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摘要：复杂侧壁的设计应充分考虑地下室各方面的实际情况，通过优化设计，使侧壁设计达到经济合理的目的。由于水压力和土压力对结构构件的作用比较复杂，侧壁设计必须合理和易于计算。本文从受力机理对复杂的地下室侧壁进行分析，并提出设计建议，供相关设计人员参考。
Abstract: The unconventional retaining structure design should consideration the actual condition of the basement. Optimizing design makes the retaining structure economic and reasonable. Because of the complexity of the water pressure and soil pressure, the simplified of retaining structure should reasonable. Analysis the stress mechanism of the structure, this paper puts forward reasonable suggestions to related designers.
关键词：复杂侧壁；土压力；水压力
中图分类号：TU432文献标识码：A 文章编号：
Keywords: The unconventional[作者简介：张志浩,男,广东河源人,1984年10月, 硕士研究生,助理工程师,结构设计,广东省建筑设计研究院,广东广州,510623] retaining structure, Water pressure and soil pressure.
前言
地下室侧壁的受力与剪力墙的最大区别在于它是平面外受力（作用力有土压力、水压力或爆炸震动力等），而剪力墙则是平面内受力（墙端部受拉、压，墙段受剪），因此地下室侧壁的受力钢筋主要分布在墙段而不是墙端[1]。非常规侧壁不同于常规1字形侧壁，设计时应从受力机理对结构进行合理简化。本文根据侧壁的实际情况，对“ㄣ”式侧壁进行分析，并提出设计建议，供相关设计人员参考。
1 工程概况
某工程场地位于佛山市南海区，用地面积12261.80 m2，总建筑面积约40285.79m2，设计基准期为50年。地下室为非人防设计，用于车库及商业用房，地面5层为商业用房，房屋高度22.8m。场地土为中软土，II类场地。地下室设防水位及抗浮设计水位标高为 -1.50 m，相当于绝对标高 0.90 m（珠基高程）。由于建筑场地及红线的限制，地下室侧壁设计成“ㄣ”式，如图1所示。
（b）
图1 侧壁剖面图 图2 计算简图 图3 土的减压范围及土压力
2 计算简图
侧壁的计算简图根据侧壁与底板、顶板及与墙正交或斜交连接的柱墙的相对抗弯刚度来确定侧壁的边界条件，或为铰接或为弹性连接。在实际工程设计中，边界条件有时不十分明显，通常在计算端弯矩和跨中弯矩时，对同一边界采用两种不同的支撑假设，按端部固定来计算端弯矩，而按端部铰接来计算跨中弯矩[1]。根据工程实际情况，且考虑到防水的要求，底板处按固端考虑；因地面无水平顶板支撑，侧壁按悬臂板计算，考虑主动土压力进行计算；扶壁柱间距较疏，不能起到支座的作用，不应考虑扶壁柱的作用而简化成图2（a）。
根据以上分析，进行以下假定：①BC段能提供足够的刚度；②忽略扶壁柱的作用；③侧壁按单向板受力计算。取1m板宽进行研究，模型简化为图2（b）所示。
3 荷载取值
土压力“ㄣ”式侧壁墙背形状有变化，根据库仑土压力理论[2]可知墙背C点处的土压力为零，减压范围由C至滑裂面与CD的交点E处为止，如图3所示。左图阴影部分即为减压后的土压力分布，显然BC段越长，减压作用越大。由于减压范围的存在，减少了平台下CD段内土压力的作用。
土压力计算时，AB、BC段按主动土压力、CD段按静止土压力考虑。土压力作用如图4（a）所示。
水压力“ㄣ”式侧壁除考虑AB、CD段的水压力外，不应忽略水平BC段的水浮力作用。
地面堆载及侧壁自重“ㄣ”式侧壁应按常规侧壁一样按活荷载考虑地面堆载，并可考虑结构自重对侧壁的有利作用。
地下室侧壁计算时，处于地下水位以下的水压力和土压力，按有效应力原理分析，水压力与土压力是分开计算的[3]。土压力和水压力引起的效应为永久荷载效应，荷载分项系数取1.35；板自重荷载分项系数取1.0[4]。侧壁所受压力按式（1）~（4）计算。
（1）
（2）
（3）
（4）
