砌體結構的發(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構在房屋建筑中重要地位，砌體結構在當今土木工程中仍然是一種重要的房屋建筑結構形式。本文簡要介紹砌體結構悠久的發(fā)展歷史，再結合砌體結構發(fā)展歷史，概括出砌體結構的特點，然后在當今社會的不斷進步，人們對環(huán)境的要求不斷提高的大背景下，從新結構、新材料、新體系等方面闡述未來砌體結構的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：砌體結構、特點、展望

一、砌體結構的發(fā)展簡史
砌體結構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，為磚砌單筒體結構，是中國最早的古密檐式磚塔。

砌塊中以混凝土砌塊的應用較早，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)和應用技術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世紀上半葉我國砌體結構的發(fā)展緩慢，建國以來，我國砌體結構得到迅速發(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60年代以來，我國小型空心砌塊和多孔磚生產(chǎn)及應用有較大發(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，新型墻體材料達到2100億塊標準磚，共完成新型墻體材料建筑面積3.3億平方米。

20世紀90年代以來，在吸收和消化國外配筋砌體結構成果的基礎上，建立了具有我國特點的鋼筋混凝土砌塊砌體剪力墻結構體系，大大地拓寬了砌體結構在高層房屋及其在抗震設防地區(qū)的應用。還應指出20世紀60年代初至今，在有關部門的領導和組織下，在全國范圍內對砌體結構作了較為系統(tǒng)的試驗研究和理論探討，總結了一套具有我國特色、比較先進的砌體結構理論、計算方法和應用經(jīng)驗。《磚石結構設計規(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構設計規(guī)范。《砌體結構設計規(guī)范》（GBJ 3-88）在采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法、多層砌體結構中考慮房屋的空間工作以及考慮墻和梁的共同工作設計墻梁等方面已達世界先進水平。新頒布的《砌體結構規(guī)范》（GB 50003-2001）標志著我國建立了較為完整的砌體結構設計的理論體系和應用體系。這部標準既適用于砌體結構的靜力設計又適用于抗震設計，既適用于無筋砌體結構的設計又適用于較多類型的配筋砌體結構設計，既適用于多層砌體結構房屋的設計又適用于高層砌體結構房屋的設計。

在國外砌體結構的發(fā)展也有很長的歷史并得到了廣泛的使用。砌體結構不僅應用于低層、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力設計方法的傳統(tǒng)積極采用極限狀態(tài)設計方法。目前國際標準化組織砌體結構技術委員會ISO/TC179正在編制國際砌體結構設計規(guī)范采用以近似概率理論為基礎的安全度法則這將使砌體結構的設計方法提高到一個新的水平。

二、砌體結構的特點
從古至今，砌體結構之所以在國內外獲得廣泛的應用，是這種建筑材料所具有的優(yōu)點密不可分的。砌體結構的優(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。這使得砌體結構的構件能夠長時間使用，應用也較廣。

3）、砌體砌筑時，不需要模板和特殊的施工設備。在寒冷的地區(qū)，冬季可用凍結法砌筑，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構，也是較好的圍護結構。

但是和其他建筑材料相比，砌體結構也有不足之處，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、對砌體結構的展望
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件的結構體系就是砌體結構。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構的發(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、高性能的砌體材料
發(fā)展高強、輕質的空心塊體，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、燒結工藝上進行改進可顯著提高磚的強度和質量。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)標準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構的發(fā)展起著重要的作用。據(jù)預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)下混合裝包供應現(xiàn)場按要求加水攪拌即可。

 2、使砌體結構適應可持續(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、采用新技術新的結構體系和新的設計理論
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用，可用于建造高達20層的房屋，成為很有競爭力的結構形式。我國雖已初步建立了配筋砌體結構體系，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構的質量至關重要。這種砌體的原理同預應力混凝土能明顯改善砌體的受力性能和抗震性能。國外在預應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、加強砌體結構理論的研究
進一步研究砌體結構的破壞機理和受力性能，通過數(shù)學和力學模式建立完善而精確的砌體結構理論是全世界各國都關心的課題。我國在這方面有較好的基礎，但目前跟發(fā)達國家相比還有較大的差距，因此應繼續(xù)加強這方面的工作，加強對砌體結構的試驗技術和數(shù)據(jù)處理的研究，使砌體結構這種古老而有生命力的結構形式更好地造福人類。

參考文獻：

     高向玲、蔡惠菊、劉威.《砌體結構》.中國建筑工業(yè)出版社.2012

     丁大鈞.《砌體結構》教學芻議.建筑結構.1999.(3)