浅谈地下室外墙设计通病

浅谈地下室外墙设计通病

[摘要] 高层建筑大部分都设有现浇混凝土外墙的地下室。地下室外墙是地下室的外围结构。外墙设计的安全合理与否，直接关系到地下室是否能够正常使用。本文总结地一些地下室外墙设计通病，和同行探讨地下室外墙的正确设计。

[关键词]地下室外墙设计通病

高层建筑大部分都设有现浇混凝土外墙的地下室。地下室外墙所承受的荷载，竖向荷载有上部及地下室结构的楼板的负荷和自重，水平荷载有地面荷载、侧向土压力、地下水压力、人防等效静荷载。地下室外墙设计方法五花八门，外墙设计的安全合理与否，直接关系到地下室是否能够正常使用。本文总结地一些地下室外墙设计通病，和同行探讨地下室外墙的正确设计。

【通病一】过多考虑地下室外墙的刚度贡献。

由于地下室刚度大，地下室顶板经常作为上部结构的嵌固端。结构建模时把整个地下室全部输入（外墙按剪力墙输入），计算求出楼层侧向刚度比来判断地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端。

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）6.1.4解析条文，“相关范围”一般可从地上结构（主楼、有裙房时含裙房）周边外延不大于20米。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）5.3.7的解析条文，计算地下室结构楼层侧向刚度时，可考虑地上结构以外的地下室相关部位的结构，“相关部位”一般指地上结构外不超过三跨的地下室范围。综上所述，全部考虑地下室外墙的刚度贡献显然是不正确的，相关部位以外的刚度不应参与层刚度计算。

正确做法为综合考虑《抗规》《高规》“相关部位”的要求，选择塔楼下含裙楼周边三跨以内且不超过20米的范围独立建模进行计算,，计算出楼层侧向刚度比，藉此判断地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端。而含有整体地下室外墙的整体模型仅可以作为计算构件配筋使用。

【通病二】地下室外墙和上部结构的剪力墙、框架柱重合时，重合部分和相邻外墙的混

凝土强度等级差异大。

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）12.2.1条、《地下工程防水技

术规程》(GB50108-2008) 4.1.4条，地下室外墙作为防水混凝土，强度等级一般为C30，而高层建筑底层墙柱混凝土强度等级一般在C40~C55之间。如果不加处理直接施工，重合部分的剪力墙、框架柱为高强度等级的混凝土，相邻外墙为低强度等级的混凝土。这样做法给施工带来不便,首先两种混凝土之间用钢丝网隔离，先施工剪力墙和框架柱，再二次捣制施工外墙。另外两者混凝土强度等级差异，其线膨胀系数不同，即使掺加UEA膨胀剂，由于外界各种复杂因素，交界面处还是容易出现裂缝，进而产生渗漏，给整个结构带来安全隐患。

正确做法为剪力墙、框架柱宜采用与地下室外墙相同强度等级的混凝土。对于空间尺寸要求较宽松的区域可采取增大墙柱截面来调整。对于空间尺寸要求较严格的区域,可根据圣维南原理，考虑力的扩散作用，框架柱两侧各可取1~2倍外墙墙厚的外墙作为柱的翼缘和框架柱形成以一个壁柱共同承担上层柱传递的轴力（图一）。此外地下室外墙顶部处由于混凝土强度等级差异大必须进行局部受压承载力计算。

【通病三】地下室外墙配筋一律只按下部固支、上部铰支的计算模式。

在实际工程的地下室外墙截面设计中，竖向荷载及风荷载或地震作用产生的内力一般

不起控制作用，墙体配筋主要由垂直于墙面的水平荷载产生的弯矩确定，而且通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算墙的配筋。因此工程设计中一般把楼板和基础底板作为外墙的支点按单向板（单跨或者多跨）计算。在基础底板处按固端，顶板处按铰支座。该方法适用于大部分地下室外墙，但是并不适合所有的外墙。以下通病以最为普遍的单层地下室为例，多层地下室按外墙的受力状态参考单层地下室做法。

1.有地下室底板时，板宽/板高>2，外墙按下部固支、上部铰支的单向板模式计算可行。

当板高/板宽2倍外墙墙厚时，直接把外墙作为支座不考虑外墙的平面外受力，则给地下室外墙留下安全隐患。

正确做法应参考《高规》（JGJ3-2010）7.1.6条剪力墙与其平面外相交的楼面梁刚接时的做法。结构建模时梁端支座应定义铰支，梁与外墙相交处设置扶壁柱（截面宽度不应小于梁宽，截面高度可计入墙厚），不能设置扶壁柱处则设置暗柱（暗柱的截面高度可取墙厚，暗柱的截面宽度可取梁宽加2倍墙厚），并且应通过计算确定扶壁柱或暗柱的纵向钢筋，纵向钢筋的总配筋率不宜小于表7.1.6的规定。

【通病五】地下室外墙纵筋锚固方式和长度不合理

地下室外墙的纵筋很多设计是参考柱纵筋的倒“7”形锚固形式以La的锚固长度锚入

底板。当外墙下部按固支计算时这种做法是不合理的。

外墙下部和地下室底板形成刚接点，外墙底部外纵筋必须与地下室底板边支座钢筋要满足弯矩平衡的要求,并满足搭接长度的要求。

正确做法为外墙的外侧纵向钢筋应与地下室底板的底部支座钢筋满足ll的搭接长度(该处的纵向搭接钢筋接头面积百分率为100%，因此纵向受拉钢筋搭接长度修正系数应为1.6)，外墙的内侧纵向钢筋应与地下室底板的底部支座钢筋满足La的搭接长度。

【通病六】地下室膨胀加强带设计不合理

随着超长超大结构的地下室广泛应用，越来越多不设缝的地下室得到甲方的青眯。设

置膨胀加强带是比较合理的做法。膨胀加强带掺加UEA类型的膨胀剂,可以提高连续浇筑混凝土的强度及抗裂、防渗性能，可以用于替代后浇带的连续浇筑无缝超长混凝土的整浇技术。膨胀加强带在地下室底板、外墙、顶板均需设置。

工程设计对膨胀加强带的设计存在以下通病：《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）8.1.1条，现浇式挡土墙、地下室墙壁等结构伸缩缝最大间距在室内或土中为30米。许多工程设计就按30米等距离设置膨胀加强带;有的设计仅仅在膨胀加强带内掺加膨胀剂;有的设计虽然带内带外都掺加膨胀剂，但是却没有具体指出膨胀剂的掺量、用法，也没有指出膨胀率系数。

正确做法为考虑地下室现场环境的全年典型温差，在软件中设置温差点，计算出地下室温度效应集中区域。在建筑物混凝土收缩应力发生的最大区域首先设置膨胀加强带(膨胀带内混凝土强度等级比两侧强度提高5Mpa),然后再按约30米间距设置其余膨胀加强带。确定膨胀加强带的设置区域后，还需按膨胀率系数计算膨胀带内外的膨胀变形[膨胀带外掺加10%~12%的UEA (膨胀率2~3x10-4), 膨胀带内掺加14%~15%的UEA（膨胀率4~6x10-4)]。膨胀加强带内和带外应进行变形协调计算,且混凝土拉应力不超过抗拉强度。最后设计图纸时应注明膨胀率系数、外掺剂名称、施工材料和养护方法等等。

【结论】

地下室外墙是个平面内外均受荷载作用的重要构件，每个工程的地下室外墙既有共通性也有差异性，只有按实际受力状态具体分析，才能使外墙设计做到安全合理。