地下室外墙设计方法论文
【摘要】地下室外墙的设计是一个综合性很强的课题，选取合适的计算模型是非常重要的，我们在实际的设计过程中，应对工程项目的具体情况进行具体的分析，应对地下室的顶板、底板、壁柱、内隔墙、垂直外墙、中间层楼板对外墙的支承作用进行合理的评价，从而选择相应合适的支座类型，通过分析选择合理的简化模型，只有这样，才能保证选择的计算模型符合实际，要达到良好的经济性和安全使用要求，必须从参数的选取、荷载的分析和计算模型的假定简化等几个方面做好设计工作。
一、简述
随着城市建设的飞速发展，高层建筑和大面积住宅小区不断涌现出来，为了解决高层建筑的基础埋深问题，也为了获得更多的绿化空间和满足停车位的要求，建筑物内部一般均需要建设地下车库，地下室也就成为现代建筑必须的组成部分了。地下车库外墙和高层建筑地下室外侧墙体是直接与土体接触的部分，其受力性能及厚度、配筋均和其他的普通剪力墙不完全一致。所以如何安全、适用、经济地设计地下室是经常遇到的问题，地下室外墙又是地下室中最主要的构件之一，但是对于这样一个设计中经常遇到而又看似简单的问题，却说法较多，各有各的假定条件，在很多问题上也存在着争议。本文就普通地下室外墙的计算方法做一些探讨，本文所讨论的地下室指的是普通地下室，而不包括人防地下室。
地下室的外墙一般可以分为两种：一种是仅在地下室布置，而对应的上部份无墙（没有上部结构）的外墙，该部份墙体的荷载有地下室结构的楼盖传来的楼面活载和自重，水平荷载有地面活载、侧向土压力、地下水压力等。风荷载和水平地震作用对地下室外墙产生的内力很小，在实际工程的外墙设计中，它们所产生的内力一般不起控制作用。墙体的配筋主要由垂直于墙面的水平荷载所产生的弯矩确定，这种墙的主要功能就是挡土。另一种是上部结构的剪力墙连续到地下室兼做地下室外墙的，这种外墙除承担上述荷载外还承担结构上部传下的地震力和竖向荷载，具有抗震墙和挡土墙的双重功能。对于这两类地下室外墙在概念上和设计上应分别考虑，对此以下作简要的探讨。
二、计算模型简图
地下室外墙的计算现在争论比较多的就是对其边界支座条件形式的假定，各方都有自己的看法，我就这个问题采用实际的工程进行计算比较说明。地下室外墙可根据支承的情况按双向板或者单向板计算水平荷载作用下的弯矩。由于地下室内墙的间距不等（也就是扶壁柱或内墙的间距）有的相距较远，因此在工程设计中一般把刚度很大的基础底板作为外墙板的支点（可认为是嵌固端）按单向板（单跨、两跨或多跨）计算，顶部的支座条件应视主体结构形式而定。第一种是外墙仅与地下室顶板相连，顶板相对于外墙而言平面外刚度较小，对外墙的约束很弱，这样地下室外墙就如同下端嵌固，上端铰支的连续梁。第二种是当与外墙对应位置的主体结构上部为剪力墙时，一层
墙体与地下一层外墙上下连续，可以对外墙形成一定的约束，这样地下室外墙就如同下端嵌固上端也嵌固的连续梁。第三种是地下室顶板处的外墙边缘开有较大的洞口，其对外墙的约束很有限或者基本没有约束。如地下车道在外墙处和通风采光井等位置处的外墙，这种情况是基础底板按嵌固端，整个墙体按悬臂来计算。如果是不管实际的情况，计算时支座假定均按某一种方式进行计算是不合理的，以下就三种方式进行计算比较。
【例】某高层建筑地下室共2层，地下室顶板覆土0.60m，层高为负一层3.9m，负二层3.6m，外墙厚为300mm，混凝土强度等级为C30，见下图。试计算地下室外墙壁在地面活荷载、土侧压力、水压力作用下的内力。
