转载：土木吧
再说地下室外墙基础及相关问题
张利军
从上一篇短文（12月25日《地下室外墙及柱的基础型式》）的留言来看，主要集中在下面四个问题：
1. 地下室外墙底部弯矩应考虑全部由墙下条基去承担，不应考虑防水板的微弱作用，因为直接的传力路径是传给条基的。
2. 地下室外墙顶不应假定为铰接？
3. 梁端负筋在外墙顶部的平直锚固段长度应为0.6LabE，而不是0.4LabE？
4. 建议增加“桩基承台+防水板”的基础型式。
下面就这四个问题再讨论一下。
一、地下室外墙底部弯矩应由谁承担
“独立基础+防水板”的基础型式，尽管我们不把它叫做筏板，但依然是整体式基础。地下室外墙固接于此，墙底弯矩是墙下条基承担多一些，还是防水板承担多一些，这是个地基与基础协同受力的问题。如果防水板弱得如一层布，则墙下条基可有明显的转动趋势，进而可有效发挥地基承载能力，则墙底弯矩主要靠墙下条基承担；如果防水板强大无比如铁板一块，没有弯曲变形，则墙底弯矩主要靠防水板承担。现分别叙述如下。
（一）地基反力的分布
1. 地基越刚，地基反力越集中。如岩石地基，地基反力集中在竖向构件下方的很有限范围内。
2.地基越弱，地基反力分布越广。极端情况就是静水中的竹筏，反力均匀分布，是真正的倒楼盖。
3.基础越刚，地基反力分布越广。如果基础是刚体一块，则轴心力作用下的地基反力为均匀分布；在弯矩作用下，距离中心轴越远地基反力越大，即为斜直线分布。
4.基础越弱，地基反力越集中。单独式基础（如柱下独立基础和条形基础）可看作是整体式基础（如筏板基础）的特例，地基反力高度集中。
5.建筑总重量由地基反力和水浮力共同承担。“地基反力+水浮力恒等于建筑总重”。随着水位上升，地基反力逐渐减小，整体式基础逐渐接近于在均布水浮力作用下的倒楼盖。此时，地基反力已不能平衡墙底弯矩，完全由防水板的抗弯承载力来承担。
地基和基础刚度与地基反力分布的基本概念也可参见土木吧2020年11月23日短文《筏基选哪个计算模式更合理》
（二）什么情况下地下室外墙底部弯矩完全由墙下条基承担？
要让墙下条基充分承担弯矩，则基底反力应如下图所示：
这样的反力分布只有在防水板非常弱以至于如上图2一样可忽略不计、墙下条基有明显的转动趋势、地基产生相应的变形，才能平衡墙底弯矩。实际上，防水板并不弱。即使对于地下水位很低、仅起防潮作用的防水板，其厚度不小于250mm、配筋率不小于0.2%，且裂缝宽度按不大于0.2mm控制，这样的防水板不可能在外墙条基附近发生显著的弯曲变形从而使得地基反力发挥到1.2fa的状态。所以，上图1、2所示的地基反力分布不可能出现，也就不可能承担墙底弯矩。
（三）什么情况下地下室外墙底部弯矩完全由防水板承担？
前文说过，随着水浮力上升，地基反力逐渐减小，以至于水浮力逐渐接近建筑总重量，则此时底板为均匀受力的倒楼盖，墙下条基是不能承担弯矩的，墙底弯矩通过防水板的抗弯承载力由第一内柱的独立基础来平衡，如下图。图中fg3即是由外墙底部弯矩引起的第一内柱下基底反力：
（四）地下室外墙底部弯矩主要由防水板承担
实际上，地基既不像铁板那样刚，也不像水那么柔。防水板既不是刚体一块，也不像一层布那样柔弱。墙下条基和防水板谁承担的弯矩多一些，是个通过变形协调从而协同分配的问题。若墙下条基反力分布如图1那样，则地基和基础必然会产生显著的转动变形。但条基与防水板为整体，不可能出现这么大的弯曲变形。而且，地下水位是随季节变动的，地基反力和水浮力都是动态的。有时地基反力多一些，有时水浮力多一些。不管什么情况，墙下条基的转动能力都十分微小，所以墙下条基能够承担的弯矩很小。墙底弯矩主要通过防水板的抗弯能力传给第一内柱基础来平衡，由此产生的第一内柱基底压力为：
