浅谈砌体结构的发展趋势

砌体结构的使用历史悠久,在中国已经有几千年。其中万里长城是两千多年前建造的迄今为止世界上最具代表性的砌体工程;都江堰水利工程到现如今仍在为人所用,并造福着人类;而一千多年前修建的赵县安济桥,现在已经被美国土木工程学会选入世界第十二个土木工程里程碑,该桥是用块石砌筑的世界上最早的敞肩式拱桥。因为砌体结构具有取材方便、施工简便、保温、隔热、隔音、抗腐蚀等优点,所以砌体建筑至今仍占据了建筑量的百分之八十左右。一、砌体结构的优缺点砌体结构在世界范围内得以广泛应用,是与它的优点密不可分的。砌体结构的优点在于:便于就地取材,耐火性、化学稳定性和大气稳定性均较好,较钢筋砼结构节约水泥和钢材,造价低、施工周期短等等。当然砌体结构也存在一些固有的缺点:比如自重偏大,砌筑工作相对繁重,砂浆与砌块之间的结合力较弱,抗拉、抗弯、抗剪强度和结构整体稳定性相对钢筋砼和钢结构较低,另外使用大量粘土又会破坏土地资源。因为普通的砌体结构抗拉、抗弯、抗剪强度低、延性差,所以在历次发生地震时,砌体结构的建筑物破坏率总是位居首位。针对这一情况,我国颁布的抗震设计规范中对砌体结构的建筑物层数和总高度都作了严格的限制,同时为了保证房屋的结构稳定性,避免发生整体弯曲破坏,对砌体结构的高宽比也作了明确的规定。二、砌体结构现阶段的发展状况由于我国仍是发展中国家,经济条件相对落后,决定了现在乃至今后仍将有大量房屋建筑会采用砌体结构。但由于土地资源的不可再生性,在使用砌体结构的同时需考虑能否采取措施,降低砌块粘土使用量,减轻砌体结构自重,并提高砌体杭剪、抗弯和抗拉性能,改善其延性,加强其抗倾能力,通过试验和研究,逐步减轻和克服砌体结构的一些缺点,使砌体结构能延长其生命力。目前我国主要是从以下两个方面进行砌体结构改革的。1、空心砖和多孔砖得到了越来越广泛的普及和应用空心砖、多孔砖以及相应的节能环保砌块随着墙体改革的深入开展而得到更加广泛的应用,普通烧结粘土砖的使用受到越来越多的限制,促使建设单位更多地使用获得认证许可的空心砖、多孔砖以及相应的节能环保砌块。以哈尔滨呼兰区为例,已经在2003年严令禁止在围护结构中使用普通粘土砖,而承重结构也多数采用粘土多孔砖和炉渣粘土砖,在其它结构中也严格限制使用普通粘土砖。在建筑工程中应用空心砖和多孔砖有许多优点:在生产方面,节约原料和燃料,干燥和烧成周期短,综合效益高,砌筑成活效率高;在使用方面,保温效果和透气性能好,提高了居住舒适感;节能方面,结构自重轻,建筑能耗比较节省,各项综合技术经济指标都比较好。这些优越性,已被国内外大型的工程建设实践所证明。发展及推广应用空心砖、多孔砖和节能环保砌块,是我国建筑物墙体改革的重要内容,也是建筑业提高经济效益的有效方法。2、配筋砌体的研究得到了较大发展在上世纪四五十年代,前苏联的研究人员就对网状配筋砌体开展试验研究,得出了较完整的计算方法。上世纪七十年代,湖南大学对方格钢筋网配筋砌体抗压性能进行了相对系统的试验和研究。上世纪八十年代,南京工学院等单位试验和研究了盘旋形钢筋的配筋砌体。国内外还对竖向配筋空心砖砌体进行了更加系统的研究,东南大学多次进行竖向配筋小型砌块的试验研究。通常我们认为,配筋砌体是由于钢筋的拉力作用使砌体处于三向受力状态而提高其强度。但文献认为横向配筋砌体的强度提高主要是由于钢筋的拉接作用防止了被裂缝分开的小柱由于过早失稳而破坏。一九八八年东南大学进行的钢纤维砂浆砖柱抗压强度的试验,得出了钢纤维砂浆砌体的抗压性能较普通砂浆砌体提高约15%,抗剪强度明显提高,提高了约30%,而抗压韧度也有较大的提高。一九九零年至今,集中配筋砌体结构的研究得到了很大发展。根据有关文献,集中配筋砌体结构在破坏阶段时钢筋的应力达到屈服值,比分布配筋效果更好;同时配筋带又可以减小砼构造柱的支撑长度,加强砼构造柱对砌体结构的约束作用;被分隔开的小面积墙体各自出现交叉裂缝,在墙体两端形成的三角形块体,尺寸较小,对于墙端柱的挤压作用明显减弱;另外还可以直接参与抗剪。但是集中配筋砌体结构和分布配筋砌体结构同样存在施工繁琐的问题,这有待今后进一步改善。三、砌体结构今后的发展方向1、必须加强轻质、高强和节能环保的新型砖、砌块、砂浆的开发和利用。高强空心砖在国外应用已经很久,其抗压强度普遍达到30-60MPa,且体积密度仅为6-13KN/m3。另外,由于我国目前普遍采用的普通砂浆强度低,自然也就难以得到高强度的砌体,如果采用高粘结力、高强度的粘结材料,则砌体的多项指标可以大幅度增长,从而更加有效地提高砌筑结构的整体性和抗震性。2、配置预应力筋,改善砌体结构的力学性能。可以根据砌体结构的受力特性在相应的的部位配置预应力钢筋,用来提高砌体的竖向承载力,提高抗拉强度,加强结构的刚度,提高延性。这或许会成为砌体结构发展和应用的新方向。