砌體結(jié)構(gòu)發(fā)展方面的探討

曹清

摘 要：我國砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范經(jīng)過多次修訂，對砌體材料強度等級的最低限制要求逐次提高，對砌體結(jié)構(gòu)的計算指標也有調(diào)整，使其結(jié)構(gòu)可靠度有一定的保證。但是，由于生產(chǎn)技術(shù)的原因，在材料等級的最高限制方面，還沒有能提高，影響到砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展空間。另外，各種環(huán)境因素對砌體結(jié)構(gòu)耐久性的影響，研究尚不充分。這樣，使得砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展受到限制，對此應(yīng)開展系統(tǒng)的研究和制定相應(yīng)的標準。

關(guān)鍵詞：砌體結(jié)構(gòu)；材料；耐久性；發(fā)展

砌體是指把塊體（普通粘土磚、空心磚、砌塊和石材等）用砂漿粘結(jié)砌筑而成的結(jié)構(gòu)材料。用這種材料組織的承重結(jié)構(gòu)稱為砌體結(jié)構(gòu)。其中，塊體采用磚的砌體結(jié)構(gòu)歷史悠久。我國在戰(zhàn)國時期（公元前475年～前221年）已能燒制長方形或方形粘土薄磚、大型空心磚和“幾”字形斷面花磚等。南北朝以后磚的應(yīng)用比較普遍。1949年新中國成立以后，砌體結(jié)構(gòu)得到迅速的發(fā)展，取得了顯著成就。1956年國家建委批準使用前蘇聯(lián)的《磚石及鋼筋磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計標準及技術(shù)規(guī)范》（HuTy120-55）。50年代后期，我國對砌體結(jié)構(gòu)開始了系統(tǒng)的研究。1973年頒布國家標準《磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GBJ3-73）。1988年頒布《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GBJ3-88）。2001年頒布《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50003-2001）。2011年又頒布《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50003-2011），2012年8月1日施行。

砌體和砌體結(jié)構(gòu)，宜就地取材。而我國幅員遼闊，各地的建筑材料工業(yè)發(fā)展不均衡。據(jù)統(tǒng)計，我國1980年磚的年產(chǎn)量為1600億塊，1996年增至6200億塊，為世界其他各國磚年產(chǎn)量的總和。全國基建中采用砌體作墻體材料約占90%左右。在辦公、住宅等民用建筑中大量采用磚墻承重。50年代這類房屋一般為3～4層，現(xiàn)在已為5～6層，不少城市一般建到7～8層?，F(xiàn)在每年興建的城市住宅建筑面積多達1億m2以上。因此，在社會主義初級階段以及今后的一個相當長的時期內(nèi)，在許多建筑中砌體和砌體結(jié)構(gòu)無疑仍然是一種主要的材料和承重結(jié)構(gòu)體系。這樣，對砌體材料發(fā)展的研究仍然很有必要。

1 發(fā)展的有利方面

從我國砌體結(jié)構(gòu)規(guī)范的演變過程中，可以看出我國砌體結(jié)構(gòu)的材料最低強度等級不斷提高。2001年新修訂的砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范與以往的砌體結(jié)構(gòu)規(guī)范中材料強度等級相比如表1和表2所示。表1為磚強度等級的對比，表2為砂漿強度等級的對比。從表1和表2 可以看出隨著規(guī)范的不斷修訂磚的最低強度等級逐漸提高，但是磚的最高強度等級沒有提高；砂漿的最低強度有一定的提高但是砂漿的最高強度等級沒有提高。

為了從施工方面控制砌體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，2001版的砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范引入施工質(zhì)量控制等級的規(guī)定，將材料性質(zhì)和砌筑質(zhì)量的控制進行了區(qū)分。新規(guī)范規(guī)定，當施工質(zhì)量控制等級為A級時材料性能分項系數(shù)取γf =1.5，B級時取γf =1.6，C級時取γf =1.8。施工質(zhì)量控制等級B級相當于我國目前一般施工質(zhì)量水平，規(guī)范中砌體強度按B級給出。如果采用A級或C級，需對砌體強度修正。當施工質(zhì)量控制等級為C級時，乘以調(diào)整系數(shù)γa =1.6/1.8=0.89；當采用A級時，可將規(guī)范表中的砌體強度設(shè)計值提高5%。

