地下室外墙设计浅谈

贺桂超

（中航长沙设计研究院有限公司 湖南长沙 410014）

1 荷载

地下室外墙受到的荷载根据其受力方向可分为水平荷载和竖向荷载两类。水平荷载主要包含侧向土压力、水压力、地面等效荷载等，另外人防地下室还有人防等效静荷载。竖向荷载类别较少，主要是结构自重及二次装修荷载重。另外，混凝土自身的收缩徐变、地震作用、温差变化、上部结构承受的风荷载等也会对地下室外墙产生影响，但是其产生的内力较小，与竖向荷载和水平荷载产生的内力相比可忽略不计。

竖向荷载对地下室外墙产生压缩变形，一般情况下外墙厚度较大，其面积也较大，故承受的压应力较小，而水平荷载对地下室外墙产生弯曲变形，在水、土共同作用下，弯曲应力较大，故按板承受弯矩的模型来计算并配筋可满足各种荷载作用下的要求。

1.1 地面荷载

地下室外墙外侧一般为正常的行人和车辆荷载，有消防车的概率较小，本文未考虑消防车荷载，故一般可取10kN/m2。其计算公式为：Px=qx·Ka，qx为地面活荷载，Ka为土压力系数；大小于外墙高度无关。

1.2 土压力

地下室外墙受到基础及楼板的支撑，在水平荷载作用下，只能允许外墙发生弯曲变形，而不能产生水平位移，墙外土体不能发生移动，为静止状态，故其受到的土压力可认为是静止土压力。

当地下室埋深较小，或周边较空旷时可采用放坡开挖，土压力系数计算公式为K0=1-sinφ（φ为土的有效内摩擦角），一般情况可取0.5。当地下室埋置较深，或工作面较小，放坡开挖难以实现，此时可采用桩锚支护，虽然其支护属于临时工程，但对外侧土体还是产生卸载作用，外墙受到的水平荷载减小，也即相当于土体发生位移，对外墙的荷载减小，此时静止土压力系数可取上述K0的2/3。

1.3 水压力

水压力是水平荷载中一项重要内容，可根据最近几年的最高水位来确定，通常有两种计算方法：水土合算和水土分算。

水土合算顾名思义就是水、土按一体考虑，不考虑水的单独作用，计算时用土的饱和重度γsat计算土体的侧压力即可。水土分算与水土合算刚好相反，则是分别考虑水压力作用和土压力作用，以其总和作为总的侧向压力。土的重度取浮重度γ’，水压力则取全水头时的压力。

1.4 人防荷载

对于人防地下室，人防等效静荷载是必不可少的一项内容，其取值及要求可根据《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005）[1]（以下简称《人防规范》）的有关规定采用。

1.5 温度应力

一般地下室范围均较大，虽然其埋在土层中受温度变化影响小，但不利因素是约束大，故温度作用也不容忽视。对于地下室外墙受到的温度作用一般采取构造措施加以控制即可，如设置伸缩后浇带、采用低强度等级混凝土、混凝土中添加微膨胀剂、采用粉煤灰混凝土技术等等，设计时可不考虑其作用。

1.6 荷载组合

地下室外墙主要承受以上几种荷载作用，根据其概率分布，主要有以下两种荷载组合，详见《人防规范》。

2 材料

2.1 混凝土

地下室外墙一般厚度较大，为减小混凝土硬化过程中水泥产生的水化热，防止或减少混凝土开裂，应尽可能降低混凝土强度等级，一般以不超过C40为佳，但也不应过低。也可在混凝土中加入掺合料如粉煤灰等来降低水化热，但应注意，此时混凝土设计强度指标应采用60d或90d龄期的强度。

地下室外墙均会接触水，为防止水分渗入，应在混凝土中加入膨胀剂来提高其自身的抗渗性能，混凝土抗渗等级可按照《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）[2]4.1.4条采用。

