我国砌体结构的发展状况与展望

〔提要〕本文从三个方面简要介绍了我国建国以来砌体结构的应用、新型砌体材料、结构的研究和砌体结构理论研究方面取得的成就。并对未来我国砌体结构的发展提出建议。〔关键词〕无筋砌体配筋砌体绿色建材Inthispaper,abriefintroductiontotheachievementsinthefieldofmasonrysincethefoundingofP.R.China,whichincludetheusageofallkindsofmasonrystructures,thedevelopmentofnewmasonrymaterialsanditsstructuresandsystems,thestudiesandresearchesonmasonrytheory.Arecommendationtothedevelopmentofmasonryinfuturebasedontheauthorsknowledge.〔keywords〕unreinforcedmasonry;reinforcedmasonry;greenbuildingmaterial.中国是砌体大国，在历史上有举世闻名的万里长城，它是两千多万年前用“秦砖汉瓦”建造的世界上最伟大的砌体工程之一；有在春秋战国时期就已兴修水利，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年前由料石修建的现存河北赵县安济桥，这是世界上最早的敞肩式拱桥。该桥已被美国土木工程学会选入世界第12个土木工程里程碑。这些都是值得我们自豪和继承的，也对弘扬我国文化遗产起到积极作用。［1］解放后我国在砌体结构方面有了很大的发展，分三个方面加以概要介绍。一砌体结构量大面广［２］解放以来我国砖的产量逐年增长，据统计［3］，1980年的全国年产量为1600亿块，1996年增至6200亿块，为世界其它各国砖每年产量的总和。全国基建中采用砌体作墙体材料约占90%左右。在办公、住宅等民用建筑中大量采用砖墙承重。50年代这类房屋一般为3-4层，现在已为5-6层，不少城市一般建到7-8层。现在每年兴建的城市住宅建筑面积多达1亿m2以上。根据重庆市1980～1983年新建住宅建筑面积为503万m2，其中采用砖承重的占98%，7～7层以上的占50%，1972年还建成12层住宅。在中小型单层工业厂房和多层轻工业厂房，以及影剧院、食堂、仓库等建筑也广泛采用砖墙、柱承重结构。砖石结构还用于建造各种构筑物。如镇江市建成的顶部外经2.18m、底部外径4.78m、高60m的砖烟囱；用料石建成的80m排气塔；在湖南建造的高12.4m、直径6.3m、壁厚240mm的砖砌粮仓群；福建用毛石建造的横跨云宵—东山两县的大型引水工程—向东渠，其中陈岱渡槽全长4400m，高20m，槽支墩共258座，工程规模宏大。此外我国在古代建桥技术的基础上，于1959年建成跨度60m、高52m的石拱桥，接着又建成了敞肩式现代公路桥，最大跨度达120m——湖南乌巢河大桥。我国建成的100m以上的石拱桥有10座(包括乌巢河桥)，每座都有新发展和世界纪录。我国还积累了在地震区建造砌体结构房屋的宝贵经验。我国绝大多数大中城市在6度或6度以上地震设防区。地震烈度≤6度的砌体结构经受了地震的考验。经过设计和构造上的改进和处理，还在7度区和8度区建造了大量的砌体结构房屋。据不完全统计，从80年代初至今10多年间我国主要大中城市建造的多层砌体结构房屋建筑面积已达70-80亿m2［4］。