论文部分内容阅读
摘 要：随着城市化发展，近年来各地建造了大量的地下室，地下室的挡土墙是地下室结构设计的重点，本文简单介绍地下室挡土墙结构设计的荷载取值、计算模型以及抗裂措施等相关内容，结合多年设计经验，总结出部分地下室挡土墙结构设计要点，以供工程设计参考。
关键词：地下室挡土墙;荷载;计算模型;裂缝
引言
现代建筑中地下室的层数越来越多，面积越来越大，地下室的结构设计至关重要，地下室挡土墙又是地下室结构设计一难点。本文简单介绍地下室挡土墙结构设计的一些常见设计要点。
一、荷载取值与组合
（一）荷载取值
地下室挡土墙所承受的荷载分为水平荷载和竖向荷载。竖向荷载包括上部及地下室结构的楼盖传的荷载和自重，水平荷载包括室外地面活载、侧向土压力、地下水侧向压力和人防等效静荷载。在实际工程设计中，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，通常可不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算弯曲的配筋。常见作用于地下室挡墙的水平荷载有：
1）侧向土压力。计算地下室挡土墙受弯及受剪承载力时，土压力引起的效应为永久荷载效应，土压力宜取静止土压力，静止土压力系数宜由试验确定。地下室挡土墙结构设计时，一般将静止土压力系数统一取0.5，适用于墙后填土较好的情况。对于软塑、流塑黏性土的特殊土取值偏小，不安全。地下水位以下土的容重，可近似取11kN/m2。
2）室外地面活载。一般民用建筑的室外地面活荷载可取5kN/m2，有特殊较重荷载时，按实际情况确定。
3）消防车活荷载。（1） 《建筑结构荷载规范》表5.1.1中消防车活荷载为直接作用在楼面上的荷载，一般不能直接用于挡土墙计算; （2）汽车荷载作用下的侧向压力应考虑汽车轮压的扩散作用，其轮压在土中的扩散角一般取30°。
4）地下水侧向压力。地下水位高度一般由地勘单位根据实际勘察情况核《岩土工程勘察规范》等相关规范进行确定，不包括上层滞水。地下水位稳定的水压力按永久荷载考虑，水位急剧变化的水压力按可变荷载考虑。
（二）建筑结构荷载组合
根据《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2018，当作用效应对承载力不利时γG=1.3，γQ=1.50，当作用效应对承载力有利时γG≤1.0，γQ≤1.0。基本组合为：S=γGGk+γQQk。
二、地下室挡土墙计算模型
（一）计算模型分类
地下室挡土墙计算模型，根据挡土墙实际的支撑条件可分为单向板和双向板两种计算模型。建议：除了垂直于挡土墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的挡土墙或挡土墙扶壁柱截面尺寸较大（如高层建筑外框架柱之间）且间距不大于层高2倍时挡土墙按双向板（图1）计算配筋外，其余的挡土墙宜按竖向单向板（图2）计算配筋为妥。
（二）支座分析
地下室挡土墙计算时，底部一般为固定支座，有多层地下室时应按多跨连续计算，底板的抗弯能力不应小于侧壁，其厚度和配筋量应匹配。挡土墙顶部按铰接支座还是固接支座，应根据与其相连的地下室顶板厚度或梁的厚度和高度决定，当顶板厚度较厚或梁厚且梁较高时，一般采用固接支座计算，其余情况应采用铰接支座。
（三）注意事项
1）设计时应考虑楼梯间、车道等支承条件不同的挡土墙，它与一般挡土墙不同。车道侧壁为悬臂构件，底板抗弯能力不应小于侧壁底部。地面层开洞位置（如楼梯间）挡土墙顶部无楼板支撑，计算模型和配筋均应与实际相符。车道紧靠地下室挡土墙时，车道底板位于挡土墙中部，应考虑挡土墙承受车道底板传来的水平荷载作用。当顶板不在同一标高时，应注意挡土墙上部支座水平力的传递问题。
2）挡土墙带扶壁柱按双向板计算配筋时，如果扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋，根据挡土墙与扶壁柱变形协调的原理，应加强挡土墙竖向受力筋和扶壁柱配筋。竖向荷载较小的挡土墙扶壁柱内外侧主筋也应予以适当加强。同时挡土墙水平分布筋应根据扶壁柱截面尺寸大小适当加强外侧附加短水平负筋，挡土墙转角处水平分布筋也予以适当加强。
