砌体结构发展方面的探讨

曹清

摘 要：我国砌体结构设计规范经过多次修订，对砌体材料强度等级的最低限制要求逐次提高，对砌体结构的计算指标也有调整，使其结构可靠度有一定的保证。但是，由于生产技术的原因，在材料等级的最高限制方面，还没有能提高，影响到砌体结构的发展空间。另外，各种环境因素对砌体结构耐久性的影响，研究尚不充分。这样，使得砌体结构的发展受到限制，对此应开展系统的研究和制定相应的标准。

关键词：砌体结构；材料；耐久性；发展

砌体是指把块体（普通粘土砖、空心砖、砌块和石材等）用砂浆粘结砌筑而成的结构材料。用这种材料组织的承重结构称为砌体结构。其中，块体采用砖的砌体结构历史悠久。我国在战国时期（公元前475年～前221年）已能烧制长方形或方形粘土薄砖、大型空心砖和“几”字形断面花砖等。南北朝以后砖的应用比较普遍。1949年新中国成立以后，砌体结构得到迅速的发展，取得了显著成就。1956年国家建委批准使用前苏联的《砖石及钢筋砖石结构设计标准及技术规范》（HuTy120-55）。50年代后期，我国对砌体结构开始了系统的研究。1973年颁布国家标准《砖石结构设计规范》（GBJ3-73）。1988年颁布《砌体结构设计规范》（GBJ3-88）。2001年颁布《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）。2011年又颁布《砌体结构设计规范》（GB50003-2011），2012年8月1日施行。

砌体和砌体结构，宜就地取材。而我国幅员辽阔，各地的建筑材料工业发展不均衡。据统计，我国1980年砖的年产量为1600亿块，1996年增至6200亿块，为世界其他各国砖年产量的总和。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。因此，在社会主义初级阶段以及今后的一个相当长的时期内，在许多建筑中砌体和砌体结构无疑仍然是一种主要的材料和承重结构体系。这样，对砌体材料发展的研究仍然很有必要。

1 发展的有利方面

从我国砌体结构规范的演变过程中，可以看出我国砌体结构的材料最低强度等级不断提高。2001年新修订的砌体结构设计规范与以往的砌体结构规范中材料强度等级相比如表1和表2所示。表1为砖强度等级的对比，表2为砂浆强度等级的对比。从表1和表2 可以看出随着规范的不断修订砖的最低强度等级逐渐提高，但是砖的最高强度等级没有提高；砂浆的最低强度有一定的提高但是砂浆的最高强度等级没有提高。

为了从施工方面控制砌体结构的质量，2001版的砌体结构设计规范引入施工质量控制等级的规定，将材料性质和砌筑质量的控制进行了区分。新规范规定，当施工质量控制等级为A级时材料性能分项系数取γf =1.5，B级时取γf =1.6，C级时取γf =1.8。施工质量控制等级B级相当于我国目前一般施工质量水平，规范中砌体强度按B级给出。如果采用A级或C级，需对砌体强度修正。当施工质量控制等级为C级时，乘以调整系数γa =1.6/1.8=0.89；当采用A级时，可将规范表中的砌体强度设计值提高5%。

为了解决烧结粘土砖破坏大量耕地的问题，新规范引入蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖、轻骨料混凝土小型空心砌块等新型砌体材料。这样就为砌体结构的发展提供了更广阔的空间。与国外砌体结构相比，我国现行砌体结构材料的控制强度等级较低，砌体结构的高层建筑只达12层，而国外已达30～40层。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，就可显著提高烧结砖的强度和质量。如中美合资大连太平洋砖厂可生产出20～100兆帕的页岩砖。由于强度高、耐久性及耐磨性好和独特的色彩，可作清水墙和装饰材料，已出口国外和广泛用于高档建筑。同时，在粘结材料和砌筑方法上，也有改进和提高的发展条件。比如为确保粘结材料的质量，有的地方开始发展干拌砂浆和商品砂浆。干拌砂浆就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，价格约比现场搅拌砂浆高20%左右。商品砂浆的优点如同商品混凝土，质量可以得到保证。

