箱式反力墙设计研究综述

凌丝露,刘 麒

（1.江西工业职业技术学院;2.中国瑞林工程技术有限公司,南昌 330000）

箱式反力墙设计研究综述

凌丝露1,刘 麒2

（1.江西工业职业技术学院;2.中国瑞林工程技术有限公司,南昌 330000）

结构试验反力墙是一种大型特种结构，具有高承载力、大刚度等特点，本文根据目前已有文献，对箱式反力墙的尺寸与选型、设计参数、荷载工况进行了总结。

箱式反力墙；尺寸；选型；设计参数；荷载工况

1 前言

近年来，随着我国经济实力的不断进步，科技人才的培养也显得尤为重要。我国各大高校也积极响应国家政策，加强教学硬件的设置。对于土木工程类院校，结构实验室的建设成为了重中之重。反力墙是结构实验室中占地较大、使用率较高的特种结构，反力墙通过固定于墙体上的水平作动器为试件提供水平荷载，因此它受到往返两个方向的水平力。反力墙多用来进行拟动力试验或静力试验，比如多层框架的抗震性能分析等。它不同于普通墙体，它具有承载力高、刚度大的特点。近年来对反力墙的研究越来越多,为了给后续的研究者提供方便，作者将近年来关于反力墙的研究进行了分类总结。

为满足反力墙承载力和刚度的要求，可以分为钢结构钢筋混凝土结构两种形式。钢结构造价过高，而对于大多数高校结构实验室来说，钢筋混凝土结构的反力墙既能满足试验要求又能节约经费，因此成为反力墙的主要结构形式，本文只针对钢筋混凝土结构的反力墙进行讨论。根据目前已有文献，本文对箱式反力墙的尺寸与选型、设计参数、荷载工况进行了总结。

2 反力墙的尺寸与选型

目前的结构实验室一般建有X、Y双向反力墙，部分实验室建有单向反力墙，这主要取决于该试验室的规模大小和试验需求。双向反力墙有两种做法，一种是X面与Y面之间设有间隙，间隙处可设置楼梯间，通过楼板、拉梁将两面墙进行拉结；另一种则是两方向反力墙交结成整体，不设间隙。反力墙一般设计为室内外均可使用的结构形式，并与试验台座连成整体。反力墙的尺寸的大小主要取决于以下几个因素：（1）结构实验室的规模大小；（2）试验的要求，需要考虑几个试验在台座上同时进行的可能性以及试验构件的尺寸大小，高度在11m至12m的反力墙可以进行五层小尺寸框架结构试验，内外均能使用的反力墙一般高宽各10m左右，厚4m左右。

根据对目前已有文献的总结发现，反力墙的结构形式也主要有槽式和箱式两种。本文将墙高大于9m的反力墙称为大型反力墙，墙高越大，其对最大水平位移要求更高，因此建议选择箱式结构更能满足试验要求。

3 反力墙的设计参数

由于近年来箱式反力墙台座在各高校结构试验室中广泛使用，所以作者主要针对箱式反力墙和箱式试验台座，对它的各方面细节设计进行了总结。

（1）混凝土强度等级。反力墙要求具有较大的承载力和刚度，所以其对混凝土强度等级要求比一般住宅高。目前，反力墙一般选择强度等级为C40至C60的混凝土，其中以选择C40的混凝土居多。反力墙对裂缝的控制要求同样非常高，所以不宜选择强度等级过高的混凝土，建议选用C40的混凝土。

（2）墙厚。箱型反力墙墙厚跟其规模大小以及墙板受力情况有关。由于反力墙必须具备较大的刚度，所以配筋量比一般墙体大，墙体的厚度也比普通外墙大。国内现有文献中，中小型规模的箱式反力墙墙身厚多定为300mm至600mm，但本文认为，反力墙正反两面外墙因承受大部分弯矩、拉压力和剪力，且其对裂缝、顶点最大水平位移要求非常高，因此厚度需适当增加，建议选择500mm至800mm为宜。反力墙墙肢在试验荷载作用下的最大拉压应力为反力墙正反外墙的最大拉压应力的一半，所以也可以按一般墙厚取值，取300mm至600mm即可。对于大型反力墙，这些数值可以相应增加，但不宜超过1200mm。