三、裂缝问题
地下室挡土墙受到结构本身和基坑边壁等约束，混凝土收缩会产生较大的拉应力，容易出现收缩裂缝。设计时裂缝宽度应控制在0.2mm 之内，挡土墙配筋量往往由裂缝宽度验算控制。防止或减小墙体裂缝开展，可采取以下措施：
（一）采用补偿收缩混凝土
在混凝土中渗入膨胀剂或膨胀水泥配置自应力为0.2～1.0MPa的混凝土，以混凝土的膨胀值减去混凝土的最终收缩值的差值大于或等于混凝土的极限拉伸即可控制裂缝。
（二）后浇带
作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施，已经广泛应用。后浇带通常30～40m设置一道，宽度一般为0.8～1m。后浇带中一般情况不再添加钢筋，仅在其薄弱部位，添增适量加强筋。后浇带宜浇筑补偿收缩混凝土，强度等级应比两侧混凝土提高一个强度等级，且不宜低于C30。后浇带浇筑间隔时间一般情况不宜少于45天，不应少于28天。
（三）膨胀加强带
通过在结构的后浇带部位浇筑补偿收缩混凝土可减少或取消后浇带和伸缩缝、延长构件连续浇筑长度的一种技术。补偿收缩混凝土的设计强度等级应比两侧混凝土提高一个强度等级。膨胀加强带的宽度宜为2m，并将加强带内混凝土与两侧混凝土分开。膨胀加强带之间的间距宜为30～60m。当地下室外墙高度的净高大于3.6m时，在墙体高度的水平中线部位上下0.5m范围内，水平筋的间距不宜大于0.1m。
（四）构造措施
对于侧壁，可增加水平温度筋，在混凝土面层起强化作用。侧壁受底板和顶板的约束，混凝土胀缩不一致，可在墙体中部设一道水平暗梁抵抗拉力。一般挡土墙外侧环境类别为“二b”，内侧为“二a”，钢筋混凝土保護层厚度外侧25mm，内侧20mm。 （五）水泥
优先选用水化热较低的水泥品种，如矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。在满足设计的情况下，充分利用混凝土的后期强度，减少水泥的用量。考虑到矿渣水泥比普通硅酸盐水泥收缩量大25%，一般采用普通硅酸盐水泥。
（六）粗骨料
宜选用5～31.5mm，并连续级配，含泥量不大于1%，泥块含量不大于0.5%的非碱活性粗骨料。非泵送混凝土施工时，粗骨料的粒径可适当增大，选用粒径较大的粗骨料可减小水泥用量。
（七）细骨料
采用中、粗砂，细度模数宜大于2.3，含泥量不大于3%，泥块含量不大于1%。采用细度模数为2.8比2.3的中砂每立方混凝土可减少水泥用量约30kg，减少水用量20～25kg，从而可以降低混凝土水化热和温差引起的收缩。泵送砼时，砂率应控制在35%～45%。
（八）粉煤灰等矿物质外掺料
粉煤灰颗粒呈球状，为中空结构，主要成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO，在混凝土中掺入粉煤灰对改善混凝土的和易性，减少水泥用量，降低水化热，减少收缩，提高抗裂性有着良好的效果。但应注意掺入粉煤灰后混凝土的早期强度较低。掺量应根据水泥的品种、不同的工程对象、施工工艺等因素，通过试验确定。粉煤灰掺量一般不宜超过胶凝材料的40%。
结束语：
地下室挡土墙的设计是结构设计人员不能忽视的重要环节。本文对其所受的荷载、计算模型和裂缝控制等多方面进行分析介绍，以便对挡土墙结构进行更全面分析设计，以保障地下室安全可靠。擋土墙结构设计还有许多细节有待更进一步研究和完善。
参考文献：
[1]建筑结构荷载规范 GB50009-20012，中国建筑工业出版社，2012.
[2]混凝土结构设计规范 GB50010-2010，中国建筑工业出版社，2010.
[3]建筑结构可靠性设计统一标准GB50068-2018，中国建筑工业出版社，2018.
[4]全国民用建筑工程设计技术措施2009（2012年版），中国计划出版社， 2012.
[5]混凝土结构构造手册（第四版），中国建筑工业出版社，2012.
