建筑地下室底板及外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計

姜 明

(大連新大地建筑設(shè)計研究有限公司)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，人們不斷的開發(fā)利用地下空間?，F(xiàn)在的多層、高層建筑中大多數(shù)都建有地下室。地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計也成為建筑工程中重要的一環(huán)。根據(jù)《人民防空法》以及國際的相關(guān)規(guī)范規(guī)定，城市新建民用建筑工程中，應(yīng)有一定數(shù)量的防空地下室。

一、普通地下室底板的荷載與結(jié)構(gòu)計算

普通地下室底板的結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載主要有三種荷載，第一種是作用在地下室底板上荷載，包括板自重、裝修層的重量、固定設(shè)備等；第二種是作用在底板頂面的向下的等效均活荷載；第三中是作用在底板底面向上的均布的地下水浮力。

當(dāng)計算正向底板以及梁的配筋時，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》荷載的設(shè)計值為S=1.2SQk+1.4SGk；當(dāng)計算反向底板及梁配筋時，固定設(shè)備的有利作用不予考慮，僅僅將底板自重以及裝修層的重量納入考慮范圍。

當(dāng)計算反向底板梁板時，可采用STAWE等程序來進(jìn)行計算，將q除以恒荷載分項(xiàng)系數(shù)，來作為恒荷載的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行輸入?？蚣苤休斎氤信_尺寸的同時也要考慮梁、柱節(jié)點(diǎn)的部分作為剛域進(jìn)行計算，這樣能夠有效降低梁斷面以及配筋。

當(dāng)?shù)装宀捎闷桨迨浇Y(jié)構(gòu)的時候，要按照無梁樓蓋來進(jìn)行計算。這種底板方案主要是為了減小地下室的埋深、減少開挖土方量、減少降水深度，經(jīng)濟(jì)性較好。

二、特殊地下室底板的結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》，甲類防空地下室的設(shè)計必須要滿足規(guī)定的戰(zhàn)時對于核武器、常規(guī)武器以及生化武器等武器攻擊的防護(hù)要求。乙類防空地下室需要滿足戰(zhàn)時對常規(guī)武器以及生化武器等的防護(hù)要求。根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，乙類防空地下室由于不必 考慮常規(guī)武器地面爆炸的破壞，因此基本結(jié)構(gòu)與普通地下室沒有太大區(qū)別。

地下室壁板也需要滿足混凝土規(guī)范以及防水規(guī)范的要求：厚度必須大于等于250mm，迎水面縱向受力鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度要大于等于50mm，最小配筋率、混凝土的強(qiáng)度等級以及地下室底板的防水等級都應(yīng)該滿足相應(yīng)國家規(guī)范的要求。

三、地下室外墻荷載以及受力分析

地下室外墻承受的荷載分為水平和豎直兩種，水平方向上承受著地面活載、側(cè)向土壓力、水壓力等荷載。地下室的外墻也受到一定風(fēng)荷載的影響，但因?yàn)榛酒鸩坏綄?shí)質(zhì)性的作用，因此地下室外墻的墻體配筋主要是由垂直墻面的側(cè)面的荷載來決定的，一般而言對已知豎直方向的荷載影響也不納入計算考慮。地下室外墻的受力鋼筋主要分布在墻段而并不是分布在端部，主體結(jié)構(gòu)的剪力墻與它略有不同，主要是平面內(nèi)受力。

根據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施》以及《多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇難問題的處理以及算例》中的建議，地下室外墻計算側(cè)壓力應(yīng)該按照靜止土壓力進(jìn)行計算。因?yàn)榈叵率业膲Π逋浅：瘢哂邢喈?dāng)?shù)膭偠?，在綜合種種外力的作用后變形程度依然比較小，能夠視作為沒有發(fā)生移動，看作復(fù)核靜止土壓力的受力模型。

地下水壓力的計算需要通過對當(dāng)?shù)亓⑹剿磺闆r的仔細(xì)研究來取定，一般而言會根據(jù)在建筑物使用年限范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的最高水位以及最大水壓來考慮其對地下室外墻的影響。

根據(jù)支撐情況的不同，地下室外墻的受力分析計算模式有如下兩種：

1、將地下室的墻體作為單向板來計算，基礎(chǔ)底板、樓面的頂板當(dāng)作支點(diǎn)。其中在頂板處可以按簡支在底板處，如果底板是一塊大的筏板，墻體直接生根其中，那么就適合作為固端，若下方不是筏板，僅是條形基礎(chǔ)或者基礎(chǔ)梁的話，對外墻的約束剛度相對就小，做簡支比較合適。在實(shí)際的工程當(dāng)中，會出現(xiàn)邊界條件不明確的情況，那么在計算端彎矩和跨中彎矩的時候，就要對同一邊界進(jìn)行兩種不同的假設(shè)與計算。在高層建筑物中，柱子的截面相對較大，剛度也更大，就要考慮對墻體的約束作用以及支撐作用的大小，可與按照四邊支撐雙向板來計算。