二新材料、新技术、新结构的研究与应用60年代以来，我国粘土空心砖(多孔砖)的生产和应用有较大的发展，在南京建造了6-8层的空心砖承重的旅馆。当时空心砖孔洞率为22%，与实心砖强度等效，但可减轻自重17%、墙厚减小20%，节省砂浆20～30%，砌筑工时少20-25%，墙体造价降低19～23%。根据节能进一步要求，近年来我国在消化吸收国外先进技术的基础上，制造出规格为380×240×190、孔洞率为40%的烧结保温空心砖(块)，这种保温砖的密度为1012kg/m3，抗压强度10.5Mpa，热阻1.649m2K/W。在主要力学和热工性能的指标接近或达到国际同类产品的水平［5］。《多孔砖砌体设计与施工技术规程》行业标准，为这种砖的推广创造了条件。近10余年来，采用砼、轻骨料砼或加气砼，以及利用河砂、各种工业废料、粉煤灰、煤干石等制无热料水泥煤渣砼砌块或蒸压灰砂砖、粉煤灰硅酸盐砖、砌块等在我国有较大的发展。1958年建成采用砌块作墙体的房屋，经过四十多年的实践，砌块墙体已成为我国墙体革新的有效途径之一。砌块种类、规格较多，其中以中、小型砌块较为普遍，在小型砌块中又开发出多种强度等级的承重砌块和装饰砌块。据不完全统计［6］，1996年全国砌块总产量约为2500万m3，各类砌块建筑约5000万m2，近十年砼砌块与砌块建筑的年递增都在20%左右，尤其以大中城市推广迅速，以上海推广砌块建筑为例，1994年约50万m2，1995年100万m2，1996年约150万m2，到1999年一季度累计完成的砌块建筑450万m2。这些砌块建筑大多是多层的，至于中高层、高层砌块建筑我国于80年代就着手和进行试点工作，如1982年建成的广西区科委十层砌块住宅试验楼、1986年建成的广西区建二公司十一层小砌块试验楼(7度设防)，［7］为我国砌块中高层的发展作了开创性的工作。从90年代初期，在总结国内外配筋砼砌块试验研究经验的基础上，我国在配筋砌块结构的配套材料、配套应用技术的研究上获得了突破，在此基础上开展了更具代表性和针对性的试点工程［10］，如1997年建成的盘锦市国税局15层砌块住宅，1998年建成的上海砼空心砖块配筋砌体住宅试点工程［8］。试点工程实践表明，中高层配筋砌块建筑具有明显的社会经济效益：前者15层砌块建筑，节省钢材45%、土建造价降低18%；上海18层节约钢材25%，土建造价降低7.4%。因此，将中高层配筋砌块结构体系纳入到我国砌体结构设计规范中是理所当然的。由此可见，作为粘土砖的主要替代材和某些功能强于粘土砖的砌块的发展前景是非常好的。我国在50年代～70年代，采用预制大型墙板建造多层住宅，如采用振动砖墙板、烟灰煤渣、矿渣砼墙板建造了几十万m2的建筑。近10多年来北京等地采用内浇(砼)外砌的混合结构建造中高层建筑，取得了较好的经济效益。最近几年清华大学开展了多层大开间砼核心筒、砌体外墙的混合结构的试验研究和小规模试点工程，在改进和扩展砌体结构的性能和应用范围作了有益的探索。［12、13］我国配筋砌体应用研究起步较晚，60年代衡阳和株州一些房屋的部分墙、柱采用网状配筋砌体承重，节省纲材和水泥。1958～1972年在徐州采用配筋砖柱建筑了12-24m、吊车起重量50-200t的单层厂房36万m2，使用情况良好。70年代以来，尤其是1975年海城—营口地震和1976年唐山大地震之后，对设置构造柱和圈梁的约束砌体进行了一系列的试验研究，其成果引入我国抗震设计规范。在此基础之上，通过在砖墙中加大加密构造柱形成所谓强约束砌体的中高层结构的研究取得了可喜的成果。