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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
In this paper, a brief introduction to the achievements in the field of masonry since the founding of P.R. China, which include the usage of all kinds of masonry structures, the development of new masonry materials and its structures and systems, the studies and researches on masonry theory. A recommendation to the development of masonry in future based on the author's knowledge.?
〔keywords〕 unreinforced masonry; reinforced masonry; green building material.
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
解放前直至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。在此基础上于1973年颁布了国家标准《砖石结构设计规范》GBJ3-73。这是我国第一部砖石结构设计规范。从此使我国的砌体结构设计进入了一个崭新的阶段。70年代中期至80年代末期，为修订GBJ3-73规范，我国对砌体结构进行了第二次较大规模的试验研究，其中收集我国历年来各地试验的砌体强度数据4023个，补充长柱受压试件近200个，局压试件100多个，墙梁试件200多根及2000多个有限元分析数据和进行了11栋多层的砖房空间性能实测和大量的理论分析工作等。这样在砌体结构的设计方法、多层房屋的空间工作性能、墙梁的共同工作，以及砌块的力学性能和砌块房屋的设计方面取得了新的成绩。此外对配筋砌体、构造柱和砌体房屋的抗震性能方面也进行了许多试验研究。相继出版了《中型砌块建筑设计与施工规范》JGJ5-80、《砼小型空心砌块建筑设计与施工规程》JGJ14-82、《冶金工业厂房钢筋砼墙梁设计规程》YS07-79、《多层砖房设置钢筋砼构造柱抗震设计与施工规程》JGJ13-82等，特别是《砌体结构设计规范》GBJ3-88，使我国砌体结构设计理论和方法趋于完善。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10余年来，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。如1995年颁行的《砼小型空心砖块建筑技术规程》JGJ/T14-95，通过试验增强抗震构造措施，使原规范(JGJ14-82)可增加一层，扩大了地震区的应用范围。1999年6月1日颁行的《砌体工程施工及验收规范》GB50203-98，取代了《砖石工程施工及验收规范》GB203-83。它主要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。目前正在修编的《砌体结构设计规范》GBJ3-88，主要在砌体结构可靠度方面、配筋砼砌块砌体、墙梁的抗震方面作了调整和补充。砌体结构可靠度，根据我国当前国情，作了适当的上调。这样作主要为促进采用较高等级的砌体材料，提高耐久性和适当提高抗风险能力。配筋砌体，特别是配筋砼砌块中高层，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，应用范围和限制有了较大的扩展和突破。如其应用范围，已达到钢筋砼剪力墙的适用范围。配筋灌孔砼砌块砌体是作为一个体系纳入到砌体规范中的，它的未来的实施，对促进我国砌块结构向高档次发展具有重要作用。
? 另外本次修订增补了墙梁在地震区的设计方法，进一步扩大了这种结构形式的使用范围。另外根据多年来砌体结构，特别是新型墙体材料结构的温度裂缝、干燥收缩裂缝普遍比较严重，进行深入研究后，增加了比较有效的抗裂构造措施。
? 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，陆续出版了许多教材和著作，如丁大钧主编的《砌石结构》、《砌体结构学》、施楚贤主编的《砌体结构理论与设计》，以及《砌体结构论文集》、《砌体结构设计手册》等。这些对促进我国砌体结构的发展有一定作用。
四 展望?
