地下室外墙设计探讨
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(10216 - 8719) /10216 = 1413% 6 地下室外墙设计时应注意的事项 ⑴地下室外墙混凝土水化过程中产生收缩应力及温度变 化引起的温度应力 ,受到结构底板和基坑边壁等的约束 ,墙身 会产生较大的拉应力 ,容易产生收缩裂缝 ,设计时应采取措施 进行控制 :一般墙长 30m ～40m 设置施工后浇带 ,施工应加强 养护 ,减少外墙暴露时间 ,墙身水平筋配筋率不宜小于
论和 C1A 库伦 ( Coulomb)理论 。土压力根据回填土土层分
层按静止土压力计算 。
水压力 : 非人防工况时水压力计算 ,考虑到地下水位一
般随季节变化 ,尤其是南方多雨地区应当考虑地表滞水形成
的地下水的影响 。同时当回填土高于原自然地面时 ,可导致
地下水位提高 。因此水压力的计算不能完全依靠地质报告中
表 1 水平荷载和墙底弯矩标准值合计
计算简图 水平荷载标准值合计 墙底弯矩标准值合计
计算简图 (一 ) 计算简图 (四 )
19713kN 167165kN
10216kN1m 8719kN1m
误差计算 : 水平荷载标准值合计误差
(19713 - 167165) /19713 = 15% 墙底弯矩标准值合计误差
载 、土压力 、水压力 、核爆动荷载 、温度应力等 。
上部结构传来的竖向荷载 :当地下室墙体直接承受上部
结构的竖向荷载时 ,墙身计算应计入竖向荷载影响 ,否则偏不
安全 ,当上部结构的竖向荷载由扶壁柱直接传递给基础时 ,则
可不考虑上部结构的竖向荷载 。
土压力 :目前工程中大多采用 W 1J1M 朗金 (Ran Kine)理
015% ,钢筋间距不宜大于 150,墙身砼强度不宜过高 ,宜控制 在 C35及 C35以下 ,并可掺入一定量的微膨胀剂减少砼自身 收缩等 。
⑵不能作为墙身支座的外墙扶壁柱 ,考虑计算模型与实 际情况存在的差异 ,在配筋时应予考虑 ,对该扶壁柱内外侧主 筋应予以适当加强 ;同理 ,扶壁柱处外墙水平筋也应适当加 强。
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值应根据其所在的位置及功能按文献 [ 1 ]取值 。
温度应力 :地下室较长时会产生由于砼水化过程产生的
砼自身收缩应力以及温度变化引起的温度应力 ,一般情况下
可采取设置后浇带 、加强养护 、构造配筋等措施来解决 ,但墙
长过长时应计入温度应力影响 。
312 地下室墙体荷载组合
按荷载规范 [ 2 ]对于承载力应按照承载力极限状态和正
(上接第 31页 ) (2)在对该建筑物的分析计算中可以看出 ,若没有采取一
些特别措施加强框架侧向刚度 ,高宽比较大的扁型框架结构 在水平荷载 (地震或风载 )的作用下 ,虽然它也是多层构架 ,但 它的一些结构特性则表现为高层建筑的性质 ,框架梁端 、柱配 筋都较大 ,在检测时需要特别注意这些地方 ,看它是否产生裂 缝或变形 、配筋是否满足 。
■建筑结构
福建建设科技 20061No16
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图 8 计算简图 (四 )土压力 水压力 堆载引起 人防等效静载
当地下室埋置较深而地下水位较高时近似计算将带来较 大误差 ,给结构计算带来不安全隐患 。例如 :某地下室为单层 普通地下室 ,地面标高为 - 013m ,水位标高为 - 018m ,顶板面 标高为 - 115m ,底板面标高为 - 515m ,采用计算简图 (一 )和 计算简图 (四 )结果如表 1。