為了解決燒結(jié)粘土磚破壞大量耕地的問題，新規(guī)范引入蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚、輕骨料混凝土小型空心砌塊等新型砌體材料。這樣就為砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了更廣闊的空間。與國外砌體結(jié)構(gòu)相比，我國現(xiàn)行砌體結(jié)構(gòu)材料的控制強度等級較低，砌體結(jié)構(gòu)的高層建筑只達12層，而國外已達30～40層。根據(jù)國外經(jīng)驗和我國的條件，只要在配料、成型、燒結(jié)工藝上進行改進，就可顯著提高燒結(jié)磚的強度和質(zhì)量。如中美合資大連太平洋磚廠可生產(chǎn)出20～100兆帕的頁巖磚。由于強度高、耐久性及耐磨性好和獨特的色彩，可作清水墻和裝飾材料，已出口國外和廣泛用于高檔建筑。同時，在粘結(jié)材料和砌筑方法上，也有改進和提高的發(fā)展條件。比如為確保粘結(jié)材料的質(zhì)量，有的地方開始發(fā)展干拌砂漿和商品砂漿。干拌砂漿就是把所有配料在干燥狀態(tài)下混合裝包供應(yīng)，現(xiàn)場按要求加水攪拌即可。天津舒布洛克水泥砌塊公司已供應(yīng)這種干拌砂漿，價格約比現(xiàn)場攪拌砂漿高20%左右。商品砂漿的優(yōu)點如同商品混凝土，質(zhì)量可以得到保證。

另外，我國對高層砌體結(jié)構(gòu)的研究和隔震在砌體結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用也有不少經(jīng)驗。比如早在1972年我國就建成12層高層砌體住宅；在1992年我國首次進行8層砌體房屋的抗震試驗、輸入模擬地震加速度峰值0.229，相當于八度地震烈度，取得相當成功。由于隔震技術(shù)的不斷發(fā)展，在砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面產(chǎn)生了很廣闊的前景。隔震的基本原理是：通過設(shè)置隔震消能裝置，延長建筑物的自振周期，阻止地震能量向上傳遞；同時提供一定的阻尼，消耗地震能量，從而達到減小上部結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的目的。由于隔震體系的上部結(jié)構(gòu)所受地震作用大幅度降低，使上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點的斷面、配筋減少，構(gòu)造及施工簡單，可大大節(jié)省造價。從汕頭、廣州、西昌等地建造的隔震房屋得知，多層隔震房屋比多層傳統(tǒng)抗震房屋節(jié)省土建造價：7度節(jié)省1%～3%、8度節(jié)省5%～15%、9度節(jié)省10%～20%。如果考慮采用隔震技術(shù)后上部結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度的降低，砌體結(jié)構(gòu)可建層數(shù)增加，土地利用率得到提高，經(jīng)濟效益更為可觀。由此可見，以砌體材料為主、采取其他的材料配合及技術(shù)手段，把砌體結(jié)構(gòu)推向高層是完全可行的。正如一位資深學者E.A.James指出：“砌體結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了一次中古歐洲的文藝復(fù)興，其有吸引力的功能特性和經(jīng)濟性是它獲得新生的關(guān)鍵。我們不能停留在這里。我們正在進一步賦予砌體結(jié)構(gòu)新的概念和用途”。我國的砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展還是大有前途的，在黨的方針政策的正確指引下，堅持科學態(tài)度，敢于創(chuàng)新，不斷努力，使砌體結(jié)構(gòu)為我國及世界建筑業(yè)的發(fā)展作出更大的貢獻。

2 發(fā)展的不利方面

雖然新規(guī)范從多個方面提高砌體結(jié)構(gòu)材料的耐久性，但是對很多影響材料耐久性的不利因素缺乏系統(tǒng)深入的研究。以普通粘土磚為例，由于粘土經(jīng)過加熱后分解生成的主要物質(zhì)成分是氧化硅和氧化鋁，酸、堿、鹽溶液對它都有腐蝕作用，酸與磚中的氧化鋁作用，生成易溶的鹽；粘土磚中所含的鋁酸鈣和硅酸鈣易于被堿液分解，非晶的二氧化硅和氧化鋁也會與苛性堿和金屬碳酸鹽的溶液發(fā)生反應(yīng)；帶有結(jié)晶水的鹽，特別是能生成帶有很多結(jié)晶水的鹽類，體積膨脹而引起磚結(jié)晶破壞。表3反應(yīng)了煤矸石磚和普通粘土磚的耐酸堿性能的對比。從表3可以看出，普通粘土磚的耐腐蝕性能遠遠低于煤矸石磚。另外，砂漿也會受到酸、堿、鹽的腐蝕。在酸性氣體作用下，灰縫的砂漿常常比磚先受腐蝕，而磚的腐蝕很輕微。因此，在一般酸性氣體作用下，可采用密實性好和強度等級高一些的磚，同時用水泥砂漿抹面或涂防腐蝕涂料加以保護。