如辽宁省沈阳市、江苏徐州、湖南长沙、兰州等地先后建造了8～9层上百万m2的这类建筑，获得了较好的经济效益。这些研究成果有的已纳入到地方标准或国家标准［14、15、16］。这是我国科研工作者在粘土砖砌体低强材料情况下，向中高层作出的贡献。利用如此低的砌体材料在地震区建造如此之高的建筑唯有中国!和约束配筋砌体对应的是所谓均匀配筋砌体，即国外广泛应用的配筋砼砌块剪力墙结构，这种砌体和纲筋砼剪力墙一样，对水平和竖向配筋有最小含钢率要求，而且在受力模式上也类同于砼剪力墙结构，它是利用配筋砌块剪力墙承受结构的竖向和水平作用，是结构的承重和抗侧力构件。配筋砌体具有强度高、延性好，和钢筋砼剪力墙性能十分类似，可以用于大开间和高层建筑结构［6］。如美国抗震规范规定，配筋砌体的适用范围同钢筋砼结构。我国在80年代初期主持编制国际标准《配筋砌体设计规范》［11］起至今对其进行了较为系统的试验研究［7、8、9］，表明用配筋砌体可建造一定高度的既经济又安全的建筑结构，如广西的10-11层、盘锦的15层、上海的18层等。目前正在筹建的配筋砌块高层有首钢十八层配筋砌块住宅工程(8度设防)，辽宁抚顺6栋16层砌块住宅、哈尔滨2栋18层砌块住宅等。可见配筋砌体中高层的研究和应用具有十分广阔的前景。我国有着用砖砌筑拱和券的丰富经验，解放以来，又向新的结构形式和大跨度方向发展。50-60年代修建了一大批砖拱屋盖和楼盖，还建成了10.5×11.3m的扁球形砖壳屋盖，16×16m的双曲扁球型砖薄壳和40m直径的园形球砖壳。60年代南京用带勾空心砖建成14×10m双曲扁壳屋盖仓库，以及10m直径的园形壳屋盖油库，在西安建成了24m双曲扁壳屋盖等。70年代我国还在闽清梅溪大桥工程中建成88m跨的(砼助)双曲砖拱桥等。三砌体结构理论研究与计算方法擦解放前直琴至育195杆0尖年我国谈不上唐有任何结构设沾计理论。国家骗建委诵于塌195蹈6蛇年批准在我国税推广应用苏联县《砖石及钢筋算砖石结构设计饼标准和技术规照范碰》棚NUTY12伯0-5纯5渴，直狡到悉6鼻0廊年代鸦。蛾6帝0赶～蛛7五0扛年代初，在我开国有关部门的第领导和组织下如，在全国范围羞内对砖石结构红进行了比较大拦规模的试验研犹究和调查，总天结出一套符合结我国实际、比苗较先进的砖石伟结构理论、计脸算方法和经验常。在砌体强度糊计算公式、无惠筋砌体受压构塑件的承载力计胃算、按刚弹性幸方案考虑房屋医的空间工作，萌以及有关构造盗措施方面具有删我国特色。在雪此基础上僻于爪197经3战年颁布了国家境标准《砖石结驾构设计规范沿》罪GBJ3-7川3银。这是我国第泥一部砖石结构葡设计规范。从区此使我国的砌番体结构设计进骤入了一个崭新她的阶段汁。映7爆0恶年代中期活至哑8堤0呢年代末期，为戏修爬订努GBJ3-7疑3甚规范，我国对智砌体结构进行着了第二次较大洁规模的试验研蛛究，其中收集渔我国历年来各王地试验的砌体高强度数沫据始402深3女个，补充长柱毕受压试件感近脏20竿0玉个，局压试杀件伪10羽0泄多个，墙梁试期件父20始0彻多根左及挑200擦0理多个有限元分慨析数据和进行慈了悔1挖1退栋多层的砖房渐空间性能实测疲和大量的理论形分析工作等。哑这样在砌体结趟构的设计方法农、多层房屋的元空间工作性能底、墙梁的共同赞工作，以及砌吸块的力学性能慎和砌块房屋的伶设计方面取得涂了新的成绩。雕此外对配筋砌相体、构造柱和按砌体房屋的抗如震性能方面也犯进行了许多试见验研究。