其中：p为侧壁侧压力，下标s、w、G、分别代表土压力、水压力和地面堆载等效压力；K为土压力系数，下标o、a代表静止和主动土压力系数。土压力系数K值随土体密实度、固结程度的增加而增加，K值宜由试验确定，当无试验条件时，对砂土可取0.34~0.45，对粘性土可取0.5~0.7[5]。
侧壁受力简图及各部分的受力计算式如图4所示，式中上标“’”和下标C分别代表水的浮容重及混凝土的容重，其余与上同。
（a）土压力 （b）水压力 （c）地面堆载 （d）自重 （a）M（b）N、V
图4 侧壁受力简图 图5 侧壁内力图
4 内力分析
根据地质及荷载条件作侧壁内力图（如图5）。可知，BC、CD均可按压弯构件设计，在满足承载力要求的前提下节省用钢量，并有利于减缓裂缝的开展。根据内力图对侧壁进行配筋，并进行正常使用极限状态验算。另外，应进行多种情况的不利设计，考虑无地下水和扶壁柱作为支座等情况分别作用时的受力，进行包络设计。限于篇幅，无地下水和扶壁柱作为支座等情况的计算从略。
5 构造要求
在满足计算的前提下，还应在构造上提出设计要求。竖向钢筋置于内侧，水平筋置于外侧；水平筋间距宜密不宜疏；当底板与侧壁刚度相近时，为保证计算简图中固端的要求，在底板与侧壁连接处的配筋量需考虑底板和侧壁在该处的弯矩平衡，并从配筋构造上给予保证；混凝土强度等级不宜太高，以减少混凝土的收缩应力。
6 结论与建议
（1）复杂侧壁设计计算应根据侧壁的实际受力情况进行合理简化。
（2）“ㄣ”式侧壁的水平段应具有足够的刚度承受水浮力及竖向侧壁传来的彎矩。
（3）对于土压力，“ㄣ”式侧壁水平段越长，滑裂范围越大，可减小土压力作用，但由于同时受水浮力的作用，水平段过长并不利于侧壁设计，建议设计人员综合考虑。
（4）应进行多种不利情况的包络设计，建议对无地下水和扶壁柱作为支座等情况进行补充分析，确保结构构件的设计安全可靠。
参考文献（REFERENCES）
[1]张元坤,李盛勇.建筑结构设计实用指南[M].广州:广东省土木建筑学会建筑结构学术委员会,2001.
[2] 陈仲颐,周景星,王洪瑾.土压力[M].北京：清华大学出版社,2004.
[3] GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社,2002.
[4] GB50009-2001建筑结构荷载规范（2006版）[S]. 北京：中国建筑工业出版社,2001.
[5] GB50330-2002建筑边坡工程技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社,2002.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
Abstract: The unconventional retaining structure design should consideration the actual condition of the basement. Optimizing design makes the retaining structure economic and reasonable. Because of the complexity of the water pressure and soil pressure, the simplified of retaining structure should reasonable. Analysis the stress mechanism of the structure, this paper puts forward reasonable suggestions to related designers.
关键词：复杂侧壁；土压力；水压力
中图分类号：TU432文献标识码：A 文章编号：
Keywords: The unconventional[作者简介：张志浩,男,广东河源人,1984年10月, 硕士研究生,助理工程师,结构设计,广东省建筑设计研究院,广东广州,510623] retaining structure, Water pressure and soil pressure.
前言
地下室侧壁的受力与剪力墙的最大区别在于它是平面外受力（作用力有土压力、水压力或爆炸震动力等），而剪力墙则是平面内受力（墙端部受拉、压，墙段受剪），因此地下室侧壁的受力钢筋主要分布在墙段而不是墙端[1]。非常规侧壁不同于常规1字形侧壁，设计时应从受力机理对结构进行合理简化。本文根据侧壁的实际情况，对“ㄣ”式侧壁进行分析，并提出设计建议，供相关设计人员参考。
1 工程概况
某工程场地位于佛山市南海区，用地面积12261.80 m2，总建筑面积约40285.79m2，设计基准期为50年。地下室为非人防设计，用于车库及商业用房，地面5层为商业用房，房屋高度22.8m。场地土为中软土，II类场地。地下室设防水位及抗浮设计水位标高为 -1.50 m，相当于绝对标高 0.90 m（珠基高程）。由于建筑场地及红线的限制，地下室侧壁设计成“ㄣ”式，如图1所示。
