砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展和展望

1、我國砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r與展望【提要】 本文從三個方面簡要介紹了我國建國以來砌體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用、新型砌體材料、 結(jié)構(gòu)的研究和砌體理論研究方面的成就。并對未來我國砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展提出建議?！娟P(guān)鍵詞】無筋砌體 配筋砌體綠色建材中國是砌體大國，在歷史上有舉世聞名的萬里長城，它是兩千多年前用“秦磚漢瓦” 建造的世界上最偉大的砌體工程之一；有在春秋戰(zhàn)國時期就已興修水利，如今仍然起灌溉作 用的秦代李冰父子修建的都江堰水利工程；有在1400年前由料石修建的現(xiàn)存河北趙縣安濟(jì) 橋，這是世界上最早的敞肩式拱橋。該橋已被美國土木工程學(xué)會選入世界第12個土木工程 里程碑。這些都是我們自豪和繼承的，也對弘揚(yáng)我國文化遺產(chǎn)起到積極

2、作用。解放后我國在 砌體結(jié)構(gòu)方面有了很大的發(fā)展，分三個方面加以概要介紹。一、砌體結(jié)構(gòu)量大面廣解放以來我國磚的產(chǎn)量逐年增長，據(jù)統(tǒng)計，1980年的全國產(chǎn)量為1600億塊，1996年 增至6200億，為世界其他各國磚每年產(chǎn)量的總和。全國基建中采用砌體作墻體材料約占90% 左右。在辦公、住宅等民用建筑中大量采用磚墻承重。50年代這類房屋一般為56層，現(xiàn) 在已為68層，不少城市建到11層以上。在中小型單層工業(yè)廠房和多層輕工業(yè)廠房，以及影劇院、食堂、倉庫等建筑也廣泛采 用磚墻、柱承重結(jié)構(gòu)。磚石結(jié)構(gòu)還用于建造各種構(gòu)筑物。如鎮(zhèn)江市建成的頂部外徑2.18m、底部外徑4.78m、 高60m的磚煙囪；用料石建成的8

3、0m的排氣塔；在湖南建造的高12.4m、直徑6.3m、壁厚 240mm的磚砌糧倉群；福建用毛石建造的橫跨云霄一東山兩縣的大型引水工程一一向東渠， 其中陳岱渡槽全長4400m，高20m，槽支墩共258座，工程規(guī)模宏大。此外我國在古代建 橋技術(shù)的基礎(chǔ)上，于1959年建成跨度為60m，高52m的石拱橋，接著又建成了敞肩式現(xiàn)代 公路橋，最大跨度達(dá)120m湖南烏巢河大橋。我國建成的100m以上的石拱橋有10座（包 括烏巢河大橋），每座都有新發(fā)展和世界記錄。我國還積累了在地震區(qū)建造砌體結(jié)構(gòu)房屋的寶貴經(jīng)驗。我國絕大多數(shù)大中城市在6度 或6度以上地震設(shè)防區(qū)。地震烈度V6度的砌體結(jié)構(gòu)經(jīng)受了地震的考驗。經(jīng)過設(shè)計和

4、構(gòu)造上 的改進(jìn)和處理，還在7度區(qū)和8度區(qū)建造了大量的砌體結(jié)構(gòu)房屋。據(jù)不完全統(tǒng)計，從80年 代初至今10多年間我國主要大中城市建造的多層砌體結(jié)構(gòu)房屋建筑面積已達(dá)7880億平 方米。二、新材料、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用60年代以來，我國粘土空心磚（多孔磚）的生產(chǎn)和應(yīng)用有較大的發(fā)展，在南京建造了 6-8層的空心磚承重的旅館，當(dāng)時空心磚孔洞率為22%，與實心磚強(qiáng)度等效，但可減輕自重 17%，墻厚減少20%，節(jié)省砂漿20-30%，砌筑工時少20-25%，墻體造價降低19-23%，根據(jù)節(jié) 能進(jìn)一步要求，近年來我國在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，制造出規(guī)格為380*240*190、 孔洞率為40%的燒結(jié)保