综上，由地下室外墙条形基础完全承担墙底弯矩，只有在“防水板特别弱，或者地基无限刚”的特定条件下才可能成立。
二、地下室外墙与顶板可否定义为铰接
计算模型进行适当的简化是必要的。按铰接还是刚接，主要看相对强弱关系。比如，计算地下室外墙时，墙底部与筏板一般按固接，因为筏板的抗弯刚度比外墙大得多，能对墙底截面的转动起到强大的约束作用；但在计算筏板时，墙底部与筏板一般假定为铰接，因为外墙不能约束筏板转动。
同理，计算水土侧压力作用下的地下室外墙内力时，一般将墙顶与地下室顶板的连接假定为铰接，因为顶板跨度远大于层高，且板厚往往小于墙厚，所以顶板的线刚度仅为墙的几分之一，对墙顶的转动约束微弱。中间楼层与地下室外墙也是如此，一般也假定为铰接。
三、梁端负筋在墙柱顶部的平直锚固段长度是0.6LabE还是0.4LabE？
外墙竖向筋在墙顶与板钢筋的关系、或者边柱角柱纵筋在柱顶与梁纵筋的关系，是连接还是锚固？现归纳如下。
（一）阴角锚固，阳角连续或搭接
墙顶或柱顶，与板端或梁端刚接，需要连续传递弯矩，相当于同一个构件的转折，所以钢筋的连接关系是“阴角锚固，阳角连续或搭接”。阴角锚固的平直段长度≥0.4LabE。
1.框架顶层边柱与梁刚接：
2.框架中间楼层梁与边柱刚接：
3.地下室外墙与顶板刚接：
4.地下室外墙与基础刚接：
5.剪力墙水平筋的连接与锚固
6.折梁纵筋的连接：
（二）无法搭接且锚固段保护层厚度<5d时，平直锚固段长度加大到≥0.6LabE
1. 有高差的悬挑梁：
2. 次梁端部负弯矩筋的锚固：
3. 支座两侧负弯矩筋根数不同：
4.梁上悬挑板：
5.剪力墙顶部与板端刚接的两种做法
两种做法可选一。以搭接效果更好。
6.梁端负弯矩筋在出屋面的边柱或角柱内的锚固比较特殊
只有出屋面的边柱和角柱比较特殊，要求梁上筋的平直锚固段长度≥0.6LabE。
综上，梁与柱顶或墙顶刚接时，按梁筋平直锚固段长度≥0.4LabE来确定柱截面的构造宽度或墙的构造厚度是可行的。
（三）需继续讨论的问题：何为锚固区横向构造钢筋？
《混凝土结构设计规范》8.3.1-3要求，“当锚固钢筋的保护层厚度不大于5d时，锚固长度范围内应配置横向构造钢筋”。
横向构造钢筋应该是下图中蓝色箭头所指的拉筋，还是蓝色长框内的附加水平分布筋呢？请大家讨论，该图是否有误？
四、“桩基承台+防水板”的基础型式
在浅层土质较差的场地，“桩基承台+防水板”是很常用的地下室基础型式。柱下为独立承台，墙下一般为单排桩承台梁。考虑到不可避免的桩位垂直轴线偏差，承台梁每侧比桩侧面宽出150mm为宜。因浅层土为软弱土，所以防水板下不需要铺设软垫层。
地下室外墙有柱时，柱下布置双桩，墙下可按承载需要布桩或不布桩。单排桩轴线可与柱列中心线重合，此时尽管外墙有偏心，但偏心弯矩与墙底弯矩反向，所以偏心距不大时无不利影响。地下室外墙无柱时，单排桩轴线与墙中心线重合，桩等间距布置。如下图：
对于墙下单排桩基础，因桩顶与承台铰接，且地基难以提供反力，所以外墙底部弯矩完全由防水板承担，由第一列内柱下的桩反力R来平衡：
尤其对于不是由水浮力控制的防水板设计，要特别注意这个问题。
采用“桩基承台+防水板”时，地基无需分担荷载，且往往地质差水位高，所以底板底部高差一般不采用放坡，而是采用砖胎膜。如上图，也可参见土木吧2020年12月29日短文《地下室底板局部降标高到底用不用放坡》 。