另外，我国对高层砌体结构的研究和隔震在砌体结构方面的应用也有不少经验。比如早在1972年我国就建成12层高层砌体住宅；在1992年我国首次进行8层砌体房屋的抗震试验、输入模拟地震加速度峰值0.229，相当于八度地震烈度，取得相当成功。由于隔震技术的不断发展，在砌体结构应用方面产生了很广阔的前景。隔震的基本原理是：通过设置隔震消能装置，延长建筑物的自振周期，阻止地震能量向上传递；同时提供一定的阻尼，消耗地震能量，从而达到减小上部结构地震响应的目的。由于隔震体系的上部结构所受地震作用大幅度降低，使上部结构构件和节点的断面、配筋减少，构造及施工简单，可大大节省造价。从汕头、广州、西昌等地建造的隔震房屋得知，多层隔震房屋比多层传统抗震房屋节省土建造价：7度节省1%～3%、8度节省5%～15%、9度节省10%～20%。如果考虑采用隔震技术后上部结构抗震设防烈度的降低，砌体结构可建层数增加，土地利用率得到提高，经济效益更为可观。由此可见，以砌体材料为主、采取其他的材料配合及技术手段，把砌体结构推向高层是完全可行的。正如一位资深学者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新的概念和用途”。我国的砌体结构的发展还是大有前途的，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，使砌体结构为我国及世界建筑业的发展作出更大的贡献。

2 发展的不利方面

虽然新规范从多个方面提高砌体结构材料的耐久性，但是对很多影响材料耐久性的不利因素缺乏系统深入的研究。以普通粘土砖为例，由于粘土经过加热后分解生成的主要物质成分是氧化硅和氧化铝，酸、碱、盐溶液对它都有腐蚀作用，酸与砖中的氧化铝作用，生成易溶的盐；粘土砖中所含的铝酸钙和硅酸钙易于被碱液分解，非晶的二氧化硅和氧化铝也会与苛性碱和金属碳酸盐的溶液发生反应；带有结晶水的盐，特别是能生成带有很多结晶水的盐类，体积膨胀而引起砖结晶破坏。表3反应了煤矸石砖和普通粘土砖的耐酸碱性能的对比。从表3可以看出，普通粘土砖的耐腐蚀性能远远低于煤矸石砖。另外，砂浆也会受到酸、碱、盐的腐蚀。在酸性气体作用下，灰缝的砂浆常常比砖先受腐蚀，而砖的腐蚀很轻微。因此，在一般酸性气体作用下，可采用密实性好和强度等级高一些的砖，同时用水泥砂浆抹面或涂防腐蚀涂料加以保护。

由于砌体结构在建筑中占了很大的比例，因此砌体结构遭受火灾事故的比例也很大。在火灾修复工程中，当测定的火灾温度低于900℃，可以不考虑砖抗压强度的折减。当火灾温度大干900℃时，自然冷却的Mu20砖的抗压强度折减25%，当消防救火喷水时，Mu20的砖抗压强度折减20%。这主要是因为在常温及正常高温的情况下，砂浆有较好的密集性，砖和砂浆两种材料间的粘结作用较大，当发生火灾时，砖和砂浆在火灾温度作用下材料性能发生变化，导致砌体强度的损伤。这将降低砌体中砂浆和砖的强度，从而降低了砌体的强度，影响结构的承载能力和耐久性能。

当砌体结构房屋遭受洪涝灾害时，可能造成房屋倒塌人员伤亡，给人们的生命财产带来巨大损失。根据文献可知：（1）砌体受水浸泡后，对于实心砖砌体，当用粘土白灰砂浆砌筑时，其抗压强度约降低15%，当用混合砂浆砌筑时，其抗压强度约降低15%；（2）砌体受水浸泡后，其抗剪强度大大降低，对于混合砂浆和粘土白灰砂浆砌筑的砌体其抗剪强度大约分别降低了52%和50%；（3）砌体在水中浸泡时，其变形不明显，但砌体产生膨胀现象。因此，当砌体结构遭受水灾后，砌体材料的抗压和抗剪强度降低，尤其是抗剪强度降低很大，从而影响砌体结构的承载力和耐久性能。