5、溫空心磚（塊），這種保溫磚的密度為1012kg/m3,抗壓強(qiáng)度10.5Mpa， 熱阻1.649m K/W。在主要力學(xué)和熱工性能的指標(biāo)接近或達(dá)到國際同類產(chǎn)品的水平。多孔 磚砌體設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為這種磚的推廣創(chuàng)制了條件。近10余年來，采用砼、輕骨料砼或加氣砼，以及利用河砂、各種工業(yè)廢料、粉煤灰、 煤矸石等制無熱料水泥煤渣砼砌塊或蒸壓灰砂磚、粉煤灰硅酸鹽磚、砌塊等在我國有較大的 發(fā)展。1958年建成采用砌塊作墻體的房屋，經(jīng)過四十多年的實踐，砌體墻體已成為我國墻 體革新的有效途徑之一。砌塊種類、規(guī)格較多，其中以中、小型砌塊較為普遍，在小型砌塊 中又開發(fā)出多種強(qiáng)度等級的承重砌塊和裝飾砌塊。據(jù)

6、不完全統(tǒng)計，1996年全國砌塊總產(chǎn)量 約為2500萬m3，各類砌塊建筑約5000萬m2，近十年砼砌塊與砌塊建筑為例，1994年約50 萬m2，1995年約100萬m2，1996年150萬m2，到1999年一季度累計完成450萬m2。這些砌 塊建筑大多是多層的、至于中高層、高層砌塊建筑我國于80年代就著手和進(jìn)行試點(diǎn)工作， 如1982年建成的廣西區(qū)科委十層砌塊住宅實驗樓、1986年建成的廣西區(qū)建二公司十一層小 砌體實驗樓（7度設(shè)防），為我國砌塊中高層的發(fā)展作了開創(chuàng)性的工作，我國在配筋砌塊結(jié) 構(gòu)的配套材料、配套應(yīng)用技術(shù)的研究上獲得了突破，在此基礎(chǔ)上開展了更具代表性和針對性 的試點(diǎn)工程，如1997年建

7、成的盤錦市國稅局15層砌塊住宅，1998年建成的上海砼空心磚 塊配筋砌體住宅試點(diǎn)工程。試點(diǎn)工程實踐表明，中高層配筋砌塊建筑具有明顯的社會經(jīng)濟(jì)效 益；前者15層砌塊建筑，節(jié)省鋼材45%，土建造價降低18%，上海18層節(jié)約鋼材25%，土 建造價降低7.4%。因此，將中高層配筋砌塊結(jié)構(gòu)體系納入到我國砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中式理 所當(dāng)然的。由此可見，作為粘土磚的主要替代材和某些功能強(qiáng)于粘土磚的期刊的發(fā)展前景是 非常好的。我國在50年代一70年代，采用預(yù)制大型墻板建造多層住宅，如采用振動磚墻板、煙灰 煤渣、礦渣砼墻板建造了幾十萬平方米的建筑。近10多年來北京等地采用內(nèi)澆（砼）外砌 的混合結(jié)構(gòu)建造中高層建筑，取

8、得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。最近幾年清華大學(xué)開展了多層大開間 砼核心筒、砌體外墻的混合結(jié)構(gòu)的試驗研究和小規(guī)模試點(diǎn)工程，在改進(jìn)和擴(kuò)展砌體結(jié)構(gòu)的性 能和應(yīng)用范圍作了有益的探索。我國配筋砌體應(yīng)用研究起步較晚，60年代衡陽和株州一些房屋的部分墻、柱采用網(wǎng)狀 配筋砌體承重，節(jié)省鋼材和水泥。1958-1972年在徐州采用配筋磚柱建筑了 12-24米、吊車 起重量50-200噸的單層廠房36萬平方米，使用情況良好。70年代以來，尤其是1975年海 城一營口地震和1976年唐山大地震之后，對設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁的約束砌體進(jìn)行了一系列的 試驗研究，其成果引入我國抗震設(shè)計規(guī)范。在此基礎(chǔ)之上，通過在磚墻中加大加密構(gòu)造柱形 成所