相继密出版了《中型虾砌块建筑设计农与施工规范挖》播JGJ5-8寸0淘、《砼小型空漂心砌块建筑设爪计与施工规程牙》径JGJ14-壶8烧2库、《冶金工业晴厂房钢筋砼墙裤梁设计规程叹》翠YS07-7位9役、《多层砖房她设置钢筋砼构踢造柱抗震设计愁与施工规程遵》秒JGJ13-凭8含2集等，特别是《命砌体结构设计太规范唯》抢GBJ3-8显8努，使我国砌体领结构设计理论枣和方法趋于完核善。我国砌体彩结构可靠度的屿设计方法，已竟达到当前的国技际先进水平。饲对于多层砌体凝房屋的空间工冷作，在墙梁中熊考虑墙和梁的资共同工作和局状压设计方法等烂专题的研究成竖果在世界上处忠于领先地位。峡近传1衬0捎余年来，特别码是《砌体结构蚁设计规范御》葡GBJ3-8杂8印颁行后，进入粗了第三次较大踩规模的修订时苦期。夫如纸199拆5折年颁行的《砼箩小型空心砖块短建筑技术规程伴》妈JGJ/T1捎4-9处5域，通过试验增愤强抗震构造措冠施，使原规驼范睁(JGJ14渔-82诸)竖可增加一层，乞扩大了地震区搂的应用范围。崇199欠9王年宣6萝月材1洗日圆颁行的《砌体厨工程施工及验识收规范困》宜GB5020乏3-9漆8泼，取代了《砖戴石工程施工及据验收规范陈》梁GB203-恒8吴3古。它主要补充派了近年来新型庄材料和配筋砌墨体施工技术、伶施工质量控制捡等级方面的内夕容。目前正在承修编的《砌体泰结构设计规范背》码GBJ3-8伟8寸，主要在砌体余结构可靠度方绍面、配筋砼砌评块砌体、墙梁亿的抗震方面作音了调整和补充陵。砌体结构可态靠度，根据我逃国当前国情，肠作了适当的上宁调。这样作主系要为促进采用疼较高等级的砌匆体材料，提高式耐久性和适当指提高抗风险能芝力。配筋砌体纱，特别是配筋西砼砌块中高层筛，根据我国主自编的国际标准惹《配筋砌体结膨构设计规范》咳和我国近年来责各地较大规模屋的试验研究和坛试点建筑的经群验，使我国配置筋砌体的理论尼更完善，应用心范围和限制有郑了较大的扩展差和突破。如其斗应用范围，已早达到钢筋砼剪订力墙的适用范摊围。配筋灌孔民砼砌块砌体是爆作为一个体系春纳入到砌体规骄范中的，它的雀未来的实施，习对促进我国砌分块结构向高档也次发展具有重香要作用。其另外本次修订栏增补了墙梁在钥地震区的设计绵方法，进一步呜扩大了这种结保构形式的使用粉范围。另外根工据多年来砌体联结构，特别是极新型墙体材料担结构的温度裂习缝、干燥收缩影裂缝普遍比较随严重，进行深挂入研究后，增诸加了比较有效笑的抗裂构造措吼施。耻我国砌体结构稳理论近年来有嫁较大提高，反绕映在《砌体结幼构设计规范始》寺GBJ3-8粉8心颁行前后，陆瑞续出版了许多情教材和著作，拉如丁大钧主编桶的《砌石结构础》、《砌体结痛构学》、施楚削贤主编的《砌陵体结构理论与开设计》，以及撞《砌体结构论仁文集》、《砌治体结构设计手抚册》等。这些显对促进我国砌迎体结构的发展臣有一定作用。四展望矛砌体是包括多寻种材料的块体烦砌筑而成的，满其中砖石是最验古老的建筑材且料，几千年来旁由于其良好的选物理力学性能垦、易于取材、闲生产和施工，盗造价低廉，致牲今仍成为我国舰主导的建筑材欢料。但是我国片的砌体材料普独遍存在着自重卸大、强度低、肝生产能耗高、粱毁田严重、施授工机械化水平网较低，和耐久瓶性、抗震性能晒较差等弊病。风因此我认为要麦针地这些问题擦开展下列方面腐的工作。饿1垦、积极开发节物能环保形的新盐型建材坛［巨3牧］1988疲年第一次国际躬材料研究会议灿上首次提章出集“船绿色建远材斑”寄的概念匪，斜199沿2躺年寺6袭月联大巴西里菌约热内卢环境海和发展世界各惠国首脑会议，炼通过浅了炒“驳2妨1鼓世纪议歉程绍”典宣言，确认状了受“漫可持续发贷展挺”已的战略方针，或其目标是：依但据环境再生、订协调共生、持量续自然的原则叠，尽量减少自通然资源的消耗装，尽可能对废布弃物的再利用颠和净化。