另外，砌体材料中块体强度等级的变异性也必须考虑。根据文献[15]可知：同一批砖材，多次抽样检验，其强度等级可能差1～2级，而且同一工程的同一层楼，可能使用两个砖厂的产品，当分别检验时，其质量不同更属常见现象。这样不同强度等级的块材混用，必然影响结构的承载力，从而影响结构的耐久性能。

3 结语

通过以上对砌体结构材料两个方面的分析，可以看出尽管我国的砌体结构材料的强度等级不断提高，而且砌体构件的可靠指标均满足β≥3.7的要求，且通常情况下达到β>4的水平，比原先的可靠度指标有较大的提高。比如，对住宅、办公楼墙体，可靠度指标值约提高0.5，提高幅度约为15%。但是目前我国的砌体材科和发达国家相比，强度低、耐久性差。同时，由于工业发展和环境控制不协调，造成对环境的污染，形成酸雨等自然现象对砌体结构材料的腐蚀。尽管现在我国已经开始对环境污染进行控制，但是环境的改善需要较长的时间。因此，在较长时间内，对砌体结构的耐久性还是要采取有效的改善措施，特别是在广大的农村地区。

综上所述，为了保证砌体结构的安全应该注意以下几点：（1）尽量不要采用清水砖墙，砌体结构的表面增加水泥砂浆抹面，增加砌体结构的耐久性能。（2）对可能遭受水灾的砌体结构房屋，适当考虑将材料的计算强度等级取值降低，来增大结构的可靠性。（3）对砌体结构的公用建筑比如商场等易发生火灾的房屋，采取适当防火措施。（4）使用在可能遭受酸、碱、盐作用下的砌体结构应增加防腐涂层对砌体结构加强保护。（5）开展对砌体结构耐久性影响因素的研究，制定相应的标准措施。

参考文献

[1] 施楚贤.砌体结构理论与设计[M].中国建筑工业出版社，1992.

[2] 南京工学院土木工程系建筑结构工程专业教研组编.简明砖石结构[M].上海科学技术出版社，1981.

[3] 砌体结构设计规范（GB50003-2001）[M].中国建筑工业出版社， 2002.

[4] 周玉琴，等.浅谈新世纪“绿色建材”在国内外发展趋势[J].墙改与节能，1999（2）.

[5] 苑振芳，刘斌.我国砌体结构的发展状况与展望[J].建筑结构，1999， 29（10）.

[6] 葛卫.采用隔震技术从根本上提高砌体及底框结构住宅的抗震性能[J].广西土木建筑，2002，27（1）.

[7] 康锦霞，魏德敏.底框砖房加夹层橡胶垫的时程分析[J].第九届全国结构工程学术会议论文集[C].2000.

[8] 魏德敏，康锦霞.基础隔震底框砖房的三维地震响应分析[J].工业建筑，2003（9）.

[9] 周福霖.工程结构减震控制[M].地震出版社，1996.

[10] 秦国治，吉静，等.工业建筑腐蚀与防护工程[M].中国石化出版社， 2000.

[11] 闽明保，等.火灾后砖砌体抗压强度变化研究和残余承载力计算[J].建筑结构，199（2）.

[12] 叶燕华，徐秀丽，等.砌体房屋灾损分析及修复加固方法[J].南京建筑工程学院学报，2001（3）.

[13] 赵考重，等.砖砌体受水浸泡后性能的试验研究[J].建筑结构学报， 1997（2）.

[14] 侯汝欣.提高砌体结构设计可靠度的几点意见[J].四川建筑科学研究，2000（6）.

[15] 施楚贤.砌体结构设计的基本规定[J].建筑结构，2003（3）.