图 7 计算简图 (三 )土压力 水压力 堆载引起 人防等效静载 5 常见错误分析 511 模型选择不当出现的误差 地下室外墙板左右两侧为钢筋混凝土内隔墙相连或截面 较大的外墙扶壁柱相连 ,高宽比满足双向板要求时 ,未按双向 板计算 ,而采用沿纵向 1m板宽的竖向单向板计算 ,且配筋时 水平向为构造配筋 ,易造成水平向负筋不足导致外墙开裂渗 水。 例如 :某单层外墙板 ,混凝土强度为 C30, 左右两侧为钢 筋混凝土内隔墙 ,间距 8m。地面标高为 - 013m ,水位标高为 - 018m ,顶板面标高为 - 110m ,底板面标高为 - 610m ,墙厚度 0135m ,采用图 2模型进行计算 ,裂缝宽度按 012mm控制 。根 据计算水平向配筋为 Φ16 @ 120 (A s = 1676mm2 )方可满足 。 若采用图 1 模 型 水 平 向 为 构 造 配 筋 即 Φ14 @ 200 ( A s = 770mm2 ) ,不仅裂缝将达到 017mm ,且不能满足强度计算要 求。 512 荷载选择不当出现的误差 不少参考书中未考虑室外地面 、地下水与顶板不同位置 时荷载的变化情况 ,而统一采用图 8所示近似计算 。
⑶地下室外墙计算时底部为固端支座 (即底板作为外墙 的嵌固端 ) ,侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩相平衡 ,底板的 抗弯能力不应小于侧壁 ,其厚度和配筋量应匹配 ,这方面问题 在地下车道中最为典型 ,车道侧壁为悬臂构件 ,底板的抗弯能 力不应小于侧壁底部 。
⑷地面层开洞位置 (如通风井 )外墙顶部无楼板支撑 ,外 墙墙顶为自由端 ,计算模型和配筋构造均应与实际相符 。
Ab s tra c t: A im ing at static analysis of basement wall w ith varied boundary condition and imposed force, corresponding calculated sketches are p resented in this paper1 The aspects that should be paid attention to design of basement wall are also mentioned in the paper1 Ke y wo rd s: basement wall, calculated models, horizontal load, crack control
1 引言 随着城市建设的迅速发展 ,车位需求大量增加 ,而土地越
来越珍贵 ,向地下空间发展已经成为趋势 。在已建的地下室 中 ,存在不少地下室外墙渗水而影响地下室的使用 ,渗水可能 是由于设计不当 、施工质量差 、使用中自行改造等原因产生 , 但设计作为第一道关卡 ,是地下室质量保证的前提 。充分考 虑各种影响因素 ,合理选用计算模型及设计荷载 ,是地下室外 墙设计的关键 。
⑸车道紧靠地下室外墙时 ,车道底板位于外墙中部 ,应注 意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用 。
6 结论 ⑴地下室外墙设计时应根据不同支承条件选择合适的计 算简图 。 ⑵地下室外墙的设计荷载应根据地下水位 、地下室埋深 等条件确定 ,减少近似计算带来的误差 。 ⑶地下室外墙设计应考虑计算模型近似产生的差异以及 砼自身收缩应力 ,温度应力等各种因素 ,加强构造配筋 ,控制 裂缝产生 。 参考文献 [ 1 ]人民防空地下室设计规范 ( GB50038 - 2005) 1 [ 2 ]建筑结构荷载规范 ( GB50009 - 2001) 1 [ 3 ]徐至钧 1 高层建筑地下室墙的设计探讨 1 建筑结构 , 1997, (12) 1 [ 4 ]赵国选 1 高层建筑地下室外墙配筋的实用计算方法 1 建筑 结构 , 1997, (7) 1
(3)从前面几种加固方法分析比较可以看出 ,对这种较扁 型的框架结构最为有效的加固方法是对其增加剪力墙 ,因为