2、在剪力墻的結(jié)構(gòu)中，地下室外墻的板跨比較小，可與按照四邊支撐板進(jìn)行計算，因?yàn)閮?nèi)墻的抗側(cè)移剛度大，能夠當(dāng)作外墻固端來提供對外墻的約束作用。

目前一些有限元程序已經(jīng)能夠按外墻的實(shí)際便捷條件進(jìn)行計算。當(dāng)外墻兩側(cè)存在翼墻，切翼墻間距不大于層高的2倍時，地下室外墻可按雙向板設(shè)計。

四、地下室外墻的構(gòu)造設(shè)計

在進(jìn)行理論設(shè)計的基礎(chǔ)上，構(gòu)造設(shè)計也是地下室外墻設(shè)計中非常重要的一個環(huán)節(jié)。設(shè)計人員需要從結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件兩方面進(jìn)行考慮，包括結(jié)構(gòu)的耐久性。構(gòu)件的壽命等等。也要注意怎樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計更為方便簡單，更要注意如何避免墻體裂縫的產(chǎn)生。一般工程中我們會將水平鋼筋布置在外側(cè)，豎直方向的鋼筋布置在內(nèi)側(cè)。設(shè)計的過程中應(yīng)根據(jù)客觀實(shí)際來計算地下室側(cè)墻板厚的有效計算高度。

在設(shè)計中要確定好截面、材料的要求，以及混凝土的強(qiáng)度等級等，在窗井處計算簡圖一般是三邊連續(xù)一邊自由的計算，或者是水平多跨連續(xù)板的計算。

地下室外墻的構(gòu)造計算中要采用雙向雙面配筋，要注意某些板格水平筋受力較大，出于防止裂縫開張的考慮，水平筋的配筋面積除了不能小于相應(yīng)受力筋面積的三分之一外，也必須滿足受彎構(gòu)件的最下配筋率的要求。

當(dāng)設(shè)計人員將計算簡圖與實(shí)際工程相一致計算之后，根據(jù)計算結(jié)果對外墻板進(jìn)行配筋時，外墻板的受力鋼筋最好不要采用大值的等量配筋，而采用一定量的長筋，外加一些輔助短筋來補(bǔ)足，這樣的設(shè)計方法能夠同時最大限度的滿足受力要求與經(jīng)濟(jì)要求。

按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，地下室外墻與底板的連接構(gòu)造與外墻鋼筋的搭接都要符合其縱向鋼筋搭接接頭面積百分率修正搭接長度的要求。如果該地下室工程有防水要求，那么要通過工程埋置深度及工程適應(yīng)范圍來確定抗?jié)B漏登記，但要注意該指標(biāo)的最小值為0.6Mpa。

地下室較長或者墻厚較厚時，考慮混凝土水化過程中的收縮應(yīng)力和溫度變化引起的溫度應(yīng)力。當(dāng)外墻有扶壁柱時，建議采用水化熱較小的C25～C35混凝土。當(dāng)外墻較長時，應(yīng)設(shè)置溫縮后澆帶。加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)、增加構(gòu)造鋼筋也能減小溫度應(yīng)力。

五、地下室外墻計算方法

一般地下室外墻可以看成是豎向防止的板，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，則沿板平面方向的壓力不能忽略，外墻可以簡化為以承受側(cè)向壓力為主的板式壓彎構(gòu)件。

在外墻是否開洞的問題上，如果地下室不參與整棟建筑物的抗震計算的話，地下室外墻是否開洞就計算層面而言其實(shí)無關(guān)緊要，但是要保證地下室側(cè)向剛度比一層要高兩倍以上，反之地下室則需要參與到抗震計算中。

六、地下室底板與外墻的裂縫寬度

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，地下室底板與外墻的設(shè)計結(jié)構(gòu)需要滿足日常使用的要求。因此對構(gòu)件的裂縫寬度有嚴(yán)格的限制。

一般來說，地下室底板以及外墻的最大裂縫寬度為 0.2mm。根據(jù)人防規(guī)范的規(guī)定，防空地下室在常規(guī)武器爆炸荷載或者核武器爆炸動荷載的情況下，可以不對其結(jié)構(gòu)變形與裂縫寬度進(jìn)行驗(yàn)算，但是普通地下室就一定要對裂縫的寬度進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)算。

七、結(jié)束語

綜上所述，地下室的外墻以及底板設(shè)計需要綜合考慮以上種種因素，經(jīng)過合理分析以及嚴(yán)密的計算之后，最大效能的滿足設(shè)計構(gòu)造需求以及業(yè)主實(shí)際使用需求。考慮到每個地下 工程都有其特殊性，因此再進(jìn)行地下室外墻以及底板設(shè)計的時候要實(shí)事求是，具體問題具體分析，在保證工程安全可靠的前提下，同時也要盡可能的符合經(jīng)濟(jì)合理的原則，還要考慮到地下室抗?jié)B漏的特殊要求。

[1]唐成，住宅小區(qū)地下室底板結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］中外建筑，2008，03

[2]籣新剛，鋼筋混凝土地下室外墻設(shè)計［J］科技信息，2001，05