（b）
图1 侧壁剖面图 图2 计算简图 图3 土的减压范围及土压力
2 计算简图
侧壁的计算简图根据侧壁与底板、顶板及与墙正交或斜交连接的柱墙的相对抗弯刚度来确定侧壁的边界条件，或为铰接或为弹性连接。在实际工程设计中，边界条件有时不十分明显，通常在计算端弯矩和跨中弯矩时，对同一边界采用两种不同的支撑假设，按端部固定来计算端弯矩，而按端部铰接来计算跨中弯矩[1]。根据工程实际情况，且考虑到防水的要求，底板处按固端考虑；因地面无水平顶板支撑，侧壁按悬臂板计算，考虑主动土压力进行计算；扶壁柱间距较疏，不能起到支座的作用，不应考虑扶壁柱的作用而简化成图2（a）。
根据以上分析，进行以下假定：①BC段能提供足够的刚度；②忽略扶壁柱的作用；③侧壁按单向板受力计算。取1m板宽进行研究，模型简化为图2（b）所示。
3 荷载取值
土压力“ㄣ”式侧壁墙背形状有变化，根据库仑土压力理论[2]可知墙背C点处的土压力为零，减压范围由C至滑裂面与CD的交点E处为止，如图3所示。左图阴影部分即为减压后的土压力分布，显然BC段越长，减压作用越大。由于减压范围的存在，减少了平台下CD段内土压力的作用。
土压力计算时，AB、BC段按主动土压力、CD段按静止土压力考虑。土压力作用如图4（a）所示。
水压力“ㄣ”式侧壁除考虑AB、CD段的水压力外，不应忽略水平BC段的水浮力作用。
地面堆载及侧壁自重“ㄣ”式侧壁应按常规侧壁一样按活荷载考虑地面堆载，并可考虑结构自重对侧壁的有利作用。
地下室侧壁计算时，处于地下水位以下的水压力和土压力，按有效应力原理分析，水压力与土压力是分开计算的[3]。土压力和水压力引起的效应为永久荷载效应，荷载分项系数取1.35；板自重荷载分项系数取1.0[4]。侧壁所受压力按式（1）~（4）计算。
（1）
（2）
（3）
（4）
其中：p为侧壁侧压力，下标s、w、G、分别代表土压力、水压力和地面堆载等效压力；K为土压力系数，下标o、a代表静止和主动土压力系数。土压力系数K值随土体密实度、固结程度的增加而增加，K值宜由试验确定，当无试验条件时，对砂土可取0.34~0.45，对粘性土可取0.5~0.7[5]。
侧壁受力简图及各部分的受力计算式如图4所示，式中上标“’”和下标C分别代表水的浮容重及混凝土的容重，其余与上同。
（a）土压力 （b）水压力 （c）地面堆载 （d）自重 （a）M（b）N、V
图4 侧壁受力简图 图5 侧壁内力图
4 内力分析
根据地质及荷载条件作侧壁内力图（如图5）。可知，BC、CD均可按压弯构件设计，在满足承载力要求的前提下节省用钢量，并有利于减缓裂缝的开展。根据内力图对侧壁进行配筋，并进行正常使用极限状态验算。另外，应进行多种情况的不利设计，考虑无地下水和扶壁柱作为支座等情况分别作用时的受力，进行包络设计。限于篇幅，无地下水和扶壁柱作为支座等情况的计算从略。
5 构造要求
在满足计算的前提下，还应在构造上提出设计要求。竖向钢筋置于内侧，水平筋置于外侧；水平筋间距宜密不宜疏；当底板与侧壁刚度相近时，为保证计算简图中固端的要求，在底板与侧壁连接处的配筋量需考虑底板和侧壁在该处的弯矩平衡，并从配筋构造上给予保证；混凝土强度等级不宜太高，以减少混凝土的收缩应力。
6 结论与建议
（1）复杂侧壁设计计算应根据侧壁的实际受力情况进行合理简化。
（2）“ㄣ”式侧壁的水平段应具有足够的刚度承受水浮力及竖向侧壁传来的彎矩。
（3）对于土压力，“ㄣ”式侧壁水平段越长，滑裂范围越大，可减小土压力作用，但由于同时受水浮力的作用，水平段过长并不利于侧壁设计，建议设计人员综合考虑。
（4）应进行多种不利情况的包络设计，建议对无地下水和扶壁柱作为支座等情况进行补充分析，确保结构构件的设计安全可靠。
参考文献（REFERENCES）
[1]张元坤,李盛勇.建筑结构设计实用指南[M].广州:广东省土木建筑学会建筑结构学术委员会,2001.
[2] 陈仲颐,周景星,王洪瑾.土压力[M].北京：清华大学出版社,2004.
[3] GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社,2002.
[4] GB50009-2001建筑结构荷载规范（2006版）[S]. 北京：中国建筑工业出版社,2001.
[5] GB50330-2002建筑边坡工程技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社,2002.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。