剪力墙不仅可以提高它的侧向刚度 ,还可以较好的抵抗框架 的水平剪力 。
参考文献 [ 1 ]建筑抗震设计规范 , [ S ] , GB50011 - 2001 [ 2 ]回弹法检测混凝土抗压强度技术规程 , [ S ] , JGJ / T23 - 2001 [ 3 ]民用建筑可靠性鉴定标准 , [ S ] , GB50292 - 1999 [ 4 ]建筑抗震鉴定标准 , [ S ] , GB50023 - 95
■建筑结构
福建建设科技 20061No16
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地下室外墙设计探讨
王凯鹏 (厦门中福元建筑设计研究院 厦门 361009)
[提 要 ] 本文针对地下室外墙不同边界条件及受荷情况的静力分析提供相应的计算简图 ,并提出地下室外墙设计时应注 意的事项 。
[关键词 ] 地下室外墙 ;计算模型 ;水平荷载 ;裂缝控制
准值
一般情况下裂缝宽度与承载力计算相比裂缝宽度计算起
控制作用 。
4 荷载简图分析
以图 1模型为例列举室外地面 、地下水与顶板不同位置
时水平荷载的变化情况 ,如下图 5～7所示 :
图 5 计算简图 (一 )土压力 水压力 堆载引起 人防等效静载
图 6 计算简图 (二 )土压力 水压力 堆载引起 人防等效静载
2 计算模型选取 地下室外墙的边界支承条件应根据两者抗弯刚度比值确 定 。一般而言 ,地下室墙厚小于地下室底板的厚度 ,而墙底均 设有基础梁 ,可按固端假定 ;而地下室的顶板板厚较薄 ,比地 下室外墙厚度小 ,难以平衡地下室墙顶弯矩 ,因此地下室外墙 与顶板连接一般按铰接假定 。地下室外墙墙体间应根据扶壁 柱大小确定是否作为支座 ,一般主楼柱截面大 ,可作为支座 (柱厚度不宜小于墙厚的 215 倍 ) ,裙房柱截面较小 ,不能作 为支座 ,当柱作为外墙支座时 ,计算柱时应计入外墙水平荷载 对柱产生的弯矩 ,否则柱会偏不安全 。 地下室外墙根据实际情况 ,按照上述原则确定计算简图 , 按单向板或双向板计算 ,常用计算模型如下 : ⑴地下室外墙墙高与墙宽之比 Lo / b < 015为单向板 ,计 算模型如图 1所示 ,其中 b为可成为支座的扶壁柱之间距离 。
图 1 单向板计算模型 ⑵地下室外墙墙高与墙宽之比 015 ≤Lo / b < 2,为双向 板 ,计算模型如图 2所示 。
收稿日期 : 2006—05—22
图 4 连续单向板计算模型
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■建筑结构
3 荷载与荷载组合
311 地下室外墙所受荷载
地下室墙体所承受荷载主要有上部结构传来的竖向荷
常使用极限状态进行荷载效应组合
,分别满足
γ 0
S≤
R及
S
≤ C要求 。
(1)承载力极限状态荷载组合设计值 S
① 防工况下
S =外墙核爆动等效静荷载标准值 + 112x水土压力标准
值 + 112x地面堆载产生的水平力标准值
② 人防工况下
S = 112x水土压力标准值 + 112x地面堆载产生的水平
力标准值
的常年地下水水位计算 ,应根据建筑物最高涝水位确定 。人
防工况时水压力计算考虑到人防荷载与最高涝水位同时出现
的概率较小 ,可采用地质报告中的常年地下水水位计算 。
核爆动荷载 :是指核武器爆炸形成的地面空气冲击波压
力 。核爆动荷载属偶然荷载 ,具有荷载量值大 、作用时间短且
不断衰减等特点 。该荷载只有人防地下室才考虑 ,其荷载取
图 2 双向板计算模型 ⑶室外车道板处 ,墙顶为自由端 ,墙底为固端 ,计算模型 如图 3所示 。
图 3 悬臂板计算模型 ⑷地下室为两层 ,当 L / b < 015为单向板受力时 ,计算模 型如图 4所示 ;当 015≤L / b < 2时 ,地下一层为顶端铰接三边 固端双向板 ,地下二层为四边固端双向板 。