由于砌體結(jié)構(gòu)在建筑中占了很大的比例，因此砌體結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)事故的比例也很大。在火災(zāi)修復(fù)工程中，當測定的火災(zāi)溫度低于900℃，可以不考慮磚抗壓強度的折減。當火災(zāi)溫度大干900℃時，自然冷卻的Mu20磚的抗壓強度折減25%，當消防救火噴水時，Mu20的磚抗壓強度折減20%。這主要是因為在常溫及正常高溫的情況下，砂漿有較好的密集性，磚和砂漿兩種材料間的粘結(jié)作用較大，當發(fā)生火災(zāi)時，磚和砂漿在火災(zāi)溫度作用下材料性能發(fā)生變化，導(dǎo)致砌體強度的損傷。這將降低砌體中砂漿和磚的強度，從而降低了砌體的強度，影響結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性能。

當砌體結(jié)構(gòu)房屋遭受洪澇災(zāi)害時，可能造成房屋倒塌人員傷亡，給人們的生命財產(chǎn)帶來巨大損失。根據(jù)文獻可知：（1）砌體受水浸泡后，對于實心磚砌體，當用粘土白灰砂漿砌筑時，其抗壓強度約降低15%，當用混合砂漿砌筑時，其抗壓強度約降低15%；（2）砌體受水浸泡后，其抗剪強度大大降低，對于混合砂漿和粘土白灰砂漿砌筑的砌體其抗剪強度大約分別降低了52%和50%；（3）砌體在水中浸泡時，其變形不明顯，但砌體產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。因此，當砌體結(jié)構(gòu)遭受水災(zāi)后，砌體材料的抗壓和抗剪強度降低，尤其是抗剪強度降低很大，從而影響砌體結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性能。

另外，砌體材料中塊體強度等級的變異性也必須考慮。根據(jù)文獻[15]可知：同一批磚材，多次抽樣檢驗，其強度等級可能差1～2級，而且同一工程的同一層樓，可能使用兩個磚廠的產(chǎn)品，當分別檢驗時，其質(zhì)量不同更屬常見現(xiàn)象。這樣不同強度等級的塊材混用，必然影響結(jié)構(gòu)的承載力，從而影響結(jié)構(gòu)的耐久性能。

3 結(jié)語

通過以上對砌體結(jié)構(gòu)材料兩個方面的分析，可以看出盡管我國的砌體結(jié)構(gòu)材料的強度等級不斷提高，而且砌體構(gòu)件的可靠指標均滿足β≥3.7的要求，且通常情況下達到β>4的水平，比原先的可靠度指標有較大的提高。比如，對住宅、辦公樓墻體，可靠度指標值約提高0.5，提高幅度約為15%。但是目前我國的砌體材科和發(fā)達國家相比，強度低、耐久性差。同時，由于工業(yè)發(fā)展和環(huán)境控制不協(xié)調(diào)，造成對環(huán)境的污染，形成酸雨等自然現(xiàn)象對砌體結(jié)構(gòu)材料的腐蝕。盡管現(xiàn)在我國已經(jīng)開始對環(huán)境污染進行控制，但是環(huán)境的改善需要較長的時間。因此，在較長時間內(nèi)，對砌體結(jié)構(gòu)的耐久性還是要采取有效的改善措施，特別是在廣大的農(nóng)村地區(qū)。

綜上所述，為了保證砌體結(jié)構(gòu)的安全應(yīng)該注意以下幾點：（1）盡量不要采用清水磚墻，砌體結(jié)構(gòu)的表面增加水泥砂漿抹面，增加砌體結(jié)構(gòu)的耐久性能。（2）對可能遭受水災(zāi)的砌體結(jié)構(gòu)房屋，適當考慮將材料的計算強度等級取值降低，來增大結(jié)構(gòu)的可靠性。（3）對砌體結(jié)構(gòu)的公用建筑比如商場等易發(fā)生火災(zāi)的房屋，采取適當防火措施。（4）使用在可能遭受酸、堿、鹽作用下的砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)增加防腐涂層對砌體結(jié)構(gòu)加強保護。（5）開展對砌體結(jié)構(gòu)耐久性影響因素的研究，制定相應(yīng)的標準措施。

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