土木吧丨地下室外墙及柱的基础型式？

地下室外墙及柱的基础型式讨论

张利军

    上一篇短文（12月15日）讨论了偏心基础的不合理性。这篇短文讨论一下偏心基础的合理利用。

在地质条件较好、地下水位较低的情况下，地下室常采用“独立基础+防水板”的基础型式，可充分发挥地基承载力较高的天然优势，比满堂筏板基础具有明显的经济性。“独立基础+防水板”本来是很明晰的基础型式，但在外墙设柱的情况下就有点为难了。墙下是条基，柱下是独基，不止一次看到类似下图这样的设计：

单纯从结构受力角度来说，这样的设计没有问题。但是，基础外轮廓极不规则，给基坑开挖和防水施工带来很多麻烦。我想，对于大多数甲方和施工单位来说，这种设计是不能接受的。

从90年代中到现在，本人设计了很多地下车库。大约在2010年之前，不管边跨跨度多大，地下室外墙是不设柱的，外墙采用条形基础，简单清晰，如下图：

但从2010年以后，或许是受规范的引导，包括外审意见，也纷纷要求外墙设柱。这条规范为：

作者认为，参照这条规范的理念而要求地下室外墙设柱，是不妥的。

一、 地下室外墙设柱的必要性是什么？

1. 规范说的是剪力墙，其受力特征是平面内受弯剪，且轴压较大，平面外不受力。平面外的弯矩对剪力墙的稳定很不利，所以要尽量避免垂直于墙面搭梁，且梁墙刚接。

而地下室外墙主要是承受水土侧压力，为平面外受弯，且轴压力很小，所以经常忽略轴力而将地下室外墙按竖向放置的的连续梁计算。不存在平面外的稳定问题。

可见，规范中说的剪力墙与地下室外墙的受力特征是完全不同的。

2. 地下室顶梁的端弯矩对地下室外墙是有利的，而不是不利的。

下图1是地下室外墙水土侧压力分布和弯矩图；

图2是地下室外墙在顶梁端弯矩M _b 作用下的弯矩图；

图3是图1与图2的叠加。可以看出，在Mb作用下，地下室外墙的控制截面弯矩，无论是墙根部负弯矩M’，还是墙中正弯矩M，都有所减小，甚至大幅减小。所以说，地下室外墙搭梁是有利的，而不是不利的。

3. 地下室外墙设柱是梁端纵筋锚固的需要

梁端上下纵筋在地下室外墙内的平直锚固段长度的要求，是地下室外墙设柱的必要性所在 。下图摘自标准图集《16G101-1》：

以一、二级抗震等级，C35混凝土，HRB400级的Φ25钢筋为例，平直锚固段长度为：

考虑施工误差等，地下室外墙厚度至少需要450mm，或者设柱，否则梁端纵筋“放不下”。

4. 墙顶弯矩M _b 对外墙的影响

图3弯矩图与图1相比较，最显著的变化是梁端对墙顶作用有弯矩M _b 。现分别试算以下四种情况，以确定梁端负弯矩对墙的影响：

（1） 不设柱

墙顶弯矩是Mb=-235kN.m。程序未给出梁端弯矩影响范围内的墙配筋。

（2） 设暗柱

为了验算梁端弯矩对墙局部纵筋的影响，设置独立暗柱，以计算梁端弯矩引起的暗柱配筋。暗柱的截面宽度参照《高规》7.1.6-3取为“梁宽+2倍墙厚=1100mm”，计算结果如下：

（3） 设锚固柱

柱截面高度以满足梁纵筋平直锚固段长度要求为准，取为450mm。计算结果如下：

（4） 设正常柱，即柱截面同内柱，计算结果如下：

由以上对比可见，柱截面越大，梁端弯矩及柱配筋越大。但无论哪种情况，配筋量均不算大，配筋没有难度。以独立暗柱的配筋和梁端弯矩为最小。也就是说，柱越弱，对梁端约束越小，相应地梁对墙平面外的影响越小。