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［3］
? 1988年第一次国际材料研究会议上首次提出“绿色建材”的概念，1992年6月联大巴西里约热内卢环境和发展世界各国首脑会议，通过了“21世纪议程”宣言，确认了“可持续发展”的战略方针，其目标是：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。
? 近年来发达国家在实施《绿色建材》计划上取得了较大的进展，我国以1992年联合国环境与发展首脑会议为契机，遵照江泽民同志“经济
的发展，必须与人口、环境、资源统筹考虑，决不能走浪费资源和先污染后治理的老路，更不能吃祖宗饭、断子孙路……。”的指示精神，迅速行动起来，广泛研制“绿色建材”产品，取得了初步成果。
?1) 加大限制高能耗、高资源消耗、高污染低效益的产品的生产力度。如对粘土砖(按1996年生产6000亿块的代价是毁田10万多亩、能耗6000万吨标煤)国家早就出台了减少和限制的政策。近年的限制力度越来越大，如北京、上海等城市在建筑上不准采用粘土实心砖，这间接地促进了其它新材的发展。
?2) 大力发展蒸压灰砂废渣制品。这包括钢渣砖、粉煤灰砖、炉渣砖及其空心砌块、粉煤灰加气砼墙板等。这些制品我国80年代以前生产量曾达2.5亿块，吃掉工业废渣几百万吨，但由于种种原因大多数厂家已停产，致使粘土砖生产回潮。今后应加大科研投入、改进工艺、提高产品性能和强度等级、降低成本，向多功能化发展。
?3) 利用页岩生产多孔砖。我国页岩资源丰富，分布地域较广。烧结页岩砖具有能耗低、强度高、外观规则，其强度等级可达MU15～MU30，可砌清水墙和中高层建筑。页岩砖在四川、湖北和大连等地已初步应用。如城都的“绵城苑”小区16万m2的建筑均采用这种砖。
?4) 大力发展废渣轻型砼墙板。这种轻板利用粉煤灰代替部分水泥，骨料为陶粒、矿渣或炉渣等轻骨料，加入玻璃纤维或其它纤维。以及其它轻材料墙板，提高砌体施工技术的工业化水平。
?5) GRC板的改进与提高。这种板自重轻、防火、防水、施工安装方便。GRC空心条板是大力发展的一种墙体制品，需用先进的生产工艺和装配，以提高板的产量和质量。
?6) 蒸压纤维水泥板。我国是世界上第三大粉煤灰生产国，仅电力工业年排灰量达上亿吨，目前的利用率仅为38%。其实粉煤灰经处理后可生产价值更高的墙体材料。如高性能砼砌块、蒸压纤维增强粉煤灰墙板等。它具有容重低、导热系数小、可加工性强、颜色白净的特点，目前全国的产量已达700万m2。
?7) 大力推广复合墙板和复合砌块。目前国内外没有单一材料，既满足建筑节能保温隔热，又满足外墙的防水、强度的技术要求。因此只能用复合技术来满足墙体的多功能要求。如钢丝网水泥夹芯板。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
? 目前我国的砌体材料和发达国家相比，强度低、耐久性差。如粘土砖的抗压强度一般为7.5～15Mpa，承重空心砖的孔隙率≤25%。而发达国家的抗压强度一般均达到30～60Mpa，且能达到100Mpa，承重空心砖的孔洞率可达到40%，容重一般为13KN/m3，最轻可达0.6KN/m3。根据国外经验和我国的条件，只要在配料、成型、烧结工艺上进行改进，是可以显著提高烧结砖的强度和质量的。如我国中美合资大连太平洋砖厂可生产出20Mpa～100Mpa的页岩砖。由于强度高、耐久性、耐磨性和独特的色彩，可作清水墙和装饰材料，已出口和广泛用于高档建筑。高强块材具有比低强材料高得多的价格优势。
? 根据我国对粘土砖的限制政策，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。当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。［17］
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，［18］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。
?正如一位资深砌体结构学者，E、A、James指出“砌体结构经历了一次中古欧洲的文艺复兴，其有吸引力的功能特性和经济性，是它获得新生的关键。我们不能停留在这里。我们正在进一步赋予砌体结构的新的概念和用途”。我们对砌体结构的未来充满信心，在党的方针政策的正确指引下，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。
参考文献
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?2、施楚贤主编.砌体结构理论与设计.中国建筑工业出版社.1992.
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?8、肖小松.砼砌体的性质.同济大学博士后工作报告.1998.5
9、谢小军.砼小砌块砌体力学性能及其配筋砌体抗震性能的研究.湖南大学硕士论文.1998?
10、苑振芳.15层配筋砌块住宅试点工
程简介.施工技术.1998.(7)
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?15、江苏省地方标准《约束砖砌体建筑技术规程》DB32/113-95
?16、甘肃省标准《中高层砖墙与砼剪力墙组合砌体结构设计与施工规程(试行)》DBJ25-56-95
?17、骆万康.关于砌体抗剪力强度计算与集中式预应力砖墙抗震设计的建议.99’全国砌体结构学术会议论文集.1999.9
?18、肖小松.砌体结构的力学性质及数值模拟.同济大学申请博士学位论文.1995.7
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