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砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡史、特點及展望
隨著科技的不斷發(fā)展,出現(xiàn)了許多新型的材料,但是仍然動搖不了砌體結(jié)構(gòu)在房屋建筑中重要地位,砌體結(jié)構(gòu)在當(dāng)今土木工程中仍然是一種重要的房屋建筑結(jié)構(gòu)形式。本文簡要介紹砌體結(jié)構(gòu)悠久的發(fā)展歷史,再結(jié)合砌體結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史,概括出砌體結(jié)構(gòu)的特點,然后在當(dāng)今社會的不斷進步,人們對環(huán)境的要求不斷提高的大背景下,從新結(jié)構(gòu)、新材料、新體系等方面闡述未來砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞:砌體結(jié)構(gòu)、特點、展望
一、砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡史
砌體結(jié)構(gòu)在我國有著悠久的發(fā)展歷史,其中石砌體和磚砌體在我國更是源遠流長,構(gòu)成了我國獨特文化體系的一部分。
考古資料表明,我國早在5000年前就建造有石砌體祭壇和石砌圍墻。我國隋代開皇十五年至大業(yè)元年,即公元595-605年由李春建造的河北趙縣安濟橋,是世界上最早建造的空腹式單孔圓弧石拱橋。據(jù)記載我國聞名于世的萬里長城始建于公元前7世紀(jì)春秋時期的楚國,在秦代用亂石和土將秦、燕、趙北面的城墻連成一體并增筑新的城墻,建成聞名于世的萬里長城。人們生產(chǎn)和使用燒結(jié)磚也有3000年以上的歷史。我國在戰(zhàn)國時期已能燒制大尺寸空心磚。南北朝以后磚的應(yīng)用更為普遍。建于公元523年的河南登封嵩岳寺塔,平面為十二邊形,共15層,總高43.5米,為磚砌單筒體結(jié)構(gòu),是中國最早的古密檐式磚塔。
砌塊中以混凝土砌塊的應(yīng)用較早,混凝土砌塊于1882年問世,混凝土小型空心砌塊起源于美國,第二次世界大戰(zhàn)后混凝土砌塊的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)傳至美洲和歐洲的一些國家,繼而又傳至亞洲、非洲和大洋洲。
20世紀(jì)上半葉我國砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展緩慢,建國以來,我國砌體結(jié)構(gòu)得到迅速發(fā)展,取得了顯著的成績。近幾年,磚的年產(chǎn)量達到世界其他各國磚年產(chǎn)量的總和,90%以上的墻體均采用砌體材料。我國已從過去用磚石建造低矮的民房,發(fā)展到現(xiàn)在建造大量的多層住宅、辦公樓等民用建筑和中小型單層工業(yè)廠房、多層輕工業(yè)廠房以及影劇院、食堂等建筑。20世紀(jì)60年代以來,我國小型空心砌塊和多孔磚生產(chǎn)及應(yīng)用有較大發(fā)展,近十年砌塊與砌塊建筑的年遞增量均在20%左右。20世紀(jì)60年代末我國已提出墻體材料革新,1988年至今我國墻體材料革新已邁入第三個重要階段。2000年我國新型墻體材料占墻體材料總量的28%,超過“九五”計劃20%的目標(biāo),新型墻體材料達到2100億塊標(biāo)準(zhǔn)磚,共完成新型墻體材料建筑面積3.3億平方米。
20世紀(jì)90年代以來,在吸收和消化國外配筋砌體結(jié)構(gòu)成果的基礎(chǔ)上,建立了具有我國特點的鋼筋混凝土砌塊砌體剪力墻結(jié)構(gòu)體系,大大地拓寬了砌體結(jié)構(gòu)在高層房屋及其在抗震設(shè)防地區(qū)的應(yīng)用。還應(yīng)指出20世紀(jì)60年代初至今,在有關(guān)部門的領(lǐng)導(dǎo)和組織下,在全國范圍內(nèi)對砌體結(jié)構(gòu)作了較為系統(tǒng)的試驗研究和理論探討,總結(jié)了一套具有我國特色、比較先進的砌體結(jié)構(gòu)理論、計算方法和應(yīng)用經(jīng)驗。《磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GBJ 3-73)是我國根據(jù)自己研究的成果而制定的第一部砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范?!