地下室擋土牆結構設計分析論文
地下室擋土牆結構設計分析論文
摘要:地下室擋土牆按常規設計時存在著一些安全隱患，綜合考慮不同部位擋土牆的具體受力情況，對擋土牆結構設計進行分析整理與總結，並同時提出了相應的設計建議。
關鍵詞:地下室;擋土牆;設計;建議
目前地下室設計最常用的解決土壓力作用的方法即是結構自擋土，地下室擋土牆是直接接觸土壓力的構件，當按常規設計時，沒有具體問題具體分析，因此，擋土牆設計存在著一些安全隱患。本文將從擋土牆結構設計中計算簡圖的選取、荷載取值、一般部位及特殊部位進行分析整理，總結了地下室擋土牆結構設計時的設計方法及要點。
1地下室擋土牆的計算簡圖的確定常
規設計時，將地下室各層樓板、基礎底板等作為地下室擋土牆的支承，計算簡圖通常按下述方式處理:頂板處簡化為鉸接，基礎底板處簡化為固端，其他地下室樓層作為連續支座，將擋土牆按1m寬板帶簡化為多跨連續梁進行內力計算和配筋，這也是設計人員通常所採用的擋土牆的計算簡圖。但是還應該考慮基礎底板及頂板約束作用的實際大小，否則可能會給相關部分的受力構件帶來安全隱患。且地下室樓板因為使用功能的需要，在車道、樓梯、開洞等處樓板的傳力途徑並不直接，甚至無法作為支承。故在確定地下室外牆的計算簡圖時，必須熟悉地下室各層的佈置和樓板的缺失情況等，考慮由外牆傳來的土壓力的傳力途徑，並保證傳力途徑簡單直接。
2土壓力的取值
2.1靜止土壓力
當擋土牆的剛度很大，在土壓力作用下牆處於靜止狀態即位移為零時，牆后土體處於彈性平衡狀態，因此，地下室擋土牆的土壓力按靜止土壓力計算。土壓力計算公式為:p=γhKo，靜止土壓力系數Ko與土性、土的密實程度等因素有關，在一般情況下，砂土Ko=0.35～0.5，黏性土Ko=0.5～0.7，計算時可近似取為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並採用水土分演算法進行計算。靜止土壓力按下述公式計算:p=K0(q+"z)(z≤hw)p=K0［q+"hw+"’(z－hw)］(z＞hw)式中q—作用於地表的室外荷載，kN/m2;"─土的重度，kN/m3;z─計算土壓力點的深度，m;K0─靜止土壓力系數;"’─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
計算地下室擋土牆時，要考慮室外堆載和消防車荷載的影響，但兩者不同時考慮。室外堆載荷載一般取10kN/m2;根據《全國民用建築工程設計技術措施》［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牆受力分析與設計
3.1地下室擋土牆底部嵌固條件
當基礎底板對側牆有較好的約束時才可以滿足簡化計算模型中固端的條件。當僅採用柱下獨立基礎且沒有抗水板，或者抗水板置於較軟的土層上時，抗水板無法對側牆形成有效的約束作用，此時依然採用基礎底板處簡化為固端的簡化計算模型會導致外牆靠底板處的外側彎矩偏大，而內側彎矩偏小，偏不安全。因此，在進行地下室擋土牆設計時，應對這種情況的地下室側牆跨中彎矩採取乘以放大係數的方式或者按照底部採用不動鉸支座進行包絡設計。
3.2水浮力的附加彎矩作用
當地下室抗浮水位很高時，由於地下水對於底板的作用，會導致底板與外側牆相交處產生一個與側牆根部彎矩方向相反的轉動，此時底板對於側牆的約束作用超過計算模型中固端的假定，實際的.負彎矩可能會大於按照計算模型中固端計算的負彎矩，此時應將地下室底板與側牆彎矩共同計算設計。