9、謂強(qiáng)約束砌體的中高層結(jié)構(gòu)的研究取得了可喜的成果。如遼寧省沈陽市、江蘇徐州、湖 南長沙、蘭州等地先后建造了 8-9層上百萬平方米的這類建筑，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。這 些研究成果有的已納入到地方標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)。這是我國科研工作者在粘土磚砌體低材料情 況下，向中高層作出的貢獻(xiàn)。利用如此低的砌體材料在地震區(qū)建造如此之高的建筑唯有中國。和約束配筋砌體對應(yīng)的是所謂均勻配筋砌體，即國外廣泛應(yīng)用的配筋砼砌體剪力墻結(jié) 構(gòu)，這種氣體和鋼筋砼剪力墻一樣，對水平和豎向配筋有最小含鋼率要求，而且在受力模式 上也類同于砼剪力墻結(jié)構(gòu)，它是利用配筋砌塊剪力墻承受結(jié)構(gòu)的豎向和水平作用，是結(jié)構(gòu)的 承重和抗側(cè)力構(gòu)件。配筋砌體具有強(qiáng)

10、度高、延性好，和鋼筋砼剪力墻性能十分類似，可以用 于大開間和高層建筑結(jié)構(gòu)。如美國抗震規(guī)范規(guī)定，配筋砌體的適用范圍同鋼筋砼結(jié)構(gòu)。我國 在80年代初期主持編制國際標(biāo)準(zhǔn)配筋砌體設(shè)計規(guī)范起至今對其進(jìn)行了較為系統(tǒng)的實驗研 究，表明用配筋砌體可建造一定高度的既經(jīng)濟(jì)又安全的建筑結(jié)構(gòu)，如廣西的10-11層、盤錦 的15層，上海的18層等。目前正在籌建的配筋砌塊高層有首鋼18層配筋砌塊住宅工程（8 度設(shè)防），遼寧撫順6棟16層砌塊住宅，哈爾濱2棟18層砌塊住宅等，可見配筋氣體中高 層的研究和應(yīng)用具有十分廣闊的前景。我國有著用磚砌筑拱和蓋得豐富經(jīng)驗，解放以來，又向新的結(jié)構(gòu)形式和大跨度方向發(fā) 展，50-60年代修建

11、了一大批磚拱屋蓋和樓蓋，還建成了 10.5m*11.3m的扁球形磚殼屋蓋， 16m*16m的雙曲扁球型磚薄殼和40m直徑的球形球磚殼。60年代南京用帶勾空心磚建成 14m*10m雙曲扁殼屋蓋倉庫，以及10m直徑的圓形殼屋蓋油庫，在西安建成了24m雙曲扁殼 屋蓋等。70年代我國還在閩清梅溪大橋工程中88m跨的（砼柱）雙曲磚拱橋等。二、 展望砌體是包括多種材料的塊體砌筑而成的，其中磚石是最古老的建筑材料，幾千年來由于 其良好的物理力學(xué)性能、易于取材、生產(chǎn)和施工，造價低廉，至今仍成為我國主導(dǎo)的建筑材 料。但我國的砌體材料普遍存在著自重大、強(qiáng)度低、生產(chǎn)能耗低、毀田嚴(yán)重、施工機(jī)械化水 平較低，和耐久性、

12、抗震性能較差等弊病。因此我認(rèn)為要針對這些問題開展下列方面的工作。1、積極開發(fā)節(jié)能環(huán)保型的新型建材1988年第一次國際材料研究會議上首次提出“綠色建材”的概念，1992年6月聯(lián)大巴 西里約熱內(nèi)盧環(huán)境和發(fā)展世界各國首腦會議，通過了“21世紀(jì)議程”宣言，確認(rèn)了 “可持 續(xù)發(fā)展”的戰(zhàn)略方針，其目標(biāo)是：依據(jù)環(huán)境再生、協(xié)調(diào)共生、持續(xù)自然的原則，盡量減少自 然資源的消耗，盡可能對廢棄物的再利用和凈化，保護(hù)生態(tài)環(huán)境以確保人類社會的可持續(xù)發(fā) 展。近年來發(fā)達(dá)國家在實施綠色建材計劃上取得了較大的進(jìn)展，我國以1992年聯(lián)合國環(huán) 境與發(fā)展首腦會議為契機(jī)，遵照江澤民同志“經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，必須與人口、環(huán)境、資源統(tǒng)籌考 指慮，決