镀鲶w結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GBJ 3-88)在采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法、多層砌體結(jié)構(gòu)中考慮房屋的空間工作以及考慮墻和梁的共同工作設(shè)計墻梁等方面已達世界先進水平。新頒布的《砌體結(jié)構(gòu)規(guī)范》(GB 50003-2001)標(biāo)志著我國建立了較為完整的砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論體系和應(yīng)用體系。這部標(biāo)準(zhǔn)既適用于砌體結(jié)構(gòu)的靜力設(shè)計又適用于抗震設(shè)計,既適用于無筋砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計又適用于較多類型的配筋砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計,既適用于多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的設(shè)計又適用于高層砌體結(jié)構(gòu)房屋的設(shè)計。
在國外砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展也有很長的歷史并得到了廣泛的使用。砌體結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)用于低層、多層建筑也用于高層建筑不僅用于非地震區(qū)也用于地震區(qū)并經(jīng)受了20多年的地震考驗表現(xiàn)出良好的抗震性能。在設(shè)計理論方面許多國家改變了長期沿用按彈性理論的容許應(yīng)力設(shè)計方法的傳統(tǒng)積極采用極限狀態(tài)設(shè)計方法。目前國際標(biāo)準(zhǔn)化組織砌體結(jié)構(gòu)技術(shù)委員會ISO/TC179正在編制國際砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范采用以近似概率理論為基礎(chǔ)的安全度法則這將使砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法提高到一個新的水平。
二、砌體結(jié)構(gòu)的特點
從古至今,砌體結(jié)構(gòu)之所以在國內(nèi)外獲得廣泛的應(yīng)用,是這種建筑材料所具有的優(yōu)點密不可分的。砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點主要有:
1)、容易就地取材。賺主要用黏土燒制;石材的原料是天然石;砌塊可以用工業(yè)廢料和礦渣制作,來源方便,價格低廉。
2)、磚、石或砌塊砌體具有良好的耐火性和較好的耐久性。這使得砌體結(jié)構(gòu)的構(gòu)件能夠長時間使用,應(yīng)用也較廣。
3)、砌體砌筑時,不需要模板和特殊的施工設(shè)備。在寒冷的地區(qū),冬季可用凍結(jié)法砌筑,不需要什么特殊的保溫措施。
4)、磚墻和砌塊墻體具有良好的隔聲、隔熱和保溫性能。所以砌體既是較好的承重結(jié)構(gòu),也是較好的圍護結(jié)構(gòu)。
但是和其他建筑材料相比,砌體結(jié)構(gòu)也有不足之處,其主要缺點表現(xiàn)在:與鋼和混凝土相比,砌體的強度較低,因而構(gòu)件的截面尺寸較大,材料用量較多,自重大;砌體施工時勞動量大;砌體的抗拉強度和抗剪強度都很低,因而抗震性能較差。
三、對砌體結(jié)構(gòu)的展望
砌體是指由塊體(包括粘土磚、空心磚、砌塊、石材等)和砂漿通過砌筑而成的建筑材料,由砌體砌筑而成的墻、柱作為建筑物主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系就是砌體結(jié)構(gòu)。而塊體又有多種材料的砌塊,我國最古老的砌塊即為磚和石。幾千年來由于磚、石具有良好的物理性能、可就地取材、生產(chǎn)和施工方法簡便、造價低廉等優(yōu)點,所以至今仍為我國主導(dǎo)的建筑材料。解放后我國也確實研制出多種材料的砌塊但都存在著自重大、強度低、生產(chǎn)耗能高、毀田嚴(yán)重、機械化水平低、耐久和抗震性能差等缺點,所有這些都抑制著砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展。因此我們要針對這些問題做好以下幾方面的工作:
