砌体结构的新发展

砌体结构的新发展
【摘要】
砌体结构在我国有悠久的应用历史，秦砖汉瓦、万里长城是我们引以自豪的象征。

随着人口的增加，耕地资源日趋紧张，为了保护环境节约能源，也不允许挖地烧砖。

因此，量大面广的粘土实心砖就将逐步被禁用而退出历史舞台，这样就促使我们面临一场墙体材料革新的历史机遇。

同时在经历过多次地震的中国，提高抗震性能也是砌体结构在结构方面应该有一定有发展与创新。

【关键词】砌体结构新发展
一、砌体材料的发展
得益于国家积极的鼓励政策，目前我国砌体结构材料形成一种既有地方特点，又有多品种的砌体材料并举的发展势态，大致可分为以几类：
1、粘土类制品：
新型烧结砖：以页岩或煤矸石或粉煤灰为原材料，或按一定比例混合使用的经烧结而成的实心砖、多孔砖，较好地利用工业废料为原料，制成墙体材料。

它们具有类似于烧结粘土砖的性质，亦具有新的原材料的特点。

新型烧结砖一般抗压强度均较高，以北京地区为例，普通的煤矸石加页岩混合烧结砖的抗压强度均在MU15以上，少量的可达MU20以上，多孔砖的孔洞率在25%-30%左右。

此类实心砖由于表面比粘土砖更粗糙，抗剪强度亦普遍比粘土砖高；多孔砖由于有孔洞作为键糟，砂浆能起到销键作用。

增大了砌体的抗剪强度，对抗震十分有利。

新型烧结砖还由于经焙烧而成，因此，其砌体的线膨胀系数和收缩率都比较小，与烧结粘土砖没有什么区别。

蒸压类砖：包括蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖。

由于它们的原材料不同，特别是制作养护过程的差异，导致蒸压砖特有的性质。

蒸压灰砂砖以石灰和砂为原材
料，蒸压粉煤灰砖以电厂工业废料粉煤灰为原材料。

经过机械压制成型，高压蒸汽养护而成砌体材料。

由于它的制作过程和生产工艺，决定了这类砖具有收缩率较大、表面比较光滑、抗压强度较高而抗剪强度较低的特点。

因此，反映在设计应用过程中出现一些问题。

比如由于收缩率大，线膨胀系数亦大，这类砌体墙受材料收缩以及温度影响较大，墙体容易出现裂缝和变形。

又比如由于砖表面比较光滑，磨擦系数小，与砂浆的粘结性能就差。

因此，其抗剪强度偏低，不利于抗震。

至于蒸压类砖中，目前规范尚未列入的多孔蒸压砖的品种，因此，暂不能作为承重墙体材料。

同时，由于蒸养砖的变形更大，目前也不能做承重墙体材料。

砼砌块：这是一种以水泥、细石或轻骨料为原材料，经过机械振动压制成型。

利用自然或燕汽养护而成的砌体材料。

它的特点是原材料水泥具有普遍性，骨料就地取材，生产过程比较节能，强度可以根据不同需要配制。

这种墙体材料的最大优点是它的块材形式，一般具有较大的集中孔洞，孔洞率可以达到25%-50%。

这些孔洞为块体材料较多地配置钢筋创造了先天条件。

因此，它是一种砌体材料走向整体结构的良好形式，也是使砌体结构提高抗震性能的有效途径。

2、其他砌体材料：这类材料中还包括生土和石砌体材料，包括以聚笨类材料、水泥及其它骨料掺合制成的新型墙体块材。

当前有些地区还开发了水泥多孔砖的新型块材，它的尺寸与KP1型砖相同。

其原材料为水泥、沙和细石。

因此它是一种承重的墙体新材料，目前发展势头很快，但尚无行业和国家标准。

二、砌体结构的发展
我国是一个多地震国家，六度及六度以区地震区占全国面积的三分之二以上，历次地震表明，砌体结构的震害比较严重，砌体结构技术的发展主要就是抗震技术的发展，必须改进砌体结构的抗震性能，包括延性性能和抗倒塌能力。

从提高砌体结构抗震性能的角度来看，大致可将砌体结构形式划分为三类：无筋砌体：这类结构的墙体配筋率在0.07%以下，抗震性能较差，不宜在地震区建造。

约束砌体：墙体配筋率在0.07%以上，0.2%以下，这类砌体结构抗震性能较好，适于在地震区建造多层砌体结构。

在这类结构体系中，大家较为熟悉的就是构造柱体系。

我国在1977年提出了在砌体结构中设置钢筋混凝土构造柱的做法。

即在内外墙连接处、墙体交接部位、大洞口及楼梯间角墙等部位，设置后浇的钢筋混凝土柱。

目的在于约束受地震开裂后砌体不在地震持时内突然倒塌。

这一设想在全国通过了一千多片单层墙体和十余幢建筑整体模型试验得到了证实。

构造柱的试验研究表明：砌体中的构造柱对初裂荷载影响不大，提高不多；对砌体的刚度增加也很少；对提高承载能力约在10%-30%左右；但对延性的提高十分明显，可比无构造柱墙体提高3-5倍；特别是对防止房屋突然塌落起到决定性作用。

