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地下室外墙设计分析
摘 要：本文主要讨论地下室外墙设计的注意事项,总结所受的各种荷载的取值组合,针对粮库设计中的地下室外墙的考虑重车荷载的地面等效活荷载取值建议.
关键词：地下室外墙；混凝土裂缝计算；重车荷载；等效均布荷载
Abstract：This paper mainly discusses the precautions of the design of the outer wall of the basement,summarizes the combination of the loads of various loads, and puts forward the recommended value of theground equivalent live load considering the hey truck load in the basement exterior wall.
Key words：Basement exterior wall; Concrete crack calculation; Hey vehicle load; Equivalent uniform load
中图分类号：TU93
地下室外墙是结构设计中经常遇到的比较复杂的内容,主要难点在于它的荷载工况种类和验算指标多.荷载方面需要考虑土压力、水压力以及以车辆荷载为代表的地面活荷载,而在粮库工程和其他工业建筑中,尚需考虑运输重型车辆的影响.部分设计人员依照经验的做法把车轮产生的等效均布荷载统一取为10 kPa,这种做法仅适用于考虑消防车荷载的民用建筑,对于部分工业建筑还需要进一步的验算[1-2].
本文总结地下室外墙计算中荷载的取值及其组合方法,并结合粮库设计讨论工业厂区内重车等效均布荷载的建议取值.
1 计算方法与设计指标
地下室外墙的基本设计思路同其他混凝土构件类似,需要明确结构计算简图,根据构件所受的荷载计算控制内力,并由此承载能力极限状态以及正常使用极限状态设计.
1.1 计算简图
地下室外墙计算简图应根据支承条件确定.如果地下室有传力可靠的顶板,那么地下室侧壁可作为下端嵌固上端简支的构件；如果&plun;0.000 处无楼板,例如水工泵房和民用下沉式地下室,地下室侧壁看作三边支承的双向受弯构件计算[3-4].
1.2 承载能力
根据工程经验,地下室外墙可以考虑为板类受弯构件,主要以受拉钢筋屈服或受压区混凝土压坏为其承载能力极限状态；也可考虑外墙上部的竖向荷载,将板作为平面外压弯构件计算,这种计算模型所得的配筋结果通常较前者经济[5-9].
1.3 裂缝控制
现在业界通用的做法是把地下室外墙裂缝控制在0.2 mm 以内,在这种情况下大多数工程的地下室外墙的计算是根据裂缝来控制的,但是这里要注意裂缝计算时应该取用准永久组合,相应的活荷载（例如变动的水位和地面车辆荷载）应取合适的准永久组合系数.对于裂缝控制要求现有部分文献也提出了不同的建议：朱炳寅[1] 认为地下室外墙要是有外防水可以用一类环境控制地下室裂缝：如果用0.3 控制,需要提出防水层的定期检测维护要求,但是注意耐久性设计仍然用二类环境；程懋堃[7] 对现有规范的裂缝算法提出质疑,通过对其他行业领域规范以及国外规范的对比,认为现有规范裂缝计算结果偏大,过于保守；周小强[9] 等强调混凝土的养护对地下室外墙裂缝的影响,并提出了不同于《混凝土结构设计规范》一书中的裂缝实用算法.根据已建成的工程情况,如果仅遵照规范验算裂缝,而不注重构造和施工措施,外墙的裂缝依然得不到控制,无法满足使用要求.
2 土压力和水压力
2.1 土压力系数
土力学中常用的土压力有3 种：主动土压力、静止土压力和被动土压力.结构设计人员应首先理解3种土压力的产生条件以及使用范围,并了解地下室侧壁的受力特点,进而确定在不同工况下应该选用哪种土压力系数.现在业内常用的方法是地下室计算用静止土压力,挡土墙计算用主动土压力.由于施工工艺原因,地下室外墙主要是填土,在正常使用条件下,地下室外墙所受的压力应为主动土压力；但是在地震时,地下室外侧的填土对地下室在客观上具有约束力,土压力也会因此增大,并会高于主动土压力.因此,承载能力极限状态设计时,地下室顶板附近采用主动土压力,底板采用静止土压力,中间采用线性内插法计算,为设计方便,也可以偏安全的全部采用静止土压力；正常使用极限状态时,可以使用主动土压力.总而言之,承载能力计算时需用静止土压力,裂缝验算时用主动土压力[1].