作者简介：
李仲人（1977.6.15-），性别：男;籍贯：四川省渠县;民族：汉;学历：硕士研究生、硕士;职称：高级工程师;研究方向：建筑结构设计。
关键词：地下室挡土墙;荷载;计算模型;裂缝
引言
现代建筑中地下室的层数越来越多，面积越来越大，地下室的结构设计至关重要，地下室挡土墙又是地下室结构设计一难点。本文简单介绍地下室挡土墙结构设计的一些常见设计要点。
一、荷载取值与组合
（一）荷载取值
地下室挡土墙所承受的荷载分为水平荷载和竖向荷载。竖向荷载包括上部及地下室结构的楼盖传的荷载和自重，水平荷载包括室外地面活载、侧向土压力、地下水侧向压力和人防等效静荷载。在实际工程设计中，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，通常可不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算弯曲的配筋。常见作用于地下室挡墙的水平荷载有：
1）侧向土压力。计算地下室挡土墙受弯及受剪承载力时，土压力引起的效应为永久荷载效应，土压力宜取静止土压力，静止土压力系数宜由试验确定。地下室挡土墙结构设计时，一般将静止土压力系数统一取0.5，适用于墙后填土较好的情况。对于软塑、流塑黏性土的特殊土取值偏小，不安全。地下水位以下土的容重，可近似取11kN/m2。
2）室外地面活载。一般民用建筑的室外地面活荷载可取5kN/m2，有特殊较重荷载时，按实际情况确定。
3）消防车活荷载。（1） 《建筑结构荷载规范》表5.1.1中消防车活荷载为直接作用在楼面上的荷载，一般不能直接用于挡土墙计算; （2）汽车荷载作用下的侧向压力应考虑汽车轮压的扩散作用，其轮压在土中的扩散角一般取30°。
4）地下水侧向压力。地下水位高度一般由地勘单位根据实际勘察情况核《岩土工程勘察规范》等相关规范进行确定，不包括上层滞水。地下水位稳定的水压力按永久荷载考虑，水位急剧变化的水压力按可变荷载考虑。
（二）建筑结构荷载组合
根据《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2018，当作用效应对承载力不利时γG=1.3，γQ=1.50，当作用效应对承载力有利时γG≤1.0，γQ≤1.0。基本组合为：S=γGGk+γQQk。
二、地下室挡土墙计算模型
（一）计算模型分类
地下室挡土墙计算模型，根据挡土墙实际的支撑条件可分为单向板和双向板两种计算模型。建议：除了垂直于挡土墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的挡土墙或挡土墙扶壁柱截面尺寸较大（如高层建筑外框架柱之间）且间距不大于层高2倍时挡土墙按双向板（图1）计算配筋外，其余的挡土墙宜按竖向单向板（图2）计算配筋为妥。
（二）支座分析
地下室挡土墙计算时，底部一般为固定支座，有多层地下室时应按多跨连续计算，底板的抗弯能力不应小于侧壁，其厚度和配筋量应匹配。挡土墙顶部按铰接支座还是固接支座，应根据与其相连的地下室顶板厚度或梁的厚度和高度决定，当顶板厚度较厚或梁厚且梁较高时，一般采用固接支座计算，其余情况应采用铰接支座。
（三）注意事项
1）设计时应考虑楼梯间、车道等支承条件不同的挡土墙，它与一般挡土墙不同。车道侧壁为悬臂构件，底板抗弯能力不应小于侧壁底部。地面层开洞位置（如楼梯间）挡土墙顶部无楼板支撑，计算模型和配筋均应与实际相符。车道紧靠地下室挡土墙时，车道底板位于挡土墙中部，应考虑挡土墙承受车道底板传来的水平荷载作用。当顶板不在同一标高时，应注意挡土墙上部支座水平力的传递问题。
2）挡土墙带扶壁柱按双向板计算配筋时，如果扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋，根据挡土墙与扶壁柱变形协调的原理，应加强挡土墙竖向受力筋和扶壁柱配筋。竖向荷载较小的挡土墙扶壁柱内外侧主筋也应予以适当加强。同时挡土墙水平分布筋应根据扶壁柱截面尺寸大小适当加强外侧附加短水平负筋，挡土墙转角处水平分布筋也予以适当加强。
