箱式反力墻設(shè)計(jì)研究綜述

凌絲露,劉 麒

（1.江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院;2.中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司,南昌 330000）

箱式反力墻設(shè)計(jì)研究綜述

凌絲露1,劉 麒2

（1.江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院;2.中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司,南昌 330000）

結(jié)構(gòu)試驗(yàn)反力墻是一種大型特種結(jié)構(gòu)，具有高承載力、大剛度等特點(diǎn)，本文根據(jù)目前已有文獻(xiàn)，對(duì)箱式反力墻的尺寸與選型、設(shè)計(jì)參數(shù)、荷載工況進(jìn)行了總結(jié)。

箱式反力墻；尺寸；選型；設(shè)計(jì)參數(shù)；荷載工況

1 前言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷進(jìn)步，科技人才的培養(yǎng)也顯得尤為重要。我國(guó)各大高校也積極響應(yīng)國(guó)家政策，加強(qiáng)教學(xué)硬件的設(shè)置。對(duì)于土木工程類院校，結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)成為了重中之重。反力墻是結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室中占地較大、使用率較高的特種結(jié)構(gòu)，反力墻通過固定于墻體上的水平作動(dòng)器為試件提供水平荷載，因此它受到往返兩個(gè)方向的水平力。反力墻多用來進(jìn)行擬動(dòng)力試驗(yàn)或靜力試驗(yàn)，比如多層框架的抗震性能分析等。它不同于普通墻體，它具有承載力高、剛度大的特點(diǎn)。近年來對(duì)反力墻的研究越來越多,為了給后續(xù)的研究者提供方便，作者將近年來關(guān)于反力墻的研究進(jìn)行了分類總結(jié)。

為滿足反力墻承載力和剛度的要求，可以分為鋼結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩種形式。鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)過高，而對(duì)于大多數(shù)高校結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室來說，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的反力墻既能滿足試驗(yàn)要求又能節(jié)約經(jīng)費(fèi)，因此成為反力墻的主要結(jié)構(gòu)形式，本文只針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的反力墻進(jìn)行討論。根據(jù)目前已有文獻(xiàn)，本文對(duì)箱式反力墻的尺寸與選型、設(shè)計(jì)參數(shù)、荷載工況進(jìn)行了總結(jié)。

2 反力墻的尺寸與選型

目前的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室一般建有X、Y雙向反力墻，部分實(shí)驗(yàn)室建有單向反力墻，這主要取決于該試驗(yàn)室的規(guī)模大小和試驗(yàn)需求。雙向反力墻有兩種做法，一種是X面與Y面之間設(shè)有間隙，間隙處可設(shè)置樓梯間，通過樓板、拉梁將兩面墻進(jìn)行拉結(jié)；另一種則是兩方向反力墻交結(jié)成整體，不設(shè)間隙。反力墻一般設(shè)計(jì)為室內(nèi)外均可使用的結(jié)構(gòu)形式，并與試驗(yàn)臺(tái)座連成整體。反力墻的尺寸的大小主要取決于以下幾個(gè)因素：（1）結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模大小；（2）試驗(yàn)的要求，需要考慮幾個(gè)試驗(yàn)在臺(tái)座上同時(shí)進(jìn)行的可能性以及試驗(yàn)構(gòu)件的尺寸大小，高度在11m至12m的反力墻可以進(jìn)行五層小尺寸框架結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，內(nèi)外均能使用的反力墻一般高寬各10m左右，厚4m左右。

根據(jù)對(duì)目前已有文獻(xiàn)的總結(jié)發(fā)現(xiàn)，反力墻的結(jié)構(gòu)形式也主要有槽式和箱式兩種。本文將墻高大于9m的反力墻稱為大型反力墻，墻高越大，其對(duì)最大水平位移要求更高，因此建議選擇箱式結(jié)構(gòu)更能滿足試驗(yàn)要求。

3 反力墻的設(shè)計(jì)參數(shù)

由于近年來箱式反力墻臺(tái)座在各高校結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室中廣泛使用，所以作者主要針對(duì)箱式反力墻和箱式試驗(yàn)臺(tái)座，對(duì)它的各方面細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。

（1）混凝土強(qiáng)度等級(jí)。反力墻要求具有較大的承載力和剛度，所以其對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)要求比一般住宅高。目前，反力墻一般選擇強(qiáng)度等級(jí)為C40至C60的混凝土，其中以選擇C40的混凝土居多。反力墻對(duì)裂縫的控制要求同樣非常高，所以不宜選擇強(qiáng)度等級(jí)過高的混凝土，建議選用C40的混凝土。

（2）墻厚。箱型反力墻墻厚跟其規(guī)模大小以及墻板受力情況有關(guān)。由于反力墻必須具備較大的剛度，所以配筋量比一般墻體大，墻體的厚度也比普通外墻大。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有文獻(xiàn)中，中小型規(guī)模的箱式反力墻墻身厚多定為300mm至600mm，但本文認(rèn)為，反力墻正反兩面外墻因承受大部分彎矩、拉壓力和剪力，且其對(duì)裂縫、頂點(diǎn)最大水平位移要求非常高，因此厚度需適當(dāng)增加，建議選擇500mm至800mm為宜。反力墻墻肢在試驗(yàn)荷載作用下的最大拉壓應(yīng)力為反力墻正反外墻的最大拉壓應(yīng)力的一半，所以也可以按一般墻厚取值，取300mm至600mm即可。對(duì)于大型反力墻，這些數(shù)值可以相應(yīng)增加，但不宜超過1200mm。