⑵正常使用极限状态荷载组合标准值 S
按规范人防工况下不必进行裂缝宽度验算 ,在非人防工
况下则必须进行裂缝宽度验算 ,地下室外墙外侧与水 、土壤直
接接触 ,裂缝宽度按 ≤012mm 控制 ,地下室外墙内侧为室内
环境 ,裂缝宽度按 ≤013mm 控制 。
标准值 S =水土压力标准值 +地面堆载产生的水平力标
论和 C1A 库伦 ( Coulomb)理论 。土压力根据回填土土层分
层按静止土压力计算 。
水压力 : 非人防工况时水压力计算 ,考虑到地下水位一
般随季节变化 ,尤其是南方多雨地区应当考虑地表滞水形成
的地下水的影响 。同时当回填土高于原自然地面时 ,可导致
地下水位提高 。因此水压力的计算不能完全依靠地质报告中
表 1 水平荷载和墙底弯矩标准值合计
计算简图 水平荷载标准值合计 墙底弯矩标准值合计
计算简图 (一 ) 计算简图 (四 )
19713kN 167165kN
10216kN1m 8719kN1m
误差计算 : 水平荷载标准值合计误差
(19713 - 167165) /19713 = 15% 墙底弯矩标准值合计误差
载 、土压力 、水压力 、核爆动荷载 、温度应力等 。
上部结构传来的竖向荷载 :当地下室墙体直接承受上部
结构的竖向荷载时 ,墙身计算应计入竖向荷载影响 ,否则偏不
安全 ,当上部结构的竖向荷载由扶壁柱直接传递给基础时 ,则
可不考虑上部结构的竖向荷载 。
土压力 :目前工程中大多采用 W 1J1M 朗金 (Ran Kine)理
015% ,钢筋间距不宜大于 150,墙身砼强度不宜过高 ,宜控制 在 C35及 C35以下 ,并可掺入一定量的微膨胀剂减少砼自身 收缩等 。
⑵不能作为墙身支座的外墙扶壁柱 ,考虑计算模型与实 际情况存在的差异 ,在配筋时应予考虑 ,对该扶壁柱内外侧主 筋应予以适当加强 ;同理 ,扶壁柱处外墙水平筋也应适当加 强。
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值应根据其所在的位置及功能按文献 [ 1 ]取值 。
温度应力 :地下室较长时会产生由于砼水化过程产生的
砼自身收缩应力以及温度变化引起的温度应力 ,一般情况下
可采取设置后浇带 、加强养护 、构造配筋等措施来解决 ,但墙
长过长时应计入温度应力影响 。
312 地下室墙体荷载组合
按荷载规范 [ 2 ]对于承载力应按照承载力极限状态和正
(上接第 31页 ) (2)在对该建筑物的分析计算中可以看出 ,若没有采取一
些特别措施加强框架侧向刚度 ,高宽比较大的扁型框架结构 在水平荷载 (地震或风载 )的作用下 ,虽然它也是多层构架 ,但 它的一些结构特性则表现为高层建筑的性质 ,框架梁端 、柱配 筋都较大 ,在检测时需要特别注意这些地方 ,看它是否产生裂 缝或变形 、配筋是否满足 。
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图 8 计算简图 (四 )土压力 水压力 堆载引起 人防等效静载
当地下室埋置较深而地下水位较高时近似计算将带来较 大误差 ,给结构计算带来不安全隐患 。例如 :某地下室为单层 普通地下室 ,地面标高为 - 013m ,水位标高为 - 018m ,顶板面 标高为 - 115m ,底板面标高为 - 515m ,采用计算简图 (一 )和 计算简图 (四 )结果如表 1。