13、不能走浪費(fèi)資源和先污染后治理的老路，更不能吃祖宗飯、斷子孫路”的指示 精神，迅速行動起來，廣泛研制“綠色建材”產(chǎn)品，取得了初步成果。1）加大限制高能耗、高資源消耗、高污染低效益的產(chǎn)品的生產(chǎn)力度。如對粘土磚（按 1996年生產(chǎn)6000億塊的代價是毀田10萬多畝、能耗6000萬噸煤）國家早就出臺了減少和 限制的政策。近年的限制力度越來越大，如北京、上海等城市在建筑上不準(zhǔn)采用粘土實心磚， 這間接地促進(jìn)了其他新材的發(fā)展。2）大力發(fā)展蒸壓灰砂廢渣制品。這包括鋼渣磚、粉煤灰磚、路渣磚及其空心砌塊、粉 煤灰加氣砼墻板等。這些制品我國80年代以前生產(chǎn)量曾達(dá)2.5億塊，吃掉工業(yè)廢渣幾百萬 噸，但由于種種原因大多

14、數(shù)廠家已停產(chǎn)，致使粘土磚生產(chǎn)回潮。今后應(yīng)加大科研投入，改進(jìn) 工藝，提高產(chǎn)品性能和強(qiáng)度等級、降低成本，向多功能化發(fā)展。3）利用頁巖生產(chǎn)多孔磚。我國頁巖資源豐富，分布地域較廣，燒結(jié)頁巖磚具有能耗低、 強(qiáng)度高、外觀規(guī)則，其強(qiáng)度等級可達(dá)MU15-MU30，可砌清水墻和中高層建筑。頁巖磚在四川、 湖北和大連等地已初步應(yīng)用。4）大力發(fā)展廢渣輕型砼墻板。這種輕板利用粉煤灰代替部分水泥，骨料為陶粒、礦渣 或爐渣等輕骨料，加入玻璃纖維或其他纖維，以及其他輕材料墻板，提高砌體施工技術(shù)的工 業(yè)化水平。5）GRC板的改進(jìn)與提高。這種板自重輕、防火、防水、施工安裝方便GRC空心條板式 大力發(fā)展的一種墻體制品，需用先進(jìn)的

15、生產(chǎn)工藝和裝配，以提高板的產(chǎn)量和質(zhì)量。6）蒸壓纖維水泥板。我國是世界上第三大粉煤灰生產(chǎn)國，僅電力工業(yè)年排灰量上億噸， 目前的利用率僅為38%。其實粉煤灰經(jīng)處理后可生產(chǎn)價值更高的墻體材料。如高性能砼砌塊、 蒸壓纖維增強(qiáng)粉煤灰墻板等。它具有容重低、導(dǎo)熱系數(shù)小、可加工性強(qiáng)、顏色白凈的特點(diǎn)， 目前全國的產(chǎn)量已達(dá)700萬m2。7）大力推廣復(fù)合墻板和復(fù)合砌塊。目前國內(nèi)外沒有單一材料，既滿足建筑節(jié)能保溫隔 熱，又滿足外墻的防水、強(qiáng)度的技術(shù)要求。因此只能用復(fù)合技術(shù)來滿足墻體的多功能要求。 如鋼絲網(wǎng)水泥夾芯板。目前看來，現(xiàn)場濕作業(yè)，抹灰后難以克服龜裂現(xiàn)象有待改進(jìn)。復(fù)合砌塊墻體材料，也是今后的發(fā)展方向，如采用礦渣

