地下室外墙挡土墙的计算

地下室外墙（挡土墙）的计算
1计算方法
1.1计算简图
①根据墙板长边与短边支承长度的比例关系，地下室外墙（挡土墙）、窗井外墙按双向板或单向板计算。

②对单层或多层地下室外墙，当基础底板厚度不小于墙厚时，可按底边固结于基础、顶边铰接于地下室顶板的单跨或连续板计算。

当基础底板厚度小于墙厚时，底边按铰接计算。

窗井外墙顶边按自由计算。

墙板两侧根据实际情况按固结或铰接考虑。

③墙板的支承条件应符合实际受力状态，作为墙板支座的基础和内墙（或扶壁柱），其内力和变形应满足设计要求。

1.2计算荷载
图一地下室外墙压力分布
地下室外墙承受竖向荷载和水平荷载。

竖向荷载包括地下室外墙自重、上部建筑（结构构件和围护构件）竖向荷载、地下室各层楼板传递的竖向荷载。

水平荷载包括土压力（地下水位以下为土水混合压力）、地下水压力、室外地面活荷载引起的侧压力、人防外墙等效静荷载。

2计算中需注意的问题
2.1《全国民用建筑工程设计技术措施/结构/地基与基础》（2009年版）[1]第5.8.11条和《北京市建筑设计技术细则-结构专业》（2005版）[2]第2.1.6条对室外地面活荷载，建议取5kN/m2（包括可能停放消防车的室外地面）。

该规定适用于有上部结构的地下室外墙，且当考虑消防车时消防车重不超过30吨。

其出发点是行车道距离建筑物外墙总是有一定距离的，即一般情况下汽车不可能紧贴上部建筑外墙行驶（《城市居住区规划设计规范》、《建筑设计防火规范》等对室外行车道距离建筑物外墙的距离有明确规定），消防车更不可能紧贴上部建筑外墙进行消防扑救（因消防云梯车在工作时受云梯高度和仰角的制约必须与建筑物外墙保持一定距离）。

但是，对于没有上部结构的纯地下车库，或处于上部结构范围之外的地下室外墙，以及消防车重超过30吨的，笼统地按5kN/m2计算是有问题的，应当根据车道与地下室外墙的位置关系、地下室顶板覆盖层厚度及其应力扩散角、车辆轮压按实际情况计算。

2.2计算水压力时，当勘察报告提供了地下室外墙水压力分布时，按勘察报告计算；当勘察报告未提供时，可取历史最高水位和近3~5年的最高水位的平均值（水位高度包括上层滞水），水压力按静止压力直线分布计算。

则相对更为简化，要求验算地下室外墙承载力时，水位高度可按最近3~5年的最高水位（水位高度包括上层滞水）。

如果勘察报告提供了抗浮设计水位，在计算地下室外墙承载力时应按抗浮设计水位计算。

2.3计算地下室外墙土压力时，对采用大开挖方式施工的地下室，当没有护坡桩或连续墙支护时，地下室外墙土压力取静止土压力。

《建筑地基基础设计规范GB50007-2011》静止土压力系数宜通过试验测定，当无试验条件时，对正常固结土，静止土压力系数可按表24估算。

静止土压力系数K=1-sinφ（φ为土的内摩擦角）。

当基坑支护采用护坡桩或连续墙时，除考虑支护结构和地下室外墙共同作用的情况外，地下室外墙土压力按静止土压力系数K乘以折减系数0.66计算（文[1]第5.8.11条，文[2]第2.1.16条）。

例如，北京地区静止土压力系数K一般取0.5，乘以折减系数0.66后即为0.33。

2.4计算地下水位以下土对地下室外墙的侧压力时，土的重度应取有效重度。

有效重度=饱和重度-水重度（取10kN/m3），不应用天然重度减去水重度计算有效重度。

当岩土工程勘查报告只提供了土的天然重度而没有提供饱和重度时，可根据报告提供的土粒比重（土粒相对密度）和孔隙比求出饱和重度，即：
饱和重度=[(土粒比重-1)／(1+孔隙比)]×水重度
有效重度一般在8～13kN/m3。

北京地区一般第四纪土的有效重度可取11kN/m3。

2.5文[1]第5.8.11条提出，配筋计算时，外墙的侧向压力分项系数取1.3。

这是指在完成荷载组合之后，对其荷载效应乘以该分项系数，适用于仅考虑水平荷载的情况。

从受力状态上讲，地下室外墙属于压弯构件，同时存在水平荷载和竖向荷载。

一般情况下，地下室外墙计算时可以忽略竖向荷载作用，是因为竖向荷载引起的效应在荷载效应组合中所占比例很低，对配筋结果的影响很小。

但是对于地下室外墙上部有较大荷载的情况，例如地下室外墙与上部结构剪力墙相连的情况，当竖向荷载较大已经不可忽略时，仍应按恒、活荷载效应的比例确定具体分项系数，按压弯构件计算，并与按纯弯计算的结果比较，选较大值配筋。