图 7 计算简图 (三 )土压力 水压力 堆载引起 人防等效静载 5 常见错误分析 511 模型选择不当出现的误差 地下室外墙板左右两侧为钢筋混凝土内隔墙相连或截面 较大的外墙扶壁柱相连 ,高宽比满足双向板要求时 ,未按双向 板计算 ,而采用沿纵向 1m板宽的竖向单向板计算 ,且配筋时 水平向为构造配筋 ,易造成水平向负筋不足导致外墙开裂渗 水。 例如 :某单层外墙板 ,混凝土强度为 C30, 左右两侧为钢 筋混凝土内隔墙 ,间距 8m。地面标高为 - 013m ,水位标高为 - 018m ,顶板面标高为 - 110m ,底板面标高为 - 610m ,墙厚度 0135m ,采用图 2模型进行计算 ,裂缝宽度按 012mm控制 。根 据计算水平向配筋为 Φ16 @ 120 (A s = 1676mm2 )方可满足 。 若采用图 1 模 型 水 平 向 为 构 造 配 筋 即 Φ14 @ 200 ( A s = 770mm2 ) ,不仅裂缝将达到 017mm ,且不能满足强度计算要 求。 512 荷载选择不当出现的误差 不少参考书中未考虑室外地面 、地下水与顶板不同位置 时荷载的变化情况 ,而统一采用图 8所示近似计算 。
⑶地下室外墙计算时底部为固端支座 (即底板作为外墙 的嵌固端 ) ,侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩相平衡 ,底板的 抗弯能力不应小于侧壁 ,其厚度和配筋量应匹配 ,这方面问题 在地下车道中最为典型 ,车道侧壁为悬臂构件 ,底板的抗弯能 力不应小于侧壁底部 。
⑷地面层开洞位置 (如通风井 )外墙顶部无楼板支撑 ,外 墙墙顶为自由端 ,计算模型和配筋构造均应与实际相符 。
Ab s tra c t: A im ing at static analysis of basement wall w ith varied boundary condition and imposed force, corresponding calculated sketches are p resented in this paper1 The aspects that should be paid attention to design of basement wall are also mentioned in the paper1 Ke y wo rd s: basement wall, calculated models, horizontal load, crack control
1 引言 随着城市建设的迅速发展 ,车位需求大量增加 ,而土地越
来越珍贵 ,向地下空间发展已经成为趋势 。在已建的地下室 中 ,存在不少地下室外墙渗水而影响地下室的使用 ,渗水可能 是由于设计不当 、施工质量差 、使用中自行改造等原因产生 , 但设计作为第一道关卡 ,是地下室质量保证的前提 。充分考 虑各种影响因素 ,合理选用计算模型及设计荷载 ,是地下室外 墙设计的关键 。
⑸车道紧靠地下室外墙时 ,车道底板位于外墙中部 ,应注 意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用 。
6 结论 ⑴地下室外墙设计时应根据不同支承条件选择合适的计 算简图 。 ⑵地下室外墙的设计荷载应根据地下水位 、地下室埋深 等条件确定 ,减少近似计算带来的误差 。 ⑶地下室外墙设计应考虑计算模型近似产生的差异以及 砼自身收缩应力 ,温度应力等各种因素 ,加强构造配筋 ,控制 裂缝产生 。 参考文献 [ 1 ]人民防空地下室设计规范 ( GB50038 - 2005) 1 [ 2 ]建筑结构荷载规范 ( GB50009 - 2001) 1 [ 3 ]徐至钧 1 高层建筑地下室墙的设计探讨 1 建筑结构 , 1997, (12) 1 [ 4 ]赵国选 1 高层建筑地下室外墙配筋的实用计算方法 1 建筑 结构 , 1997, (7) 1
(3)从前面几种加固方法分析比较可以看出 ,对这种较扁 型的框架结构最为有效的加固方法是对其增加剪力墙 ,因为
剪力墙不仅可以提高它的侧向刚度 ,还可以较好的抵抗框架 的水平剪力 。
