地下室擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析論文
摘要:地下室擋土墻按常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)存在著一些安全隱患，綜合考慮不同部位擋土墻的具體受力情況，對擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析整理與總結(jié)，并同時(shí)提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)建議。
關(guān)鍵詞:地下室;擋土墻;設(shè)計(jì);建議
目前地下室設(shè)計(jì)最常用的解決土壓力作用的方法即是結(jié)構(gòu)自擋土，地下室擋土墻是直接接觸土壓力的構(gòu)件，當(dāng)按常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)，沒有具體問題具體分析，因此，擋土墻設(shè)計(jì)存在著一些安全隱患。本文將從擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中計(jì)算簡圖的選取、荷載取值、一般部位及特殊部位進(jìn)行分析整理，總結(jié)了地下室擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)方法及要點(diǎn)。
1地下室擋土墻的計(jì)算簡圖的確定常
規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)，將地下室各層樓板、基礎(chǔ)底板等作為地下室擋土墻的支承，計(jì)算簡圖通常按下述方式處理:頂板處簡化為鉸接，基礎(chǔ)底板處簡化為固端，其他地下室樓層作為連續(xù)支座，將擋土墻按1m寬板帶簡化為多跨連續(xù)梁進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和配筋，這也是設(shè)計(jì)人員通常所采用的擋土墻的計(jì)算簡圖。但是還應(yīng)該考慮基礎(chǔ)底板及頂板約束作用的實(shí)際大小，否則可能會給相關(guān)部分的受力構(gòu)件帶來安全隱患。且地下室樓板因?yàn)槭褂霉δ艿男枰?，在車道、樓梯、開洞等處樓板的傳力途徑并不直接，甚至無法作為支承。故在確定地下室外墻的計(jì)算簡圖時(shí)，必須熟悉地下室各層的布置和樓板的缺失情況等，考慮由外墻傳來的土壓力的傳力途徑，并保證傳力途徑簡單直接。
2土壓力的取值
2.1靜止土壓力
當(dāng)擋土墻的剛度很大，在土壓力作用下墻處于靜止?fàn)顟B(tài)即位移為零時(shí)，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，因此，地下室擋土墻的土壓力按靜止土壓力計(jì)算。土壓力計(jì)算公式為:p=γhKo，靜止土壓力系數(shù)Ko與土性、土的密實(shí)程度等因素有關(guān)，在一般情況下，砂土Ko=0.35～0.5，黏性土Ko=0.5～0.7，計(jì)算時(shí)可近似取為0.5。地下水位以上取土的飽和容重，地下水位以下取土的浮容重并采用水土分算法進(jìn)行計(jì)算。靜止土壓力按下述公式計(jì)算:p=K0(q+"z)(z≤hw)p=K0［q+"hw+"’(z－h(huán)w)］(z＞hw)式中q—作用于地表的室外荷載，kN/m2;"─土的重度，kN/m3;z─計(jì)算土壓力點(diǎn)的.深度，m;K0─靜止土壓力系數(shù);"’─土的浮重度，kN/m3;hw─地下水的埋藏深度，m。
2.2室外堆載和消防車荷載對土壓力取值
計(jì)算地下室擋土墻時(shí)，要考慮室外堆載和消防車荷載的影響，但兩者不同時(shí)考慮。室外堆載荷載一般取10kN/m2;根據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》［2］，明確給出停放消防車的室外地面活荷載取5kN/m2。綜合考慮室外活荷載取值按10kN/m2滿足各工況要求。
3一般部位地下室擋土墻受力分析與設(shè)計(jì)
3.1地下室擋土墻底部嵌固條件
當(dāng)基礎(chǔ)底板對側(cè)墻有較好的約束時(shí)才可以滿足簡化計(jì)算模型中固端的條件。當(dāng)僅采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)且沒有抗水板，或者抗水板置于較軟的土層上時(shí)，抗水板無法對側(cè)墻形成有效的約束作用，此時(shí)依然采用基礎(chǔ)底板處簡化為固端的簡化計(jì)算模型會導(dǎo)致外墻靠底板處的外側(cè)彎矩偏大，而內(nèi)側(cè)彎矩偏小，偏不安全。因此，在進(jìn)行地下室擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對這種情況的地下室側(cè)墻跨中彎矩采取乘以放大系數(shù)的方式或者按照底部采用不動鉸支座進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。