外墙的土压力按静止土压力计算，静止土压力系数K0与土的性质、密实程度以及回填时间有关系，K0值可根据试验确定，也可以根据经验公式计算。本文中黏性土K0按0.50取值，黏性土容重：γ=18kN/m3，浮容重：γ，=11kN/m3，水的容重γw=10kN/m3，地面堆载q=10kN/m2。荷载分项系数，恒载为1.20，活荷载为1.40。
从以上的计算结果可以看出，不根据实际情况统一的将整个外墙体均简化为一种模型计算是不合理的，应根据外墙所在的位置具体的分析，采用与之相符合的模型，方可与实际相符合。
从结果中看出第三种方法侧壁顶端采用悬臂端的计算方法明显的不合理，并且与实际的外墙工作情况也不一致，这种情况只有在墙顶水平板开大洞的时候可以采用这种计算模型，如车库入口位于地下
室最边缘处的车道外墙壁和通风采光井等处的外墙壁，一般情况下地下室底板的厚度都大于侧壁的厚度，也即底板的抗弯刚度大于侧壁的刚度，所以底板是可以约束住外墙壁。作为井道外墙还应有足够的横墙与主体地下室外墙连接。
第二种方法外墙顶端采用固端的方法也不恰当，因顶板厚度一般为180-200mm（以地下室顶板为上部结构的嵌固端时顶板的厚度），顶板的抗弯刚度小于侧壁的刚度，不能对侧壁形成约束，普通外墙简化为固端也不合理，除非上部结构的外墙体直接连续到地下室作为外墙。并且采用这种简化模型的时候上部结构的外墙体一般也会有较大的竖向荷载向下传来，还需按照偏心受弯构件进行验算。
第一种方法的计算结果和方式比较接近于地下室大部分外墙的实际工作情况，在多数的的情况之下，地下室外墙均可采用该种方式。
三、构造措施
地下室外墙的竖向钢筋和水平钢筋，除按计算确定外，每侧均不应小于受弯构件的最小配筋率。当外墙长度较长时，考虑到混凝土硬化过程及温度影响可能产生收缩裂缝，水平钢筋的配筋率宜适当增大。外墙的竖向和水平钢筋宜优先采用延性、韧性和焊接性较好的强度不低于HRB400级的热轧钢筋。钢筋直径宜细不宜粗，间距宜密不宜稀，最大间距不宜大于200mm。外侧水平钢筋与内侧水平钢筋之间应设拉接筋成梅花状拉接。外墙的水平分布筋可根据扶壁柱（或内墙）的大小，在外侧适当增配附加水平钢筋给予加强。
当有多层的地下室的时候，各楼层的墙厚度和配筋可以不相同，墙的外侧竖向钢筋宜在距离楼板1/4-1/3层高处接头，内侧竖向钢筋可在楼板处接头。墙外侧水平钢筋宜在内墙间中部接头，内侧水平钢筋宜在内墙处接头。
地下室外墙竖向钢筋与基础底板的连接，因外墙按嵌固于底板计算，因此底板上下钢筋可伸至外墙外侧，在端部可不设置弯钩，底板上部钢筋锚入支座15d即可。外墙外侧竖向钢筋在基础底板弯后与底板下部钢筋连接即可。
当对外墙进行耐久性设计的时候，可按较高的标准控制。在确定环境类别的时候，不考虑建筑外防水对混凝土环境类别的有利影响，按与水或者土直接接触的环境确定，外墙外表面的混凝土保护层也可以按这个环境类别确定。当进行裂缝宽度验算时可考虑外墙建筑外防水的有利作用，混凝土保护层厚度不一定是50mm，可以根据《混凝土结构耐久性设计规》（GB50476-2008）中第3.5.4条的规定，当混凝土保护层设计厚度超过30mm时，可将厚度取为30mm。这样既可以保证混凝土保护层厚度，又可以避免含钢量增加过多。地下室内除按照要求设置沉降后浇带和施工后浇带外，外墙部分还应该根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2012）第8.1.1条每隔30m左右设置一条变形后浇带。
四、结束语
地下室外墙的设计是一个综合性很强的课题，选取合适的计算模型是非常重要的，我们在实际的设计过程中，应对工程项目的具体情