5. 小结

（1） 如果梁纵筋平直锚固段能满足要求，如边跨跨度较小、或地下室外墙较厚等，则完全可以不设柱，或仅设置暗柱。

（2） 如需设柱，则满足梁纵筋平直锚固段长度要求即可。

二、 地下室外墙的基础型式

地下室外墙不设柱时，内柱为独立基础，外墙为条基，地下室外轮廓简单整齐。如果外墙设柱，则柱为集中荷载，墙为线荷载，尽管外墙能扩散柱轴力，但因墙柱不同心，扩散效果及墙柱偏心引起的墙内应力分布难以准确把握，等宽的条形基础总让人不放心，所以就出现前文那种独立基础突出到地下室外的情况。         保持基础外轮廓齐平，可少占场地，减少土方量，方便基坑支护和防水施工。现以最常见的地库型式为例，合理利用柱下偏心基础，以达到基础外轮廓齐平的效果，供参考。

1. 纯地下室外墙和柱的基础型式

采用如下左图“ 墙下条基+柱下偏心独基 ”的基础型式。设计过程如下：

设地下室柱网为8.1x8.1米，顶板厚度0.3米，外墙厚度0.3米，层高3.8米。顶板覆土厚度1.5米。

地基承载力特征值：fa=150kPa。（因基础周边设置软垫层，对地基土无约束，所以不应进行深度修正），地下抗浮水位低于地下室底板。

顶板恒荷载：0.3x25+1.5x18+1.0=35.5kN/m ² ；（1.0为板底吊挂管道）。

顶板活荷载：5.0 kN/m ² ；

地下室外墙竖向荷载折合为均布线荷载：

g=0.3x3.8x25+（35.5+5）x8.1x0.5x0.5=110.5 kN/m；

外墙柱轴力和弯矩由SATWE计算结果读出：

将柱轴力向地下室内侧平移e=0.2m，将柱下独基形心置于平移后的轴力作用点，则基底为均匀受压。柱下独基的宽度（垂直于墙面）为：

由此可建立两个方程：

基础尺寸如上图左下所示。剖面见下图：

2. 上部结构的地下室外墙和柱的基础型式

如果地下室外墙上的柱是由上部结构延伸下来的，则优先按上图2-2剖面设计。如果柱轴力较大，墙柱不同心问题更加突出，偏心独立基础难以保证基础外侧齐平，则可设计成柱下梁式条形基础，见剖面3-3。条基定位要注意照顾到柱墙偏心的问题。

3. 边跨防水板要兼顾地下室外墙根部固接的需要

地下室外墙计算时，其根部一般均假定为固接，所以在防水板配筋设计时，要顾及到这一点，如下图所示：

尽管地基反力能平衡掉一部分固端弯矩，但量值有限且不好准确确定，所以实际设计时，以防水板抗弯承载力不低于外墙根部弯矩设计值为宜。

三、 总结

1. 地下室外墙设柱是为了地下室顶梁纵筋的锚固需要。地下室顶梁与外墙刚接不影响地下室外墙平面外的安全性。

2. 当地下室顶梁纵筋锚固满足要求时，可不设外墙柱，或者只设暗柱。

3. 地下室外墙设柱时，可采用墙下条形基础，并将柱底条基向内侧加宽，保持基础外侧齐平。

4. 如果柱轴力较大，可采用基础梁式条形基础。

5. 外墙柱不能分担水土侧压力。任何情况下都不应将外墙柱作为外墙的支座。外墙的支座只有地下室楼层板或地下室内部的钢筋混凝土墙。

6. 如果地质条件较差，独基较大；或者地下水位较高，底板设计由水浮力控制，则不宜采用“独立基础+防水板”，应采用满堂筏板基础。

四、 待讨论的问题

因防水板下铺设软垫层，独立基础的总荷载计算时，要不要将防水板自重和板面活荷载传递到独立基础？大家都是怎么做的？

我以前的做法是，活荷载要传递到独立基础。防水板自重由软垫层承受，不传到独立基础。因为防水板浇筑时为流体，其自重直接由软垫层传到正下方的地基土，凝固以后也不可能重新传递到独基。但活荷载是使用过程中的荷载，不可能由正下方地基承受，而是传递到独基。