2.2 钢筋

地下室外墙的受力钢筋应尽可能选用高强度钢筋，如HRB400、HRB500级钢筋，分布钢筋可适当降低强度，如采用HPB300级钢筋。另外应注意在计算人防荷载时，钢筋强度也会提高。

2.3 保护层

根据《混凝土结构设计规范》[3]，地下室外墙混凝土结构的环境类别可根据其所处环境取二a类或二b类，此时对应的保护层厚度分别为20mm和25mm。

《防水规范》4.1.7条规定，迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm，并应计算裂缝宽度，且不得大于0.2mm，并不得贯通。

《人防规范》规定，外墙外侧混凝土保护层厚度当不设防水层时取40mm，设防水层时可减小至30mm；内侧保护层取20mm。

3 计算模型

3.1 单层地下室

单层地下室外墙可根据其与上下楼板或底板、左右两边墙（或柱）的刚度大小确定连接类型。

（1）一般地下室底板或为防水或为嵌固，厚度和刚度相对外墙大许多，可认为是外墙的嵌固支座，支撑方式为固端；

（2）地下室顶板厚度和刚度一般较外墙小，不能对其形成完全约束，在水平荷载作用下，该处外墙可发生一定转角，故外墙顶部按铰接考虑；

另外，当地下室顶板与外墙连接处开有较大洞口时，外墙在顶板处无约束，按自由端考虑；

（3）当地下室外墙左右两边为上部结构的剪力墙时，当墙的截面高度大于3倍外墙厚度时，可考虑剪力墙对外墙的支撑作用，可按铰接考虑；

当地下室外墙左右两边为框架柱，由于柱的截面刚度较外墙太小，不能对其形成有效约束，计算时可不考虑扶壁柱的支承作用，左右两边按自由端考虑。

3.2 多层地下室

多层地下室中间层楼板在外墙处连续，可视为外墙的中间支座，外墙可按连续板计算。如中间楼板在外墙处开洞，则不考虑其作用，按层高为两层（或多层）高的单层地下室计算。

4 构造要求

地下室外墙除了要满足计算结果外，还应满足构造要求，对于外墙厚度最小值，《防水规范》和《人防规范》均做了详细要求，且均为250mm。

根据前文所述，地下室外墙主要承受水平荷载，为受弯构件，应按板的最小配筋率控制，另外由于其所处环境相对恶劣，不应采用分离式配筋，而应按双层双向配筋。外墙竖向钢筋为受力钢筋，应位于外侧，水平钢筋则为分布钢筋，应布置在内侧。为减小裂缝，对钢筋间距也做了限制，一般不大于150mm。

地下室外墙刚度较大，也为方便施工，顶部或底部不用设置暗梁，仅设置水平通常构造筋即可，根数为两到三根，直径不小于20mm。

当考虑混凝土的塑性变形而对外墙进行内力重分布时，钢筋的配筋量会明显减少，可降低工程造价。但应注意，此时混凝土受拉区只能产生少量细微的弯曲裂缝，且裂缝不能贯通整个截面厚度，否则外墙会因裂缝过大而产生渗水或漏水，将得不偿失。

设计及施工过程中均要采取防止外墙开裂的措施，如尽量使用低标号混凝土，以减小混凝土的收缩变形和降低水化热，严格控制混凝土配合比，注意混凝土浇筑时间，尽量选在温度较低时浇筑，振捣要充分，养护及时等。

5 结论

本文对地下室外墙所承受荷载的分类、取值、组合以及材料选用等各种情况进行了说明，并指出了一些关键参数取值在规范中的出处，给出了不同约束情况下外墙不同的计算模型，最后列出了设计时应注意的各种构造细节，展示了完整的设计流程，可为以后的工程提供一定参考。

[1]《人民防空地下室设计规范》（GB 50038-2005）[S].北京：中国计划出版社，2010.

[2]《地下工程防水技术规范》（GB 50108-2008）[S].北京：中国计划出版社，2009.

[3]《混凝土结构设计规范》（GB 50011-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.