参考文献 [ 1 ]建筑抗震设计规范 , [ S ] , GB50011 - 2001 [ 2 ]回弹法检测混凝土抗压强度技术规程 , [ S ] , JGJ / T23 - 2001 [ 3 ]民用建筑可靠性鉴定标准 , [ S ] , GB50292 - 1999 [ 4 ]建筑抗震鉴定标准 , [ S ] , GB50023 - 95
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[提 要 ] 本文针对地下室外墙不同边界条件及受荷情况的静力分析提供相应的计算简图 ,并提出地下室外墙设计时应注 意的事项 。
[关键词 ] 地下室外墙 ;计算模型 ;水平荷载 ;裂缝控制
准值
一般情况下裂缝宽度与承载力计算相比裂缝宽度计算起
控制作用 。
4 荷载简图分析
以图 1模型为例列举室外地面 、地下水与顶板不同位置
时水平荷载的变化情况 ,如下图 5～7所示 :
图 5 计算简图 (一 )土压力 水压力 堆载引起 人防等效静载
图 6 计算简图 (二 )土压力 水压力 堆载引起 人防等效静载
2 计算模型选取 地下室外墙的边界支承条件应根据两者抗弯刚度比值确 定 。一般而言 ,地下室墙厚小于地下室底板的厚度 ,而墙底均 设有基础梁 ,可按固端假定 ;而地下室的顶板板厚较薄 ,比地 下室外墙厚度小 ,难以平衡地下室墙顶弯矩 ,因此地下室外墙 与顶板连接一般按铰接假定 。地下室外墙墙体间应根据扶壁 柱大小确定是否作为支座 ,一般主楼柱截面大 ,可作为支座 (柱厚度不宜小于墙厚的 215 倍 ) ,裙房柱截面较小 ,不能作 为支座 ,当柱作为外墙支座时 ,计算柱时应计入外墙水平荷载 对柱产生的弯矩 ,否则柱会偏不安全 。 地下室外墙根据实际情况 ,按照上述原则确定计算简图 , 按单向板或双向板计算 ,常用计算模型如下 : ⑴地下室外墙墙高与墙宽之比 Lo / b < 015为单向板 ,计 算模型如图 1所示 ,其中 b为可成为支座的扶壁柱之间距离 。
图 1 单向板计算模型 ⑵地下室外墙墙高与墙宽之比 015 ≤Lo / b < 2,为双向 板 ,计算模型如图 2所示 。
收稿日期 : 2006—05—22
图 4 连续单向板计算模型
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3 荷载与荷载组合
311 地下室外墙所受荷载
地下室墙体所承受荷载主要有上部结构传来的竖向荷
常使用极限状态进行荷载效应组合
,分别满足
γ 0
S≤
R及
S
≤ C要求 。
(1)承载力极限状态荷载组合设计值 S
① 防工况下
S =外墙核爆动等效静荷载标准值 + 112x水土压力标准
值 + 112x地面堆载产生的水平力标准值
② 人防工况下
S = 112x水土压力标准值 + 112x地面堆载产生的水平
力标准值
的常年地下水水位计算 ,应根据建筑物最高涝水位确定 。人
防工况时水压力计算考虑到人防荷载与最高涝水位同时出现
的概率较小 ,可采用地质报告中的常年地下水水位计算 。
核爆动荷载 :是指核武器爆炸形成的地面空气冲击波压
力 。核爆动荷载属偶然荷载 ,具有荷载量值大 、作用时间短且
不断衰减等特点 。该荷载只有人防地下室才考虑 ,其荷载取
图 2 双向板计算模型 ⑶室外车道板处 ,墙顶为自由端 ,墙底为固端 ,计算模型 如图 3所示 。
图 3 悬臂板计算模型 ⑷地下室为两层 ,当 L / b < 015为单向板受力时 ,计算模 型如图 4所示 ;当 015≤L / b < 2时 ,地下一层为顶端铰接三边 固端双向板 ,地下二层为四边固端双向板 。
⑵正常使用极限状态荷载组合标准值 S
按规范人防工况下不必进行裂缝宽度验算 ,在非人防工
况下则必须进行裂缝宽度验算 ,地下室外墙外侧与水 、土壤直
接接触 ,裂缝宽度按 ≤012mm 控制 ,地下室外墙内侧为室内
环境 ,裂缝宽度按 ≤013mm 控制 。
标准值 S =水土压力标准值 +地面堆载产生的水平力标