砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡史、特點及展望

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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

     丁大鈞.《砌體結(jié)構(gòu)》教學(xué)芻議.建筑結(jié)構(gòu).1999.(3)