实践经验也证明：按照唐山地震以后的抗震规范设计的，砌体中带有构造柱做法的房屋，己在多次地震中得到了考验，烈度最高时达到9度，震后墙体有开裂，但无一倒塌。

因此，宏观震害调查表明：钥筋硅构造柱，对减轻砌体结构震害，防止房屋倒塌具有明显的抗震作用。

目前在我国，构造柱的构造做法为一种有效、经济而成功的抗震措施已广泛用于各类砌体结构。

七十年代开始被列入抗震设计规范，八、九十年代进一步得到充实和发展。

如组合柱体系，即在砌体墙中段设置钢筋砼组合柱，在墙体平面内每间隔一定距离设置钢筋混凝土组合柱，其宽度一般同墙厚、长度和间距根据设计要求。

此类设置有组合柱的墙体一般在两端均有按规定设置的构造柱。

以这类组合柱组成的墙体称为组合墙体，其抗震性能，特别是墙体的抗剪能力有较大幅度的提高，并对整个建筑的整体弯曲十分有利，是较多层数的砌体结构的一种较好的做法。

在提高砌体结构抗震性能、改善砌体脆性性质方面，我国还进行了大量的试验研究工作和试点实践。

砌体墙中配置水平钢筋，利用实心或多孔砖中沿墙的高度方向相隔60-300mm配置水平钢筋，砌体墙中设置混凝土水平条带。

即在沿砌体墙每隔一定高度上，以现浇细石混凝土60-100mm厚并配置若干根细钢筋或钢筋网。

这种做法可以改善砖砌体的脆性性质，使砌体墙裂缝不出现对角主拉应力轨迹的主裂缝，并且使裂缝比较均匀地分布在整个墙面。

这样，对砌体墙的抗剪强度可提高15%-30%左右，延性的改善方面也很明显。

水平配筋作用的发挥与钢筋两端的锚固程度有直接关系，锚固可靠时，其抗剪性能可比无锚固再提高13%左右。

约束砌体结构体系主要用于多层结构，当需要突破抗震设计规范对砌体结构高度的限制时，可以采用配筋砌体体系，从墙体配筋率来衡量，在0.2%
以上。

近年来以混凝土小型空心砌块为代表的配筋砌体结构发展迅速，在北京、上海、辽宁等地建成了层数达18层的中高层建筑。

此类结构从墙体材料、配筋情况来看，完全可纳入钢筋混凝土结构之列，只是从块材型式及砌筑方式，仍将其看作砌体结构。

几年来的工程实践表明，采用配筋砌块砌体，同现浇混凝土剪力墙结构相比具有更多的优越性。

一是降低配筋率，节约钢材近一半；二是在一定程度上减轻结构自重（15%）；三是降低造价（工程造价可减少10~20%、工效提高50%）；四是改善了变形和延性性能。

因此，是一种可供推广应用的新结构体系。

对于中高层配筋砌块结构，其地震作用计算及结构抗震验算同以往砌体结构均有所不同。

由于高度增加，其计算模型也不能再沿用以剪切变形为主的多层砌体结构，而必须考虑结构的弯曲影响。

同时，由于高度增加，结构的自振周期变长，也不能再按多层砌块结构一律假设其基频处于反应谱平台段，应通过计算确定。

在内力和位移计算时，如果房屋高度不超过40m,以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度分布比较均匀时，可采用底部剪力法进行地震作用的简化计算，反之就应该采用振型分解反应谱法。

在配筋混凝土砌块结构的承载力计算时，也不单是计算砌块墙的受剪承载力，而应按剪力墙结构计算在偏心受压和偏心受拉时砌块砌体剪力墙的斜截面受剪承载能力；配筋砌块砌体剪力墙过梁的斜截面受剪承载能力等。

同时，对配筋砌体剪力墙结构中的构造措施，也有了更高的要求。

三、砌体结构发展展望
在我国当前和今后的发展趋势中，砌体结构仍将是一种重要的结构形式，砌体材料也将仍为我国建筑的主要墙体材料，并且在以下几方面可作进一步深入的研发：
1、砌体结构材料方面：开展高强材料(如高强砌块及块型)、高性能砂浆和注芯混凝土的基本材料研究。

我国砌块应用的实践已经证明，大孔隙率薄壁大体积的砌块仍然采用普通粘土砖砌体使用的砌筑砂浆和注芯材料是不合适的，它粘结性差，强度低，收缩大，使砌块砌体强度低，整体性差、抗震能力弱，这无
疑限制了砌块建筑的发展。

为此需研制砌块建筑配套的专用材料，即专用砂浆（粘结性高、流动性低、和易性保水性强、强度增长快）、注芯混凝土（高流动性、低收缩和高强度）保证浇注密实与砌块内壁粘结好，不产生收缩裂缝和与砌块匹配的芯柱混凝土强度，才能保证将砌块、钢筋粘结成整体，成为高强度高延性的配筋砌体结构。

2、在砌体结构体系方面：开展砌体结构构件力学性能试验、整体结构动力性能研究、房屋抗震性能包括弹塑性性能研究。

3、科技投入方面：建议政府部门加大科技投入。

4、完善标准体系：在上述研究的基础上编制出有关砌块结构的材料标准，配筋砌块建筑结构设计及施工规范，还必须编制配筋砌块建筑设计计算及绘图软件，以及配筋砌块结构设计构造图集等。