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［摘要］本文通過對影響地下室外墻結構設計過程中的一些關鍵問題的分析，包括計算模型選取、荷載取值、內力計算、裂縫控制等，為外墻結構設計的經濟性、合理性提出了幾點參考性建議。

［關鍵詞］地下室外墻;計算模型;荷載;內力計算

城市發展伴隨著用地緊張問題的突顯，多層地下室空間的利用顯得愈發重要，而地下室外墻(以下簡稱外墻)作為室內外交接構件對工程造價、使用質量等起著決定性作用，所以合理有效的外墻結構設計至關重要。外墻由于所處環境的特殊性，結構設計宜考慮結構整體設計協調性和構件單獨設計合理性的兩個方面。傳統的做法是外墻與結構分割分析，有它的可行性和局限性，不可千篇一律，應根據分析對象的不同，結合結構方案做針對性設計;作為構件單元，應有機結合結構整體布置、邊界關系、土環境類別、耐久性要求等綜合考慮，片面的考慮問題，必將浪費社會資源或存在工程隱患。下面就對影響外墻設計的若干問題進行闡述。

1外墻結構設計存在的若個問題

1.1計算模型的選取

外墻計算應考慮它的結構體系、荷載作用、邊界條件、及構造要求等等。例如，外墻軸線上作用有上部結構且基礎采用條型基礎或筏板基礎，此時外墻的內力不僅包括側向的水、土壓力及人防荷載等，還應考慮上部結構作用引起的對基礎的反作用力，此時外墻應按雙(單)向板考慮側向作用與按深梁考慮豎向反力作用綜合來考慮，但是按深梁計算考慮往往被忽略，從而存在水平鋼筋不足問題等。所以，計算模型應綜合考慮各個方面問題，方能不漏算、多算，做到設計安全與合理。

1.2荷載

外墻所受的作用包括水平作用和豎向作用。水平作用有水土壓力和人防等效靜荷載，豎向作用包括地下室的上部結構和地下室頂板傳來的活荷載和恒載。由于土體側限的有利作用，上部結構產生的風荷載與水平地震作用對外墻產生的效應一般不起控制作用，外墻配筋主要是由于水平荷載產生的彎矩確定，豎向作用作為有利的豎向約束，一般不考慮它的有利作用，僅按墻板彎曲計算配筋，但當基礎采用條形基礎或筏形基礎時，宜按考慮地基反力作用的深梁計算。一般情況下，地下室外墻的水土壓力為靜止土壓力，根據土透水性的不同而采用不同計算，粘性土采用水土合算，砂性土采用水土分算，實際設計過程中往往本末倒置。

1.3靜止土壓力系數

K0K0宜由試驗確定。當無法通過試驗確定，可根據工程經驗取值，一般情況下，砂性土可取0.4～0.5，粘性土取0.5～0.75。

1.4外墻配筋

存在外墻設計時，不考慮扶壁柱尺寸是否對外墻的有效約束，均按雙向板計算配筋，存在扶壁柱僅僅考慮整體計算結構配筋，未復核外墻按雙向墻板傳遞水平力驗算扶壁柱的配筋。由扶壁柱與外墻的變形協調原理可知:存在外墻豎向筋不足、扶壁柱配筋偏小、外墻的水平筋未考慮水平支座約束等問題。

2關于外墻模型的影響因素

(1)當外墻無橫墻或橫墻間距S＞2H(層高)時，外墻的計算模型受地下室底板、頂板、及外墻是否延伸作為上部結構等影響。地下室底板厚度滿足外墻鋼筋的基本錨固長度且厚度大于外墻厚，可以認為地下室底板滿足對外墻的嵌固要求，可作為固定支座，反之，應考慮按鉸支座或者自由端;地下室頂板要區別開洞與否，開洞時應按自由端設計，不開洞時，當上部結構嵌固于地下室頂板或外墻側回填土壓實系數≥0.94，且頂板厚度大于外墻厚度可按嵌固考慮，其余情況按鉸接保守考慮;外墻延伸作為上部結構剪力墻時，豎向有利應力較大，且外墻延續，此時頂板處可按嵌固端考慮，否則，應按前面幾種情況考慮。所以，地下室外墻不可均千篇一律地按下端嵌固、上端鉸支的單向連續墻板設計，應結合邊界條件和自身位置和尺寸綜合考慮。(2)當外墻內橫墻較密或橫墻間距S≤2H(層高)時，地下室外墻下端嵌固于底板、上端鉸支于頂板、左右鉸接或者嵌固于橫墻的雙向連續板。(3)當外墻上設置柱時，附壁柱截面尺寸沿垂直外墻方向大于2tw(外墻厚)，且附壁柱考慮外墻傳來的水平作用，此時可按雙向連續墻板設計，反之，則仍應按單向連續墻板設計。(4)當地下室底板上有較厚的覆土時，隨著地面覆土層做法的不同，外墻計算高度相應變化。如果在基坑回填土之前底板覆土按素混凝土回填，則外墻計算高度可算至地下室底板覆土面層。然而實際情況常常是在地下室頂板施工達到一定強度后，回填基坑填土，此時，外墻水平荷載已作用，再回填底板覆土也得按底板面計算外墻高度，不可按覆土頂面計算，只有在基坑土未回填且底板覆土按素混凝土回填時，外墻高度才可扣除底板覆土厚。為了降低外墻計算高度，也可在外墻設置水平和豎向加腋，加腋構造參考《16G101－3》［2］第84、86頁設計，此時外墻計算高度也可適當扣除底板覆土厚度。

