現澆磷石膏‐混凝土網格式框架組合墻軸心受壓靜力試驗研究

羅 玚

（蘭州工業學院， 甘肅 蘭州 730050）

單純的軸心受壓狀態在實際工程中很少碰到，但它考慮的影響因素少，有利于考察現澆磷石膏墻和網格式框架的傳力途徑，因而是研究組合墻其他受力狀態力學性質的基礎。本文對現澆磷石膏-混凝土網格式框架組合墻進行豎向荷載作用下的軸心受壓力學性能的試驗研究。觀察在加載過程中，現澆磷石膏墻和網格式框架的裂縫形成過程及分布狀態。通過對石膏墻和混凝土的應變監測，推論石膏墻和網格式框架的受力狀態，進而推論組合墻的承載力。

1 組合墻的受力機理分析及測試原理

組合墻由混凝土網格式框架和現澆磷石膏墻構成，在豎向軸心力作用下，荷載通過樓層梁向頂部石膏墻和柱傳遞。樓層梁的豎向變形擠壓石膏，梁柱節點在彎矩作用下發生轉動后使柱產生水平變位，也會擠壓石膏，因此現澆磷石膏在組合墻中將處于二維受力狀態，同時也構成對網格式框架變形的約束，此時網格式框架的受力不同于有填充墻的框架，由于石膏墻與網格式框架整澆，這種影響在組合墻開始受力后就會表現出來。因此軸向力作用下，組合墻的受力較為復雜。

組合墻受荷后，如果處于彈性階段，根據內力疊加原理，組合墻的內力等于石膏墻的內力疊加網格式框架的內力；如果石膏墻帶裂縫工作，則其承載力應予折減；如果石膏墻完全退出工作，則組合墻將完全褪化為框架。因此要計算組合墻的承載力，關鍵在于尋找石膏墻和網格式框架在不同受力階段內力的分配比例，這種分配類似于框-剪結構中水平荷載在框架和剪力墻之間的分配。

基于上述分析，（1）框架的不同局部變形導致石膏墻處于不同受力狀態，從而將造成石膏墻的承載力存在差異。在同一榀組合墻中，由于層間梁和中柱各自的剛度不會發生改變，因此影響網格式框架局部變形的因素主要為中柱和層間梁的相對位置，即組合墻的網格劃分尺寸。如果網格的間距小，網格式框架相應構件的線剛度大，分配的內力也大，但構件的相對剛度大，因此變形小，則傳遞給石膏墻的荷載就小。反之傳遞給石膏墻的荷載大。也就是說，從直觀分析，石膏墻和網格式框架的承載力存在互補關系，這對組合墻的整體承載力是有利的。（2）石膏墻的填充位置對組合墻的承載力是有影響的，這種影響采用填充率β來考慮，即在分配荷載系數μ中引入β的影響。

荷載的分配系數采用相同框架與組合墻的對比試驗來尋求，試驗需要檢測的數據包括：

（1）組合墻中，石膏與混凝土結合部位的應變監測，也布置在對比框架變形最大點處，用于捕捉石膏墻的開裂荷載及荷載傳遞情況。

（2）分塊石膏墻面上中部位置的應變監測，用于推論石膏墻的承載力。

（3）網格式框架構件的應變監測，用于捕捉網格式框架的開裂荷載及最終判定網格式框架形成機構（塑性鉸）的情況，測點布置在σ最大位置處（比較彎矩和軸力組合計算的σ）。

2 模型設計

根據前述分析，墻體情況需考慮全填充和開洞墻兩種情況，其中全填充墻用于模擬分戶墻，開洞墻用于模擬外墻。兩種情況均有無填充的網格式框架進行對比。模型在原型設計的基礎上通過相似分析縮尺1/2制作。

2.1 原型結構分析

在均勻劃分網格的基礎上，基于石膏墻的寬高比和高厚比調整框架的網格尺寸來設計原型，原型結構尺寸如圖3-1所示。

網格式框架混凝土強度等級為C30，縱筋采用HRB400級，箍筋為HPB300級。為便于試驗對比，原型分析不考慮磷石膏的作用，即只分析 4種網格式框架，分別用于組合墻的構件和對比框架配筋。全部算例施加均布線荷載，其中恒載標準值為55.4 kN/m，活載標準值為16.8kN/m。

表2 構件截面尺寸

名稱 b×h 名稱 b×h

邊柱 250×400 層間梁 200×250

中柱 200×250 樓層梁 250×400

3 加載裝置

3.1 加載方式和裝置

試驗采用320噸千斤頂進行加載，先施加20kN對模型進行預壓，通過應變監測數據調整試驗裝置，主要是荷載的對中位置調整。對中條件滿足后卸載，然后分10級荷載加載到設計荷載，前5級荷載每級為100kN，穩荷時間不少于100min。以后以每級荷載200kN施加直至試件破壞，每級荷載的穩荷時間均不少于20min。試驗數據由TDS602和TST3821靜態應變測試儀采集并輸出。試驗過程中，記錄裂縫出現的位置及相應的荷載值。

4 試驗結果分析

彈性階段：豎向荷載不超過破壞荷載的 20%左右時，各墻體僅樓層梁中出現少量豎向微裂縫；加載至破壞荷載 35%左右時，樓層梁中豎向裂縫開始增多，并逐漸向節點延伸。在該階段，各試件由測點測量的應力—應變關系基本為線性。這一時刻的豎向荷載值稱為墻體的開裂荷載。

彈塑性階段：墻體內裂縫繼續開展，寬度加大并向磷石膏塊體延伸。隨著豎向荷載的繼續增加，磷石膏塊體與混凝土網格式框架發生錯動，邊界處表皮鼓起。

破壞階段：荷載接近破壞荷載時，梁、柱中新增裂縫較少，原有裂縫貫通。邊柱、中柱上端及樓層梁中部混凝土被壓碎，鋼筋壓屈外凸，墻體破壞。

5 結論

綜上所述，影響組合墻軸心受壓承載力的主要影響因素有如下加點：

5.1 柱的強度對墻體軸心受壓承載力的影響：

墻體中邊柱和中柱的強度與柱的布置間距、混凝土軸心抗壓強度、柱截面積、柱中縱筋的抗壓強度和配筋率有關，柱間距越小、截面積越大、混凝土軸心抗壓強度越高、縱筋的抗壓強度和配筋率越高，則柱的強度越大。

5.2 現澆磷石膏塊體對墻體軸心受壓承載力的影響：

在復合墻體中，豎向荷載大多由邊柱和中柱承擔，磷石膏塊體僅承擔小部分荷載。而對于無磷石膏塊體的對比框架，由于缺少磷石膏塊體的側向支撐，樓層梁發生受彎破壞，豎向承載力明顯降低且發生更突然的脆性破壞。因此，雖然磷石膏塊體在墻體中只承擔少部分荷載，但它對墻體的支撐作用不可忽視。