2.6计算地下室外墙配筋时，如果考虑地下室外墙扶壁柱的支承作用，就必须考虑按外墙传递的荷载计算扶壁柱的内力和变形。

当扶壁柱与上部结构框架柱相连时，扶壁柱的内力要考虑上部结构的整体作用。

当上部结构的柱距较大时，可在地下室外墙加设扶壁柱，用以减小墙板的跨度，进而减小扶壁柱承担的水平荷载。

当扶壁柱承担较大的上部结构传递的竖向荷载时，应按压弯构件计算。

当扶壁柱承担的竖向荷载较小时，例如仅地下室设置的扶壁柱，可按底端固结、顶端连续的竖向单跨梁（或连续梁）计算。

2.7对剪力墙结构的地下室挡土墙，应尽可能利用垂直于外墙方向的剪力墙作为外墙板的支座，按双向板计算配筋。

对框架结构的地下室挡土墙，按竖向单向板计算配筋较为稳妥。

挡土墙配筋可以采用通长钢筋+附加短筋（竖向、水平或两者兼有）的方式，而不必一律通长，以节约钢材。

2.8窗井墙当平面长度较大时，可在其中部设置内隔墙作为窗井墙的支座，根据窗间墙长度确定工字形截面，按底部嵌固于基础、顶部铰接于地下室顶板的竖向梁计算其承载力和变形。

图二窗井墙
2.9根据一般民用建筑工程混凝土结构所处的环境类别[3]，外墙外侧钢筋的混凝土保护层厚度取30mm已经足够，如无特殊需要，不必加厚。

设有防水层的人防外墙，混凝土保护层厚度取30mm。

[4]
2.10当室内有回填土及刚性地坪时，可以考虑刚性地坪的有利作用，减小外墙的计算高度。

此时，应要求施工时先回填室内，后回填室外，回填土的压实系数不应小于0.94。

2.11当地下室外墙计算时确定底部为固结支座(即外墙固结于基础)，侧壁底部与相连的基础底板应满足弯矩平衡条件，底板的抗弯能力不应小于侧壁。

尤其对窗井外墙、地下车道外墙敞口段，车道侧壁等悬臂构件，要特别注意底板的抗弯能力不应小于侧壁底部。

2.12由于一般地下室外墙所受弯矩是底部最大，因此一般竖向钢筋置于外层，水平钢筋置于内层，使挡土墙在承受水平荷载时有效高度最大，抗弯能力最高。

《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（现浇钢筋混凝土框架、剪力墙、梁、板）11G101-1》规定地下室外墙的水平筋在内层，但当设计有不同要求时，应按设计要求施工。

当大多数墙板的两侧弯矩相较于底端为大时，就应改换钢筋内外位置。

2.13地下室外墙的混凝土强度等级应尽量采用低等级，因为混凝土强度等级越高，水泥用量越大，就越容易产生收缩裂缝。

混凝土强度等级的确定，同时应符合规范规定的环境类别。

当地下室有防水要求时，根据相关规范，地下室外墙的抗渗等级应由最大水头与墙厚之比确定，且不低于P6。

2.14有抗震设防的建筑物，其地下室外墙防水保护墙不应采用聚苯板，而应采用非粘土砖保护墙或厚度很薄（一般5mm）的聚乙烯泡沫塑料片材，以保障地下室四周土体对建筑物的有效约束。

某些建筑设计图集中，允许采用聚苯板作为保护墙，是错误的。

2.15当为两层或多层地下室时，其外墙可根据侧向压力、层高的大小，自下而上逐层减小墙厚，以节约混凝土和钢材。

2.16地面层开洞位置（如楼梯间、地下车道）地下室外墙顶部无楼板支撑，计算模型的支座条件和配筋构造均应与实际相符。

3结语
本文简单讨论了地下室外墙（挡土墙）的计算问题，期待各位同行批评指正。

参考文献：
[1]《全国民用建筑工程设计技术措施/结构/地基与基础》（2009年版），北京：中国计划出版社，2010年12月。

[2]北京市建筑设计技术细则-结构专业，北京：经济科学出版社，2005年6月。

[3]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S]，北京：中国建筑工业出版社，2011年5月。

[4]2009年版全国民用建筑工程设计技术措施-防空地下室，北京：中国计划出版社，2009年12月。