3關于外墻荷載的取值問題

3.1室外地面活荷載

室外活荷載一般可取5kN/m2。當室外活載較大，例如考慮消防車活荷載或者考慮施工活荷載，應按實際情況確定。該活荷載在外墻豎向產生的荷載為Px，Px=qxka=qx/3，qx為地面活荷載。

3.2水壓力

根據場地的氣候特征、場地地形、場地周邊的市政排水設施和工程施工后水文地質條件將產生變化的情況，水位計算高度按最近的3～5年最高水位考慮，一般取室外地坪下0.5m。

3.3土壓力

(1)地下室外墻承受的水平向土壓力一般取靜止土壓力，土壓力系數K0，對一般固結土可取K0=1－sinφ(φ為土的有效內摩擦角)，有效內摩擦角可根據回填土的密實度確定。(2)地下室外墻土壓力計算中，外墻計算跨中土壓力可按靜止土壓力系數乘以折減系數0.66近似計算，Ka=0.5×0.66=0.33，相當于主動土壓力，詳參考文獻［1］。(3)地下水范圍內土的容重，可近似取11kN/m2。

4關于外墻內力計算的問題

現以某一雙層地下室的外墻設計為例討論外墻內力計算時的一些問題，分析影響因素有荷載、計算模型、電算方法等。該地下室處于7度區，三類場地，三級抗震，地下一二層層高均為4.8m，室外回填土0.5m，地下室回填土為粘土，平面布置如圖1所示:外墻水平作用(采用水土合算比較)如下計算:qi=(Px+γh)(1－sinφ)Px=qx•ka=qx/3=5/3=1．67kN/m2則:q1=(1．67+18×0．5)×(1－sin30)=5．3kN/m2q2=(1．67+18×5．3)×(1－sin30)=48．5kN/m2q3=(1．67+18×10．1)×(1－sin30)=91．7kN/m2qi:為支座處水平荷載;Px:室外活載沿外墻高度產生的內力;γ:水土有效重度;外墻采用三種計算模型如下(a模型)、(b模型)、(c模型)所示:圖2手算連續梁(a模型)兩邊固定單向板計算與一邊固定、一邊鉸接單向板計算的平均值考慮即SATWE計算模型(c模型)。荷載誤差比較:(a)與(b)相差:(93.4－91.7)/91.7=1.85%＜5%，滿足工程精度要求;(a)與(c)相差:(91.7+48.5)/2=70.1kN/m2，70.1－73.98/73.98=5%滿足工程精度要求。通過上表可知:(1)a模型計算內力較b模型大。由于b模型考慮了水平方向的約束的有利作用，所以計算內力會偏小，從而縱向鋼筋也會略小，而b模型與c模型計算結果幾乎一致。(2)配筋計算中a模型與b模型計算相近，而c模型較小。由于c模型為SATWE模型，截面配筋沒有考慮按裂縫控制要求配置而偏小。綜合以上分析，外墻計算時，a模型與b模型計算較合理，滿足工程要求，當外墻較長或滿足單向板計算條件時，宜按a模型計算;當外墻較短或滿足雙向板約束時，宜按b模型計算，c模型的荷載、內力結果作為校核參考。

5其他問題及幾點建議

外墻設計時除了分析模型按單、雙向墻板受力分析外，在外墻與附壁柱、底板、車道底板、防爆電纜井底板交接處等常常存在工程設計隱患，因漏錯算傳力關系，或未考慮交接節點處內力平衡，而存在設計隱患。首先，外墻在附壁柱交接處考慮附壁柱的側向約束作用時，外墻水平筋常常漏加強、附壁柱未考慮墻板側向傳力計算，尤其是對豎向軸力較小的外墻附壁柱，往往存在設計與實際工況不符;其次，在外墻與底板(含車道底板、防爆電纜井底板等)交接處，往往漏考慮底板作為外墻側向約束作用，導致節點處內力計算不足，可能過早進入裂縫，影響使用功能;再次，在底板與外墻節點處，外墻底板內力常常較大，在底部交接處，外墻的豎向受力筋往往未考慮底板的抗彎承載力與之協調，尤其是在車道底板支座處往往漏考慮，而存在底板支座處過早出現裂縫，影響工程質量;此外，坡道側墻在無頂板水平支撐作用的工況也常常漏考慮，這時外墻可簡化為單跨墻壁板，建議按分段計算，即合理又經濟。

6總結

在外墻設計時，應結合結構方案布置，考察外墻是否有必要參與結構整體計算，又要對外墻本身尺寸及做法認真考核，以建立適合實際情況的模型。同時在配筋及構造做法上要考慮支座的約束情況，使配筋及構造滿足實際邊界條件，所以，外墻的設計問題較復雜，應從結構體系到構件的全面分析，做到質量上有保證，經濟上合理才是工程設計人員的不竭動力。

作者:翁祖燦 單位:福州市規劃勘測設計研究總院

參考文獻

［1］朱炳寅．建筑結構設計問答及分析(第2版)［M］．北京:中國建筑工業出版社．2013．05．

［2］中國建筑標準設計研究院．16G101－3混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖［S］．北京:中國計劃出版社．2016．10．