研究院深圳分院工程師，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)。