保护粘生态环境以确认保人类社会的品可持续发展。暮近年来发达国携家在实施《绿芹色建材》计划令上取得了较大剧的进展，我国授以振199如2倚年联合国环境准与发展首脑会去议为契机，遵倡照江泽民同汗志鲜“您经济的发展，铅必须与人口、质环境、资源统轨筹考虑，决不昌能走浪费资源汇和先污染后治钉理的老路，更腥不能吃祖宗饭译、断子孙谈路振…艰…惨。爹”票的指示精神，发迅速行动起来勺，广泛研证制善“瓜绿色建睛材娱”庆产品，取得了纯初步成果。1)区加大限制高能橡耗、高资源消盯耗、高污染低梢效益的产品的赞生产力度。如拴对粘土挡砖星(婚按扒199引6保年生保产凭600却0违亿块的代价是缠毁嫩田影1载0豪万多亩、能俘耗余600决0咱万吨标鼻煤孟)举国家早就出台迅了减少和限制拥的政策。近年集的限制力度越匆来越大，如北崭京、上海等城登市在建筑上不尼准采用粘土实泄心砖，这间接榆地促进了其它骄新材的发展。2)硬大力发展蒸压飘灰砂废渣制品激。这包括钢渣犯砖、粉煤灰砖停、炉渣砖及其艳空心砌块、粉惕煤灰加气砼墙升板等。这些制拒品我叔国竟8产0涂年代以前生产消量曾餐达滥2.悄5仿亿块，吃掉工朵业废渣几百万诚吨，但由于种肥种原因大多数偿厂家已停产，萝致使粘土砖生坛产回潮。今后炸应加大科研投承入、改进工艺概、提高产品性奴能和强度等级躬、降低成本，漠向多功能化发烂展。3)某利用页岩生产敲多孔砖。我国粘页岩资源丰富劳，分布地域较细广。烧结页岩眼砖具有能耗低层、强度高、外帜观规则，其强株度等级可培达交MU1究5搜～逗MU3仇0才，可砌清水墙扁和中高层建筑棚。页岩砖在四纺川、湖北和大索连等地已初步涛应用。如城都剥的辜“锐绵城伪苑救”棕小爪区普1范6屑万卷m盼2现的建筑均采用赛这种砖。4)务大力发展废渣和轻型砼墙板。驻这种轻板利用窃粉煤灰代替部捆分水泥，骨料哪为陶粒、矿渣雹或炉渣等轻骨铅料，加入玻璃光纤维或其它纤匪维。以及其它蹈轻材料墙板，绳提高砌体施工雪技术的工业化立水平。5)GRC甲板的改进与提淘高。这种板自殃重轻、防火、悼防水、施工安螺装方便护。次GR祖C虎空心条板是大淘力发展的一种鞋墙体制品，需毒用先进的生产奉工艺和装配，沿以提高板的产膨量和质量。6)验蒸压纤维水泥储板。我国是世露界上第三大粉恼煤灰生产国，姿仅电力工业年盈排灰量达上亿句吨，目前的利污用率仅紫为赏38幼%识。其实粉煤灰拆经处理后可生伴产价值更高的扯墙体材料。如帐高性能砼砌块脊、蒸压纤维增您强粉煤灰墙板沃等。它具有容您重低、导热系经数小、可加工蓄性强、颜色白雕净的特点，目跑前全国的产量陡已傻达退70坊0编万去m端2彻。7)廊大力推广复合样墙板和复合砌要块。目前国内体外没有单一材皱料，既满足建纸筑节能保温隔丘热，又满足外树墙的防水、强弯度的技术要求蓝。因此只能用仙复合技术来满孩足墙体的多功因能要求。如钢桥丝网水泥夹芯星板。目前看来疲，现场湿作业孝，抹灰后难以雁克服龟裂现象楼有待改进。啊复合砌块墙体持材料，也是今杜后的发展方向铲，如采用矿渣巧空心砖、灰砂谅砌块、砼空心华砌块中的任一申种与绝缘材料去相复合都可满豪足外墙的要求捏，目前已有少闭量生产。我国伐在复合墙体材遗料的应用方面夕已有一定基础知，宜进一步改镰善和完善配套地技术，大力推请广，这是墙体亩材贞料吊“棚绿色刷化买”济的主要出路。君2面、发展高强砌跨体材常料茄设目前我国的砌握体材料和发达氧国家相比，强奸度低、耐久性屈差。如粘土砖关的抗压强度一确般诚为碍7.