2.2 地下水压力
水压力和水浮力视作恒载还是活载,应根据地堪描述来判断——水位变动频繁,可作为活载,在结构计算时与车辆荷载同时考虑,并取相应的组合值系数；反之,如果水位变动不频繁,可作为恒载,与土压力相加作为永久荷载考虑.这里要注意,如果水压作为活载参与组合,根据国家标准GB 50009-2012 中的3.2.3-1式[4],需要判断水位和车辆荷载哪个是主导的可变荷载.承载能力极限状态下的组合计算比较简单,前文已经讨论了水可以分别作为恒载和活载来考虑,这时应该取抗浮设防水位产生的压力作为水压荷载的标准值.正常使用极限状态下的组合.根据GB50009-2012中的3.2.10[4],水位视作恒载,裂缝验算时需要和土压力一起作为永久荷载考虑；如果水位视作活载,则需要考虑相应的准永久组合系数.由于规范中并没有明确规定各地水位的准永久组合系数,尚需要结构设计人员自行把握.
3 车辆荷载
3.1 等效均布活载
车辆的等效均布活载是根据车轮可能出现的最不利位置来确定,同时还应考虑车轮荷载在土中的应力扩散效应.车轮和外墙的最近距离要求人们首先要熟悉场地条件,比如地下室周围是否有围护、绿化带以及限行措施,如果地下室周围都有限行措施,就不用再考虑车辆的活荷载.此外,知道车辆的最不利布置,还要根据荷载在土中的应力扩散情况来确定地下室外墙的均布荷载.
根据不同的地下室外墙高度和不同车辆距离将得出相应的等效均布活载值,具体计算结果详见图1、2、3、4.
横轴为地下室外墙墙高,纵轴为按照底部弯矩等效的原则确定的地面均布荷载.在车轮距离地下室外墙3 m 以上,地下室外墙埋由深较浅时,因为车辆距地下室外墙较远,应力扩散不到地下室外墙上,这时可以忽略车辆荷载的作用.另外这里算得出的是车辆荷载的标准值,未考虑动力系数.根据以上结果可得出以下结论.
一般民用建筑的地下室和水池.考虑最重的车辆荷载为总重330 kN 的消防车荷载,且消防车在灭火时有一定的操作空间,不会距离建筑物过近,这时可参照《全国民用建筑工程设计技术措施》,把室外地坪活载取为10 kPa（值得一提的是,北京院的做法则更进一步,直接把此活载取为5 kPa,以考虑消防车辆位置的有利作用）.
部分工业建筑.最需考虑总重为550 kN 的车辆荷载,这时应根据车辆实际可能位置来确定等效均布荷载,在车轮距离地下室侧壁较近时,等效均布活载可能取到20 kPa,根据笔者观察和统计,工业厂区内的运输车辆距离地下室的距离完全有可能出现上述情况,这时需要综合考虑场地条件来确定均布荷载,如果盲目套用民用建筑的做法,可能会留下安全隐患.
3.2 车辆荷载的组合
车辆荷载作为一种特殊的活荷载,在地下室外墙计算时需要适当考虑其出现的频率,与相应荷载组合.普通民用建筑可以根GB50009-2012 中的5.1.1[4],消防车荷载的组合值系数和准永久值系数分别为0.7 和0,一般情况下准永久值可以直接按照规范取0,因为消防车出现在普通民用建筑的概率很低（除非是消防车辆经常经过的地方,这时根据使用情况可把消防车荷载视为普通活荷载）.然而对工业建筑就应该根据工艺条件确定,如果厂区内经常要走重车,显然这时的准永久值系数也应该取高一些,可视情况取0.4 或0.5.
4 结论
①地下室外墙的计算要求结构设计人员正确选取各种荷载的大小及其组合值才能达到规范的要求.②使用《混凝土设计规范》中的裂缝计算方法来计算地下室外墙裂缝的做法尚存在较多的争议,规范的算法还有改进的空间,设计人员在执行规范的同时还应该在工作中注意总结工程经验,并采取综合措施避免外墙的裂缝.③工业场区内的车辆荷载具有其特殊性,如果考虑55 t 载重的车辆,当车辆距离地下室较近时,等效均布活荷载有可能超过10 kPa,针对这一类情况设计人员要明确车轮荷载的最不利位置,并进行相应的验算.
室外论文范文结:
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