（3）加載孔徑大小和間距。加載孔徑大小與螺栓孔預(yù)埋件的直徑大小有關(guān)，由于孔洞對(duì)反力墻和試驗(yàn)臺(tái)座的整體剛度有削弱作用，所以加載孔孔徑不宜過大，可選孔徑為50mm至100mm不等。加載孔間距與該實(shí)驗(yàn)室規(guī)模大小及試驗(yàn)需求有關(guān)，加載孔不宜布置得過密也不宜過稀，布置過密會(huì)增大施工難度，布置過稀會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)構(gòu)件定位不方便，如果加載孔徑偏小接近50mm，孔距可定為500mm，如果加載孔徑偏大接近100mm，孔距可以定為600mm。

（4）單孔最大承載力。單孔最大承載力的大小與反力墻、試驗(yàn)臺(tái)座、試驗(yàn)器材的型號(hào)以及試驗(yàn)規(guī)模有關(guān)，可選擇的范圍有：150kN，250kN，300kN，500kN。試驗(yàn)規(guī)模越大，單孔最大承載力也要相應(yīng)得增加。

（5）反力墻頂點(diǎn)最大水平位移。由《高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，高度不大于150m的框架結(jié)構(gòu)的最大層間位移為H/550，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)為H/800，剪力墻結(jié)構(gòu)為H/1000。目前已有文獻(xiàn)中記錄的反力墻設(shè)計(jì)項(xiàng)目中使用的頂點(diǎn)最大水平位移限值有H/1000、H/1800、H/2000、H/3000，其中以選擇H/1000作為限值的居多。反力墻和剪力墻受力略為相似，所以可以考慮選擇H/1000或略小于H/1000為其限值。反力墻頂點(diǎn)最大水平位移的確定還要考慮該實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的需求以及反力墻自身的規(guī)模大小，墻高增加，限制也要相應(yīng)減少，較大的反力墻或者試驗(yàn)要求較高的反力墻可以相應(yīng)選擇更小的限值例如H/2000。

4 反力墻的荷載工況

反力墻的作用是給試驗(yàn)構(gòu)件提供反力，因此墻身主要受到沿水平方向的荷載，反力墻底部也因此成為了應(yīng)力最大的部位。在對(duì)反力墻和試驗(yàn)臺(tái)座進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮可能出現(xiàn)的最不利荷載工況。歸納總結(jié)現(xiàn)有文獻(xiàn)中的主要幾種最不利荷載工況如下。

（1）反力墻頂施加100kN/m的水平線荷載。反力墻對(duì)裂縫以及墻頂最大水平位移的控制要求非常高，因此建模時(shí)可在墻頂施加最大水平線荷載，用以控制裂縫和墻頂最大水平位移，荷載工況如圖1所示。

圖1 荷載工況

圖2 荷載工況

（2）考慮利用反力墻進(jìn)行多層框架試驗(yàn)。該荷載工況是考慮利用反力墻進(jìn)行水平力作用下的四層框架結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，反力墻的荷載工況如圖2所示，F(xiàn)1=1200kN，F(xiàn)2=1000kN，F(xiàn)3=500kN，F(xiàn)4=250kN，F(xiàn)5=F6=3500kN。施加的荷載大小是按每個(gè)加載孔最大承載力300kN進(jìn)行取值的。

以上兩種荷載工況都是單個(gè)試驗(yàn)單獨(dú)進(jìn)行的情況。考慮到試驗(yàn)室同時(shí)進(jìn)行數(shù)個(gè)試驗(yàn)的可能性，作者補(bǔ)充了一種可能出現(xiàn)的最不利荷載工況。

（3）考慮同時(shí)進(jìn)行多層框架試驗(yàn)和多層排架試驗(yàn)。多層框架試驗(yàn)受兩個(gè)方向的水平荷載作用。通過簡(jiǎn)單分析可知，該框架試驗(yàn)在L型反力墻相交處進(jìn)行時(shí)對(duì)反力墻受力最不利。多層排架試驗(yàn)受平行于排架方向的水平荷載作用，該試驗(yàn)在反力墻最外邊緣進(jìn)行時(shí)對(duì)反力墻受力最不利。荷載工況如圖3所示。

圖3 荷載工況

5 結(jié)語

反力墻屬于設(shè)計(jì)指標(biāo)要求高的試驗(yàn)用特種結(jié)構(gòu)，但因其建設(shè)數(shù)量不多，因此目前對(duì)其設(shè)計(jì)參數(shù)的選取和設(shè)計(jì)方法國(guó)內(nèi)外尚無現(xiàn)成的規(guī)范可供參考，各高校、科研單位的反力墻、臺(tái)座所用的設(shè)計(jì)參數(shù)差異較大，本文根據(jù)目前查閱到的文獻(xiàn)對(duì)反力墻和試驗(yàn)臺(tái)座設(shè)計(jì)時(shí)需要用到的參數(shù)進(jìn)行了粗略的歸納總結(jié)。為了使反力墻的設(shè)計(jì)更加規(guī)范化、

經(jīng)濟(jì)化，其在設(shè)計(jì)過程中還有許多問題值得深入研究解決，例如：加載孔孔徑的最大及最小限值、反力墻墻肢預(yù)應(yīng)力筋的配置方式、箱式反力墻墻肢開洞的大小限制、有粘結(jié)與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的比較選擇等。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.017

凌絲露（1989-）,女,江西宜春人,碩士,助教,主要研究方向：結(jié)構(gòu)工程。