顧　亮

(南通市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南通　226001)

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地下室外墻計(jì)算分析與裂縫控制

顧亮

(南通市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南通226001)

結(jié)合某工程實(shí)例，采用上部鉸接、下部嵌固模型和上部鉸接、三側(cè)嵌固模型，對(duì)地下室外墻進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果表明上部鉸接、三側(cè)嵌固模型既能反映地下室的真實(shí)情況，又能有效控制裂縫的發(fā)生，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)合理的效果。

地下室外墻，計(jì)算模型，混凝土裂縫

0　引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，土地的重要性愈發(fā)顯現(xiàn)出來，建筑向地下空間發(fā)展已是大勢(shì)所趨。越來越多的建筑設(shè)置鋼筋混凝土地下室，而地下室的綜合造價(jià)相比地上建筑高出不少，地下室外墻是地下室一個(gè)非常重要的組成部分，其計(jì)算與設(shè)計(jì)是否合理，能否在保證安全經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)外墻裂縫進(jìn)行充分的考慮，有效的控制裂縫。

1　荷載與受力情況

在正常情況下，地下室外墻上作用的主要恒荷載有外墻自重、地下側(cè)向水、土壓力，主要活荷載有地面活荷載等。地下室外墻計(jì)算主要涉及的參數(shù)有土壓力計(jì)算系數(shù)、地下水位高度、水土容重取值和地面活荷載等。

2　外墻計(jì)算模型

地下室外墻實(shí)則上是豎向放置的板，其四邊的支座情況需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行簡(jiǎn)化，情況不同，則計(jì)算模型的選取也不同[1]。當(dāng)柱和剪力墻主要承受上部結(jié)構(gòu)荷載，且頂板的荷載主要由外墻來承擔(dān)時(shí)，則外墻板上作用的豎向壓力可以忽略，外墻可以按照板式受彎構(gòu)件進(jìn)行簡(jiǎn)化。當(dāng)上部建筑作用的荷載較大，且主要由地下室外墻來承擔(dān)時(shí)，則豎向作用的壓力不能忽略，外墻可以按照板式壓彎構(gòu)件進(jìn)行簡(jiǎn)化。地下室外墻板頂端一般僅與地下室頂板相連，和外墻相比頂板較薄，剛度較小，約束力不足，故外墻頂端可以按照鉸接來考慮。外墻底端一般與剛度較大的基礎(chǔ)梁或基礎(chǔ)底板相連，故外墻底端可以按照嵌固來考慮；當(dāng)有內(nèi)隔混凝土墻垂直于外墻時(shí)，外墻可以按照多跨連續(xù)板來考慮，內(nèi)隔混凝土墻可以用作多跨連續(xù)板的支座，對(duì)地下室外墻提供側(cè)向支承[2]。

3　計(jì)算實(shí)例

以某工程為例(見圖1)，軸網(wǎng)尺寸為8.2 m×8.0 m，地上為12層，層高均為3.6 m，地下1層，層高為4.8 m，地上使用功能為辦公，地下使用功能為車庫(kù)。地下室外墻厚度取為350 mm，混凝土強(qiáng)度取為C35，墻體鋼筋采用HRB400，地下水按頂板下0.6 m考慮。

1)WQ1計(jì)算，根據(jù)WQ1的四周支撐情況，按照上部鉸接、下部嵌固的計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算(見圖2)，最大裂縫寬度限值為0.2 mm。經(jīng)過計(jì)算，可得出在側(cè)向水土壓力及地面活載作用下，支座處配筋計(jì)算結(jié)果為1 424 mm2/m，在考慮裂縫的情況下，支座處配筋計(jì)算結(jié)果為2 367 mm2/m。

2)WQ2計(jì)算，根據(jù)WQ2的四周支撐情況，按照上部鉸接、下部及兩側(cè)嵌固的計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算(見圖3)，最大裂縫寬度限值為0.2 mm。經(jīng)過計(jì)算，可得出在側(cè)向水土壓力及地面活載作用下，底部支座處配筋計(jì)算結(jié)果為1 261 mm2/m，在考慮裂縫的情況下，支座處配筋計(jì)算結(jié)果為1 700 mm2/m；兩側(cè)支座處配筋計(jì)算結(jié)果為794 mm2/m，在考慮裂縫的情況下，支座處配筋計(jì)算結(jié)果為1 050 mm2/m。

綜合兩種計(jì)算模型可知：1)對(duì)于地下室外墻，根據(jù)外墻的實(shí)際支撐情況，選擇合適的計(jì)算模型相當(dāng)重要，直接影響工程的造價(jià)；2)對(duì)于上側(cè)鉸接，三側(cè)嵌固的計(jì)算模型，應(yīng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果加強(qiáng)兩側(cè)支座處的水平配筋；3)外墻底部彎矩較大，配筋可采用通長(zhǎng)鋼筋外加底部附加鋼筋的形式，而通長(zhǎng)鋼筋只需滿足規(guī)范要求的最小配筋率即可，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)、節(jié)約的目的；4)外墻作為受彎構(gòu)件，內(nèi)外側(cè)彎矩不同，內(nèi)外側(cè)取大值相同配筋是不經(jīng)濟(jì)、不合理的。

4　設(shè)計(jì)及施工中的裂縫控制

在通常情況下，外墻配筋只要能夠滿足規(guī)范要求的最大裂縫寬度,則必能滿足外墻承載力的要求，但反之未然,對(duì)這種情況，在設(shè)計(jì)中應(yīng)特別加以注意[3]。對(duì)于地下室裂縫的控制，不管是在設(shè)計(jì)中還是施工中都應(yīng)該引起特別的重視。