（3）加载孔径大小和间距。加载孔径大小与螺栓孔预埋件的直径大小有关，由于孔洞对反力墙和试验台座的整体刚度有削弱作用，所以加载孔孔径不宜过大，可选孔径为50mm至100mm不等。加载孔间距与该实验室规模大小及试验需求有关，加载孔不宜布置得过密也不宜过稀，布置过密会增大施工难度，布置过稀会导致试验构件定位不方便，如果加载孔径偏小接近50mm，孔距可定为500mm，如果加载孔径偏大接近100mm，孔距可以定为600mm。

（4）单孔最大承载力。单孔最大承载力的大小与反力墙、试验台座、试验器材的型号以及试验规模有关，可选择的范围有：150kN，250kN，300kN，500kN。试验规模越大，单孔最大承载力也要相应得增加。

（5）反力墙顶点最大水平位移。由《高层建筑设计规范》可知，高度不大于150m的框架结构的最大层间位移为H/550，框架-剪力墙结构为H/800，剪力墙结构为H/1000。目前已有文献中记录的反力墙设计项目中使用的顶点最大水平位移限值有H/1000、H/1800、H/2000、H/3000，其中以选择H/1000作为限值的居多。反力墙和剪力墙受力略为相似，所以可以考虑选择H/1000或略小于H/1000为其限值。反力墙顶点最大水平位移的确定还要考虑该实验室试验的需求以及反力墙自身的规模大小，墙高增加，限制也要相应减少，较大的反力墙或者试验要求较高的反力墙可以相应选择更小的限值例如H/2000。

4 反力墙的荷载工况

反力墙的作用是给试验构件提供反力，因此墙身主要受到沿水平方向的荷载，反力墙底部也因此成为了应力最大的部位。在对反力墙和试验台座进行设计时，需要考虑可能出现的最不利荷载工况。归纳总结现有文献中的主要几种最不利荷载工况如下。

（1）反力墙顶施加100kN/m的水平线荷载。反力墙对裂缝以及墙顶最大水平位移的控制要求非常高，因此建模时可在墙顶施加最大水平线荷载，用以控制裂缝和墙顶最大水平位移，荷载工况如图1所示。

图1 荷载工况

图2 荷载工况

（2）考虑利用反力墙进行多层框架试验。该荷载工况是考虑利用反力墙进行水平力作用下的四层框架结构试验，反力墙的荷载工况如图2所示，F1=1200kN，F2=1000kN，F3=500kN，F4=250kN，F5=F6=3500kN。施加的荷载大小是按每个加载孔最大承载力300kN进行取值的。

以上两种荷载工况都是单个试验单独进行的情况。考虑到试验室同时进行数个试验的可能性，作者补充了一种可能出现的最不利荷载工况。

（3）考虑同时进行多层框架试验和多层排架试验。多层框架试验受两个方向的水平荷载作用。通过简单分析可知，该框架试验在L型反力墙相交处进行时对反力墙受力最不利。多层排架试验受平行于排架方向的水平荷载作用，该试验在反力墙最外边缘进行时对反力墙受力最不利。荷载工况如图3所示。

图3 荷载工况

5 结语

反力墙属于设计指标要求高的试验用特种结构，但因其建设数量不多，因此目前对其设计参数的选取和设计方法国内外尚无现成的规范可供参考，各高校、科研单位的反力墙、台座所用的设计参数差异较大，本文根据目前查阅到的文献对反力墙和试验台座设计时需要用到的参数进行了粗略的归纳总结。为了使反力墙的设计更加规范化、

经济化，其在设计过程中还有许多问题值得深入研究解决，例如：加载孔孔径的最大及最小限值、反力墙墙肢预应力筋的配置方式、箱式反力墙墙肢开洞的大小限制、有粘结与无粘结预应力筋的比较选择等。

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

凌丝露（1989-）,女,江西宜春人,硕士,助教,主要研究方向：结构工程。