3.3次梁對地下室擋土牆的約束作用
由於次梁對地下室擋土牆的約束作用，在有次梁的地方側牆會產生一個較大的負彎矩，這種情況與側牆上部不動鉸支座的計算假定有較大的出入，而計算彎矩值較大，因此，在有次梁的地方應採取特殊的構造措施。建議將次梁的上部鋼筋錨入側牆後往下延伸一段後進行錨固。
4特殊部位地下室擋土牆受力分析與設計
4.1地下室擋土牆轉角處
由於地下室擋土牆轉角處形成了連續支座，按單向板計算時水平向在該處應考慮牆體的嵌固作用，應按轉角處簡化為固端的雙向板計算支座彎矩值(水平向的計算跨度可取牆體高度的2倍)，並按該彎矩配筋。選筋時可考慮分離式配筋，不必與牆體分佈筋協調，支座鋼筋與水平分佈鋼筋採用搭接連線。
4.2臨邊坡道處地下室擋土牆計算
沿地下室外牆佈置車道時，由於車道打斷了地下室外牆的樓板支承，當考慮車道板作為外牆的支承時，應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標高，須透過柱或牆來間接傳遞，建議在車道板的另一側增設鋼筋混凝土牆體，以平衡車道板傳來的水土壓力。車道處由於車道板傾斜，地下室外牆的受力情況相對較複雜。1)車道範圍地下室擋土牆各處的計算跨度均不同。2)由於車道板傾斜，與樓面標高不一致，導致支承地下外牆的水平力不能直接傳遞，其傳力方式有:①車道板一端支承於地下室外牆，一端支承於樑上時，地下室外牆傳遞的水平力先傳給車道板，車道梁板整體作為一個水平放置的受彎構件承受地下室外牆傳來的荷載，受彎構件的跨度為車道板的斜長或有效支承間的距離;②車道板一端支承於地下室外牆，另一端支承於鋼筋混凝土內牆上時，地下室外牆傳遞的水平力先傳給車道板，車道板再將集中力傳遞至內牆上，即內牆需考慮承受外牆傳來的水平荷載，而不僅僅是按構造配筋;③當不符合①、②兩種傳力方式時，則地下室外牆應作為支承於地下室底板的懸挑構件計算。針對車道處地下室外牆的受力特點，計算時對地下室外牆可採取分割槽段計算的方法，根據計算結果對其分割槽段採用不同的配筋方式或構造。然後根據車道板的支承情況，將車道梁板整體作為受彎構件進行計算，或將車道板傳遞的集中荷載傳給地下室內牆進行計算。沿地下室外牆佈置車道時，車道處外牆的高度是變數，跨度變化大，應適當分段計算並配筋，配筋方式應特別注意這一特點，對應力集中處應加強配筋構造，以最佳化設計。
4.3地下室外牆處樓板開洞
由於地下室外牆在樓層板處的支承樓板缺失，外牆的支承條件發生了改變，對該部分牆體的計算和配筋構造需專門分析，並採取符合實際受力特點的計算簡圖進行計算。對該類牆體可採用雙向板的計算簡圖進行計算，上端簡化為自由端，下端為固定端，左右為固定端並考慮彎矩折減，適當增大擋土牆內側分佈鋼筋。
5結論與建議
綜上所述，地下室擋土牆的設計，要達到安全、經濟、合理，應該從頭至尾做到正確的概念設計，準確的計算模式、構造和合理的配筋，才能夠保證設計結果既安全又經濟，也是減少或者避免施工過程中安全事故發生的重要舉措。
參考文獻:
［1］GB50010－2010混凝土結構設計規範［S］．
［2］住房和城鄉建設部工程質量安全監管司．全國民用建築工程設計技術措施(2009)－結構(地基與基礎)［M］．北京:中國計劃出版社，2009．
［3］張克恭，劉松玉．土力學［M］．3版．北京:中國建築工業出版社，2010．
［4］GB50009－2012建築結構荷載規範［S］．