1、發(fā)展高強、輕質(zhì)、高性能的砌體材料
發(fā)展高強、輕質(zhì)的空心塊體,不僅能使墻體自重減輕,生產(chǎn)效率提高,而且可提高墻體的保溫隔熱性能,且受力更加合理,抗震性能也可以得到提高。這方面已有很大進展。
目前我國的砌體材料與發(fā)達國家相比存在著強度低、耐久性差的問題。如粘土磚的抗壓強度,我國一般為7.515Mpa承重空心磚的孔隙率≤25,體積質(zhì)量一般為4KNm3。而發(fā)達國家的磚抗壓強度一般均達到3060Mpa甚至可達到100Mpa,承重空心磚的孔洞率可達到4060體積質(zhì)量一般為1.3KNm3,最輕的可達到0.6KNm3。根據(jù)國外的經(jīng)驗和我國的條件,只要在配料、成型、燒結(jié)工藝上進行改進可顯著提高磚的強度和質(zhì)量。根據(jù)我國對粘土磚的限制政策,可因地制宜、就地取材在粘土較多的地區(qū)發(fā)展高強度粘土磚、高空隙率的保溫磚和外墻裝飾材料等。而在少粘土的地區(qū),大力發(fā)展高強混凝土、砌塊承重裝飾砌塊和利用廢材料制成的砌塊等。
在發(fā)展高強塊材的同時,也需研制高強度等級的砌筑砂漿。目前最高等級的砂漿強度為M15。要與高強度的塊材相匹配時,需開發(fā)大于M15的高強度砂漿。我國的《混凝土小型空心砌塊漿和灌孔混凝土》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中砂漿的強度等級為M5-M30,灌孔砼的強度等級為C20-C40,這是混凝土砌塊配套材料方面的重要進展,對于推動高強材料結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著重要的作用。據(jù)預(yù)測干拌砂漿和商品砂漿具有很好的市場前景,干拌砂漿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)嚢杓纯伞?/p>
2、使砌體結(jié)構(gòu)適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的要求
傳統(tǒng)的小塊粘土磚以其耗能大、毀田多、運輸量大的缺點越來越不適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護的要求。對其進行革新勢在必行,這方面的發(fā)展趨勢是充分利用工業(yè)廢料和地方性材料,例如粉煤灰、煤渣、礦渣、爐渣等工業(yè)廢料制磚或板材,可變廢為寶。用湖泥河泥或海泥制磚,則可疏通淤積的水道。
3、采用新技術(shù)新的結(jié)構(gòu)體系和新的設(shè)計理論
組合磚墻配筋砌體有良好的抗震性能,在國外已獲得較廣泛的應(yīng)用,可用于建造高達20層的房屋,成為很有競爭力的結(jié)構(gòu)形式。我國雖已初步建立了配筋砌體結(jié)構(gòu)體系,但需研究和定制生產(chǎn)砌塊建筑施工用的機具,如鋪砂漿器、小直徑振搗棒、小型灌孔砼澆注泵、小型鋼筋焊機、灌孔砼檢測儀等。這些機具對保證配筋砌塊結(jié)構(gòu)的質(zhì)量至關(guān)重要。這種砌體的原理同預(yù)應(yīng)力混凝土能明顯改善砌體的受力性能和抗震性能。國外在預(yù)應(yīng)力砌體和配筋砌體方面的水平很高,我國在這方面還有很大的發(fā)展空間。
4、加強砌體結(jié)構(gòu)理論的研究
進一步研究砌體結(jié)構(gòu)的破壞機理和受力性能,通過數(shù)學(xué)和力學(xué)模式建立完善而精確的砌體結(jié)構(gòu)理論是全世界各國都關(guān)心的課題。我國在這方面有較好的基礎(chǔ),但目前跟發(fā)達國家相比還有較大的差距,因此應(yīng)繼續(xù)加強這方面的工作,加強對砌體結(jié)構(gòu)的試驗技術(shù)和數(shù)據(jù)處理的研究,使砌體結(jié)構(gòu)這種古老而有生命力的結(jié)構(gòu)形式更好地造福人類。
參考文獻:
高向玲、蔡惠菊、劉威.《砌體結(jié)構(gòu)》.中國建筑工業(yè)出版社.2012
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