关于我国砌体结构发展方向的思考
摘 要:近年来,我国采用砼、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。作者根据实践探讨我国砌体结构的应用、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新的思考。
关键词:无筋砌体;配筋砌体;绿色建材
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。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
以来我国砖的产量逐年增长,据统计,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。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。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。
二、新材料、新技术、新结构的研究与应用
我国有着用砖砌筑拱和券的丰富经验,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。
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1.9m2K/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。《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。
三、砌体结构理论研究与计算方法
前直至1950年我国谈不上有任何结构设计理论。国家建委于1956年批准在我国推广应用苏联《砖石及钢筋砖石结构设计标准和技术规范》NUTY120-55,直到60年代。
60～70年代初,在我国有关部门的领导和组织下,在全国范围内对砖石结构进行了比较大规模的试验研究和调查,总结出一套符合我国实际、比较先进的砖石结构理论、计算方法和经验。在砌体强度计算公式、无筋砌体受压构件的承载力计算、按刚弹性方案考虑房屋的空间工作,以及有关构造措施方面具有我国特色。我国砌体结构可靠度的设计方法,已达到当前的国际先进水平。对于多层砌体房屋的空间工作,在墙梁中考虑墙和梁的共同工作和局压设计方法等专题的研究成果在世界上处于领先地位。近年来,特别是《砌体结构设计规范》GBJ3-88颁行后,进入了第三次较大规模的修订时期。它补充了近年来新型材料和配筋砌体施工技术、施工质量控制等级方面的内容。根据我国主编的国际标准《配筋砌体结构设计规范》和我国近年来各地较大规模的试验研究和试点建筑的经验,使我国配筋砌体的理论更完善,应用范围和有了较大的扩展和突破。
我国砌体结构理论近年来有较大提高,反映在《砌体结构设计规范》GBJ3-88颁行前后,陸续出版了许多教材和著作,对促进我国砌体结构的发展有一定作用。
四、措施与对策
砌体是包括多种材料的块体砌筑而成的,其中砖石是最古老的建筑材料,几千年来由于其良好的物理力学性能、易于取材、生产和施工,造价低廉,致今仍成为我国主导的建筑材料。但是我国的砌体材料普遍存在着自重大、强度低、生产能耗高、毁田严重、施工机械化水平较低,和耐久性、抗震性能较差等弊病。因此我认为要针地这些问题开展下列方面的工作。
1.积极开发节能环保形的新型建材。依据环境再生、协调共生、持续自然的原则,尽量减少自然资源的消耗,尽可能对废弃物的再利用和净化。保护生态环境以确保人类社会的可持续发展。加大高能耗、高资源消耗、高污染低效益的产品的生产力度,大力发展蒸压灰砂废渣制品,利用页岩生产多孔砖,大力发展废渣轻型砼墙板,大力推广复合墙板和复合砌
块。目前看来,现场湿作业,抹灰后难以克服龟裂现象有待改进。复合砌块墙体材料,也是今后的发展方向,如采用矿渣空心砖、灰砂砌块、砼空心砌块中的任一种与绝缘材料相复合都可满足外墙的要求,目前已有少量生产。我国在复合墙体材料的应用方面已有一定基础,宜进一步改善和完善配套技术,大力推广,这是墙体材料“绿色化”的主要出路。
2.发展高强砌体材料。根据我国对粘土砖的,可就地取材、因地植宜,在粘土较多的地区,如西北高原,发展高强粘土制品、高空隙率的保温砖和外墙装饰砖、块材等;在少粘土的地区发展高强砼砌块、承重装饰砌块和利废材料制成的砌块等。
在发展高强块材的同时,研制高强度等级的砌筑砂浆。目前的砂浆强度等级最高为M15。与高强块材匹配时需开发大于M15以上的高性能砂浆。我国正在起草的《砼小型空心砌块砂浆和灌孔砼》行业标准中砂浆的强度等级为M5～M30,灌孔砼的强度等级为C20～C40,这是砼砌块配套材料方面的重要进展,对推动高强砌体材料结构的发展有重要作用。
根据发展趋势,为确保质量,发展干拌砂浆和商品砂浆具有很好的前景。前者是把所有配料在干燥状态下混合装包供应现场按要求加水搅拌即可。天津舒布洛克水泥砌块公司已供应这种干拌砂浆,价格约高20%左右。商品砂浆的优点同商品砼。这类砂浆的发展一旦取代传统砂浆,将是一个多么巨大的变化!
3.继续加强配筋砌体和预应力砌体的研究。我国虽已初步建立了配筋砌体结构体系,但需研制和定型生产砌块建筑施工用的机具,如铺砂浆器、小直径振捣棒(ф≤25)、小型灌孔砼浇注泵、小型钢筋焊机、灌孔砼检测仪等。这些机具对配筋砌块结构的质量至关重要。
预应力砌体其原理同预应力砼,能明显地改善砌体的受力性能和抗震能力。国外,特别是
英国在配筋砌体和预应力砌体方面的水平很高。我国80年代初期曾有过研究,但直至最近才有少数专家研究,如重庆建筑大学的骆万康教授对预应力砖墙的抗震设计提出了建议。
4.加强砌体结构理论的研究。进一步研究砌体结构的破坏机理和受力性能,通过物理和数学模式,建立精确而完整的砌体结构理论,是世界各国关心的课题。我国在这方面的研究具有较好的基础,有的题目有一定的深度,继续加强这方面的工作十分有利,对促进砌体结构发展也有深远意义。为此还必须加强对砌体结构的实验技术和数据处理的研究,使测试自动化,以得到更精确的实验结果。我们对砌体结构的未来充满信心,在党的方针的正确指引下,坚持科学态度,敢于创新,不断努力,为我国及世界的砌体结构的发展作出更大的贡献。