因工程設(shè)計(jì)而引起外墻裂縫產(chǎn)生的主要原因有以下幾點(diǎn)：

1)混凝土保護(hù)層偏大時(shí)，未按要求設(shè)置鋼筋網(wǎng)片；2)地下室長(zhǎng)度、寬度過長(zhǎng)，未設(shè)置伸縮縫或后澆帶，導(dǎo)致混凝土收縮應(yīng)力過大；3)選用的混凝土等級(jí)較高，水化熱較大，容易開裂；4)外墻設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)厚度不足，鋼筋直徑偏大，而且豎向鋼筋位于水平鋼筋外側(cè)，容易引起豎向裂縫；5)片面節(jié)省造價(jià)，未添加抗裂材料，未采用補(bǔ)償收縮混凝土。

因工程施工而引起外墻裂縫產(chǎn)生的主要原因有以下幾點(diǎn)：

1)工地現(xiàn)場(chǎng)管理不到位，施工質(zhì)量把控不嚴(yán)；2)澆筑混凝土之前未充分將模板濕潤(rùn)，模板吸收掉混凝土中水分而導(dǎo)致混凝土收縮，

溫度較高時(shí)入模，白晝溫差較大；3)拆模過早、養(yǎng)護(hù)未充分，導(dǎo)致水分喪失過快和混凝土降溫過快，混凝土表面處于干燥狀態(tài)，收縮應(yīng)力加大。

控制混凝土的裂縫應(yīng)從以下幾方面入手：材料選擇、工程設(shè)計(jì)、工程施工等，采用“抗”與“放”相結(jié)合的原則，保證結(jié)構(gòu)的安全度及使用功能的要求[4]。

1)材料選擇?？刂扑嗟挠昧?，合適的水泥種類應(yīng)為中低熱的。對(duì)C30級(jí)別的混凝土，水泥用量控制在250 kg/m3以內(nèi)較為合理，C40級(jí)別的混凝土，水泥用量在320 kg/m3以內(nèi)較為合理。合適比例的粗細(xì)骨料可減少混凝土的水泥用量和用水量，從而充分的降低水化熱，同時(shí)應(yīng)該適當(dāng)?shù)奶砑涌沽褎┖屯饧觿?)工程設(shè)計(jì)。加大混凝土的強(qiáng)度和剛度，可以有效防止外墻開裂，提高外墻配筋率也是有效途徑之一。減少建筑物偏心傾斜，盡量使建筑“形心”和“重心”的位置相重合?；A(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)與地上部位結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，減小建筑物的不均勻沉降。由于墻體裂縫通常是豎向的，所以應(yīng)充分利用墻體的橫向分布筋；外墻鋼筋盡量采用細(xì)直徑、間距密的形式，配筋最好雙層雙向，于角部處設(shè)置放射筋，預(yù)留洞口四周設(shè)置加強(qiáng)筋，在外側(cè)放置水平鋼筋，盡量減小鋼筋的保護(hù)層厚度。在保護(hù)層厚度較大的情況下，可設(shè)置“細(xì)而密”的抗裂鋼筋；3)工程施工。澆筑混凝土的速度不宜快，應(yīng)充分提高密實(shí)性、降低混凝土總孔隙率和減少干縮值。對(duì)于提高混凝土抗?jié)B性和強(qiáng)度，可以采用二次振搗的形式。澆筑混凝土的時(shí)間可以選擇在氣溫較低時(shí)分(比如傍晚)，加強(qiáng)保溫養(yǎng)護(hù)對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土的膨脹作用也具有效果。熱傳導(dǎo)系數(shù)低的膠合板可以用來作為外墻模板，在澆筑前應(yīng)澆水充分濕透模板，在澆筑后可以采用自動(dòng)噴淋管進(jìn)行自動(dòng)給水養(yǎng)護(hù)。

5　結(jié)語

地下室外墻計(jì)算模型是否合理直接影響工程造價(jià)和使用功能，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)通盤考慮建筑、結(jié)構(gòu)方案，使設(shè)計(jì)成果既能接近真實(shí)受力狀態(tài)，又能發(fā)揮其最大的經(jīng)濟(jì)作用，同時(shí)能夠有效的控制地下室外墻裂縫?？刂频叵率彝鈮Φ牧芽p是一項(xiàng)極為復(fù)雜的工程，需要管理、設(shè)計(jì)和施工人員從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等各方面進(jìn)行從嚴(yán)控制，并嚴(yán)格遵循施工管理及規(guī)范要求，不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)和施工方法，逐漸形成一套行之有效的混凝土裂縫控制理論及方法，使裂縫產(chǎn)生的幾率降到最低。

[1]石新偉,朱為之,田川.地下室外墻計(jì)算與分析[J].建筑結(jié)構(gòu),2015,45(sup):798-801.

[2]儲(chǔ)加健.地下室外墻計(jì)算模型的選擇[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2009(16):181-182.

[3]陳慧賢.地下室外墻的計(jì)算方法[J].廣東土木與建筑,2012,19(11):26-29.

[4]高海寧.超長(zhǎng)地下室外墻裂縫分析及控制[J].江蘇建筑,2014(4):47-48,65.

The calculation analysis and crack control of basement exterior wall

Gu Liang

(Nantong Architectural Design Research Institute Limited Company, Nantong 226001, China)

Combining with a engineering example, this paper used the upper hinged, lower embedded model and upper hinged, three measurement embedded model, made calculation and analysis on basement exterior wall, the results showed, the upper hinged, three measurement embedded model could reflect the real situation of basement, and effective control of crack, achieved the effect of economical and reasonable.

basement external wall, calculation model, concrete crack

1009-6825(2016)25-0055-02

2016-06-22

顧亮(1981- )，男，工程師

TU375

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