三、裂缝问题
地下室挡土墙受到结构本身和基坑边壁等约束，混凝土收缩会产生较大的拉应力，容易出现收缩裂缝。设计时裂缝宽度应控制在0.2mm 之内，挡土墙配筋量往往由裂缝宽度验算控制。防止或减小墙体裂缝开展，可采取以下措施：
（一）采用补偿收缩混凝土
在混凝土中渗入膨胀剂或膨胀水泥配置自应力为0.2～1.0MPa的混凝土，以混凝土的膨胀值减去混凝土的最终收缩值的差值大于或等于混凝土的极限拉伸即可控制裂缝。
（二）后浇带
作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施，已经广泛应用。后浇带通常30～40m设置一道，宽度一般为0.8～1m。后浇带中一般情况不再添加钢筋，仅在其薄弱部位，添增适量加强筋。后浇带宜浇筑补偿收缩混凝土，强度等级应比两侧混凝土提高一个强度等级，且不宜低于C30。后浇带浇筑间隔时间一般情况不宜少于45天，不应少于28天。
（三）膨胀加强带
通过在结构的后浇带部位浇筑补偿收缩混凝土可减少或取消后浇带和伸缩缝、延长构件连续浇筑长度的一种技术。补偿收缩混凝土的设计强度等级应比两侧混凝土提高一个强度等级。膨胀加强带的宽度宜为2m，并将加强带内混凝土与两侧混凝土分开。膨胀加强带之间的间距宜为30～60m。当地下室外墙高度的净高大于3.6m时，在墙体高度的水平中线部位上下0.5m范围内，水平筋的间距不宜大于0.1m。
（四）构造措施
对于侧壁，可增加水平温度筋，在混凝土面层起强化作用。侧壁受底板和顶板的约束，混凝土胀缩不一致，可在墙体中部设一道水平暗梁抵抗拉力。一般挡土墙外侧环境类别为“二b”，内侧为“二a”，钢筋混凝土保護层厚度外侧25mm，内侧20mm。 （五）水泥
优先选用水化热较低的水泥品种，如矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。在满足设计的情况下，充分利用混凝土的后期强度，减少水泥的用量。考虑到矿渣水泥比普通硅酸盐水泥收缩量大25%，一般采用普通硅酸盐水泥。
（六）粗骨料
宜选用5～31.5mm，并连续级配，含泥量不大于1%，泥块含量不大于0.5%的非碱活性粗骨料。非泵送混凝土施工时，粗骨料的粒径可适当增大，选用粒径较大的粗骨料可减小水泥用量。
（七）细骨料
采用中、粗砂，细度模数宜大于2.3，含泥量不大于3%，泥块含量不大于1%。采用细度模数为2.8比2.3的中砂每立方混凝土可减少水泥用量约30kg，减少水用量20～25kg，从而可以降低混凝土水化热和温差引起的收缩。泵送砼时，砂率应控制在35%～45%。
（八）粉煤灰等矿物质外掺料
粉煤灰颗粒呈球状，为中空结构，主要成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO，在混凝土中掺入粉煤灰对改善混凝土的和易性，减少水泥用量，降低水化热，减少收缩，提高抗裂性有着良好的效果。但应注意掺入粉煤灰后混凝土的早期强度较低。掺量应根据水泥的品种、不同的工程对象、施工工艺等因素，通过试验确定。粉煤灰掺量一般不宜超过胶凝材料的40%。
结束语：
地下室挡土墙的设计是结构设计人员不能忽视的重要环节。本文对其所受的荷载、计算模型和裂缝控制等多方面进行分析介绍，以便对挡土墙结构进行更全面分析设计，以保障地下室安全可靠。擋土墙结构设计还有许多细节有待更进一步研究和完善。
参考文献：
[1]建筑结构荷载规范 GB50009-20012，中国建筑工业出版社，2012.
[2]混凝土结构设计规范 GB50010-2010，中国建筑工业出版社，2010.
[3]建筑结构可靠性设计统一标准GB50068-2018，中国建筑工业出版社，2018.
[4]全国民用建筑工程设计技术措施2009（2012年版），中国计划出版社， 2012.
[5]混凝土结构构造手册（第四版），中国建筑工业出版社，2012.
作者简介：
李仲人（1977.6.15-），性别：男;籍贯：四川省渠县;民族：汉;学历：硕士研究生、硕士;职称：高级工程师;研究方向：建筑结构设计。