16、空心磚、灰砂砌塊、砼空心砌塊 中的任一種與絕緣材料相復(fù)合都可滿足外墻的要求，目前已有少量生產(chǎn)。我國在復(fù)合墻體材 料的應(yīng)用方面已有一定基礎(chǔ)，宜進(jìn)一步改善和完善配套技術(shù)，大力推廣，這是墻體材料“綠 色化”的主要出路。2發(fā)展高強(qiáng)砌體材料目前我國的砌體材料和發(fā)達(dá)國家相比，強(qiáng)度低、耐久性差。如粘土磚的抗壓強(qiáng)度一 般為7.5-15Mpa，承重空心磚的孔隙率W25%。而發(fā)達(dá)國家的抗壓強(qiáng)度一般均達(dá)到30-60Mpa, 且能達(dá)到100Mpa,承重空心磚的空洞率可達(dá)到40%,容重一般為13KN/m3,最輕可達(dá)0.6KN/m3。 根據(jù)國外經(jīng)驗和我國的條件，只要在配料、成型、燒結(jié)工藝上進(jìn)行改進(jìn)，是可以顯著提高燒 結(jié)磚

17、的強(qiáng)度和質(zhì)量的。如我國中美合資大連太平洋磚廠可生產(chǎn)出20Mpa-100Mpa的頁巖磚。 由于強(qiáng)度高、耐久性、耐磨性和獨(dú)特的色彩，可作清水墻和裝飾材料，已出口和廣泛用于高 檔建筑。高強(qiáng)塊材具有比低強(qiáng)度材料高得多的價格優(yōu)勢。根據(jù)我國多粘土磚的限制政策，可就地取材、因地制宜，在粘土較多的地區(qū)，如西 北高原，發(fā)展高強(qiáng)粘土制品、高孔隙率的保溫磚和外墻裝飾磚、塊材等；在少粘土的地區(qū)發(fā) 展高強(qiáng)砼砌塊、承重裝飾砌塊和利用廢材料制成的砌塊等。在發(fā)展高強(qiáng)塊材的同時，研制高強(qiáng)度等級的砌筑砂漿。目前的砂漿強(qiáng)度等級最高為 M15。當(dāng)與高強(qiáng)度塊材匹配時需開發(fā)大于M15以上的高性能砂漿。我國正在起草的砼小型空 心砌塊砂漿和

18、灌孔砼行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中砂漿的強(qiáng)度等級為M5-M30，灌孔砼的強(qiáng)度等級為C20-C40， 這是同砌塊配套材料方面的重要進(jìn)展，對推動高強(qiáng)砌體材料結(jié)構(gòu)的發(fā)展有重要作用。根據(jù)發(fā)展趨勢，為確保質(zhì)量，發(fā)展干拌砂漿和商品砂漿有很好的前景。前者是把所 有配料在干燥狀態(tài)下混合裝包供應(yīng)現(xiàn)場按要求加水?dāng)嚢杓纯?。天津舒步洛克水泥砌塊公司已 供應(yīng)這種干拌砂漿，價格約高20%左右。商品砂漿的優(yōu)點(diǎn)砼商品砼。這類砂漿的發(fā)展一旦取 代傳統(tǒng)砂漿，將是一個多么巨大的變化！3、繼續(xù)加強(qiáng)配筋砌體和預(yù)應(yīng)力砌體的研究我國雖已初步建立了配筋砌體結(jié)構(gòu)體系，但需要研制和定型生產(chǎn)砌塊建筑施工用的 機(jī)具，如鋪砂漿器、小直徑振搗棒（W25）、小型灌孔砼澆注泵、小型鋼筋焊機(jī)、灌孔砼 檢測儀等。這些機(jī)具對配筋砌塊結(jié)構(gòu)的質(zhì)量至關(guān)重要。預(yù)應(yīng)力砌體其原理同預(yù)應(yīng)力砼，能明顯地改善砌體的受力性能和抗震能力。國外