3.2水浮力的附加彎矩作用
當(dāng)?shù)叵率铱垢∷缓芨邥r(shí)，由于地下水對于底板的作用，會導(dǎo)致底板與外側(cè)墻相交處產(chǎn)生一個(gè)與側(cè)墻根部彎矩方向相反的轉(zhuǎn)動，此時(shí)底板對于側(cè)墻的約束作用超過計(jì)算模型中固端的假定，實(shí)際的負(fù)彎矩可能會大于按照計(jì)算模型中固端計(jì)算的負(fù)彎矩，此時(shí)應(yīng)將地下室底板與側(cè)墻彎矩共同計(jì)算設(shè)計(jì)。
3.3次梁對地下室擋土墻的約束作用
由于次梁對地下室擋土墻的約束作用，在有次梁的地方側(cè)墻會產(chǎn)生一個(gè)較大的負(fù)彎矩，這種情況與側(cè)墻上部不動鉸支座的計(jì)算假定有較大的出入，而計(jì)算彎矩值較大，因此，在有次梁的地方應(yīng)采取特殊的構(gòu)造措施。建議將次梁的上部鋼筋錨入側(cè)墻后往下延伸一段后進(jìn)行錨固。
4特殊部位地下室擋土墻受力分析與設(shè)計(jì)
4.1地下室擋土墻轉(zhuǎn)角處
由于地下室擋土墻轉(zhuǎn)角處形成了連續(xù)支座，按單向板計(jì)算時(shí)水平向在該處應(yīng)考慮墻體的嵌固作用，應(yīng)按轉(zhuǎn)角處簡化為固端的雙向板計(jì)算支座彎矩值(水平向的計(jì)算跨度可取墻體高度的2倍)，并按該彎矩配筋。選筋時(shí)可考慮分離式配筋，不必與墻體分布筋協(xié)調(diào)，支座鋼筋與水平分布鋼筋采用搭接連接。
4.2臨邊坡道處地下室擋土墻計(jì)算
沿地下室外墻布置車道時(shí)，由于車道打斷了地下室外墻的樓板支承，當(dāng)考慮車道板作為外墻的支承時(shí)，應(yīng)注意車道板是否能有效傳遞水土壓力。因車道板與樓板不在一個(gè)標(biāo)高，須通過柱或墻來間接傳遞，建議在車道板的另一側(cè)增設(shè)鋼筋混凝土墻體，以平衡車道板傳來的水土壓力。車道處由于車道板傾斜，地下室外墻的受力情況相對較復(fù)雜。1)車道范圍地下室擋土墻各處的計(jì)算跨度均不同。2)由于車道板傾斜，與樓面標(biāo)高不一致，導(dǎo)致支承地下外墻的水平力不能直接傳遞，其傳力方式有:①車道板一端支承于地下室外墻，一端支承于梁上時(shí)，地下室外墻傳遞的水平力先傳給車道板，車道梁板整體作為一個(gè)水平放置的受彎構(gòu)件承受地下室外墻傳來的荷載，受彎構(gòu)件的跨度為車道板的斜長或有效支承間的距離;②車道板一端支承于地下室外墻，另一端支承于鋼筋混凝土內(nèi)墻上時(shí)，地下室外墻傳遞的水平力先傳給車道板，車道板再將集中力傳遞至內(nèi)墻上，即內(nèi)墻需考慮承受外墻傳來的水平荷載，而不僅僅是按構(gòu)造配筋;③當(dāng)不符合①、②兩種傳力方式時(shí)，則地下室外墻應(yīng)作為支承于地下室底板的懸挑構(gòu)件計(jì)算。針對車道處地下室外墻的受力特點(diǎn)，計(jì)算時(shí)對地下室外墻可采取分區(qū)段計(jì)算的方法，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對其分區(qū)段采用不同的配筋方式或構(gòu)造。然后根據(jù)車道板的支承情況，將車道梁板整體作為受彎構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，或?qū)④嚨腊鍌鬟f的集中荷載傳給地下室內(nèi)墻進(jìn)行計(jì)算。沿地下室外墻布置車道時(shí)，車道處外墻的高度是變數(shù)，跨度變化大，應(yīng)適當(dāng)分段計(jì)算并配筋，配筋方式應(yīng)特別注意這一特點(diǎn)，對應(yīng)力集中處應(yīng)加強(qiáng)配筋構(gòu)造，以優(yōu)化設(shè)計(jì)。
4.3地下室外墻處樓板開洞
由于地下室外墻在樓層板處的支承樓板缺失，外墻的支承條件發(fā)生了改變，對該部分墻體的計(jì)算和配筋構(gòu)造需專門分析，并采取符合實(shí)際受力特點(diǎn)的計(jì)算簡圖進(jìn)行計(jì)算。對該類墻體可采用雙向板的計(jì)算簡圖進(jìn)行計(jì)算，上端簡化為自由端，下端為固定端，左右為固定端并考慮彎矩折減，適當(dāng)增大擋土墻內(nèi)側(cè)分布鋼筋。
5結(jié)論與建議
綜上所述，地下室擋土墻的設(shè)計(jì)，要達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、合理，應(yīng)該從頭至尾做到正確的概念設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確的計(jì)算模式、構(gòu)造和合理的配筋，才能夠保證設(shè)計(jì)結(jié)果既安全又經(jīng)濟(jì)，也是減少或者避免施工過程中安全事故發(fā)生的重要舉措。
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