帖5有～躬15Mp著a首，承重空心砖悄的孔隙员率戴≤筒25妈%剃。而发达国家掩的抗压强度一训般均达琴到匠3喇0切～催60Mp逐a胖，且能达年到仍100Mp情a熟，承重空心砖桥的孔洞率可达嚼到膜40协%略，容重一般跟为洞13KN/m巴3忍，最轻可梢达宾0.6KN/雁m捡3毯。根据国外经语验和我国的条垄件，只要在配许料、成型、烧选结工艺上进行览改进，是可以击显著提高烧结屈砖的强度和质彼量的。如我国安中美合资大连虚太平粗洋砖厂可生产嫁出尾20Mp敏a隔～盒100Mp绕a无的页岩砖。由嗽于强度高、耐阳久性、耐磨性顺和独特的色彩可，可作清水墙寸和装饰材料，城已出口和广泛映用于高档建筑闲。高强块材具返有比低强材料瞒高得多的价格以优势。玉根据我国对粘苗土砖的限制政炮策，可就地取途材、因地植宜根，在粘土较多满的地区，如西海北高原，发展落高强粘土制品惹、高空隙率的悟保温砖和外墙谋装饰砖、块材掀等；在少粘土枕的地区发展高限强砼砌块、承拢重装饰砌块和柱利废材料制成晶的砌块等。套在发展高强块匀材的同时，研液制高强度等级常的砌筑砂浆。对目前的砂浆强溪度等级最高斜为俊M1脸5星。当与高强块咏材匹配时需开塌发大何于辉M1疗5耐以上的高性能品砂浆。我国正谣在起草的《砼摔小型空心砌块督砂浆和灌孔砼福》行业标准中蚕砂浆的强度等瓶级股为筹M可5舅～蔑M3翼0迷，灌孔砼的强虑度等级氧为匙C2销0仪～沟C4掩0笑，这是砼砌块矿配套材料方面煎的重要进展，省对推动高强砌肠体材料结构的锯发展有重要作欲用。钢根据发展趋势蛛，为确保质量老，发展干拌砂吵浆和商品砂浆缘具有很好的前误景。前者是把尿所有配料在干乞燥状态下混合赤装包供应现场匠按要求加水搅俗拌即可。天津戴舒布洛克水泥晌砌块公司已供制应这种干拌砂表浆，价格约目高预20挥%柏左右。商品砂粗浆的优点同商屑品砼。这类砂缠浆的发展一旦芒取代传统砂浆问，将是一个多会么巨大的变影化鞋!竞3妄、继续加强配踏筋砌体和预应蹈力砌体的研究论。穷我国虽已初步仍建立了配筋砌炮体结构体系，匪但需研制和定借型生产砌块建遭筑施工用的机老具，如铺砂浆达器、小直径振波捣店棒掠(泄ф喘≤凤25铁)勇、小型灌孔砼尚浇注泵、小型宾钢筋焊机、灌液孔砼检测仪等模。这些机具对踏配筋砌块结构器的质量至关重顾要。齿预应力砌体其胁原理同预应力象砼，能明显地耗改善砌体的受挑力性能和抗震淡能力。国外，困特别是英国在券配筋砌体和预家应力砌体方面植的水平很高。割我励国培8波0卖年代初期曾有骨过研究，但直少至最近才有少役数专家研究，侵如重庆建筑大谎学的骆万康教虽授对预应力砖建墙的抗震设计披提出了建议。办［愿1宁7单］加4透、加强砌体结或构理论的研甘究世沸进一步研究砌节体结构的破坏漏机理和受力性范能，通过物理国和数学模式，宾建立精确而完涨整的砌体结构反理论，是世界剖各国关心的课输题。我国在这逼方面的研究具葡有较好的基础捧，有的题目有型一定的深度，领［甘1璃8酒］继续加强这毕方面的工作十即分有利，对促译进砌体结构发芝展也有深远意灰义。为此还必支须加强对砌体晕结构的实验技蛮术和数据处理稍的研究，使测姨试自动化，以排得到更精确的眉实验结果。器正如一位资深馅砌体结构学者缸，达E秧、袋A正、失Jame含s削指屿出满“症砌体结构经历墙了一次中古欧里洲的文艺复兴羡，其有吸引力骆的功能特性和鱼经济性，是它留获得新生的关航键。我们不能拐停留在这里。街我们正在进一摘步赋予砌体结阻构的新的概念挖和用樱途条”养。我们对砌体敢结构的未来充励满信心，在党泽的方针政策的跪正确指引下，鹊坚持科学态度宴，敢于创新，精不断努力，