曹清

摘 要：我國砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范經(jīng)過多次修訂，對(duì)砌體材料強(qiáng)度等級(jí)的最低限制要求逐次提高，對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的計(jì)算指標(biāo)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(jí)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(duì)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(duì)此應(yīng)開展系統(tǒng)的研究和制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

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(shí)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(zhǔn)使用前蘇聯(lián)的《磚石及鋼筋磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范》（HuTy120-55）。50年代后期，我國對(duì)砌體結(jié)構(gòu)開始了系統(tǒng)的研究。1973年頒布國家標(biāo)準(zhǔn)《磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ3-73）。1988年頒布《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ3-88）。2001年頒布《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50003-2001）。2011年又頒布《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)，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(dá)1億m2以上。因此，在社會(huì)主義初級(jí)階段以及今后的一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)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(duì)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(qiáng)度等級(jí)不斷提高。2001年新修訂的砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范與以往的砌體結(jié)構(gòu)規(guī)范中材料強(qiáng)度等級(jí)相比如表1和表2所示。表1為磚強(qiáng)度等級(jí)的對(duì)比，表2為砂漿強(qiáng)度等級(jí)的對(duì)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(qiáng)度等級(jí)逐漸提高，但是磚的最高強(qiáng)度等級(jí)沒有提高；砂漿的最低強(qiáng)度有一定的提高但是砂漿的最高強(qiáng)度等級(jí)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(jì)規(guī)范引入施工質(zhì)量控制等級(jí)的規(guī)定，將材料性質(zhì)和砌筑質(zhì)量的控制進(jìn)行了區(qū)分。新規(guī)范規(guī)定，當(dāng)施工質(zhì)量控制等級(jí)為A級(jí)時(shí)材料性能分項(xiàng)系數(shù)取γf =1.5，B級(jí)時(shí)取γf =1.6，C級(jí)時(shí)取γf =1.8。施工質(zhì)量控制等級(jí)B級(jí)相當(dāng)于我國目前一般施工質(zhì)量水平，規(guī)范中砌體強(qiáng)度按B級(jí)給出。如果采用A級(jí)或C級(jí)，需對(duì)砌體強(qiáng)度修正。當(dāng)施工質(zhì)量控制等級(jí)為C級(jí)時(shí)，乘以調(diào)整系數(shù)γa =1.6/1.8=0.89；當(dāng)采用A級(jí)時(shí)，可將規(guī)范表中的砌體強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(qiáng)度等級(jí)較低，砌體結(jié)構(gòu)的高層建筑只達(dá)12層，而國外已達(dá)30～40層。根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)和我國的條件，只要在配料、成型、燒結(jié)工藝上進(jìn)行改進(jìn)，就可顯著提高燒結(jié)磚的強(qiáng)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(qiáng)度高、耐久性及耐磨性好和獨(dú)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(shí)，在粘結(jié)材料和砌筑方法上，也有改進(jìn)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?dāng)嚢杓纯伞Ｌ旖蚴娌悸蹇怂嗥鰤K公司已供應(yīng)這種干拌砂漿，價(jià)格約比現(xiàn)場攪拌砂漿高20%左右。商品砂漿的優(yōu)點(diǎn)如同商品混凝土，質(zhì)量可以得到保證。

另外，我國對(duì)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(yàn)。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(jìn)行8層砌體房屋的抗震試驗(yàn)、輸入模擬地震加速度峰值0.229，相當(dāng)于八度地震烈度，取得相當(dāng)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(shí)提供一定的阻尼，消耗地震能量，從而達(dá)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(diǎn)的斷面、配筋減少，構(gòu)造及施工簡單，可大大節(jié)省造價(jià)。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(jià)：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(jì)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(xué)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(jì)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(jìn)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(jiān)持科學(xué)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(xiàn)。

2 發(fā)展的不利方面

雖然新規(guī)范從多個(gè)方面提高砌體結(jié)構(gòu)材料的耐久性，但是對(duì)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(duì)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(huì)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(duì)比。從表3可以看出，普通粘土磚的耐腐蝕性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煤矸石磚。另外，砂漿也會(huì)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(shí)性好和強(qiáng)度等級(jí)高一些的磚，同時(shí)用水泥砂漿抹面或涂防腐蝕涂料加以保護(hù)。

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(dāng)測定的火災(zāi)溫度低于900℃，可以不考慮磚抗壓強(qiáng)度的折減。當(dāng)火災(zāi)溫度大干900℃時(shí)，自然冷卻的Mu20磚的抗壓強(qiáng)度折減25%，當(dāng)消防救火噴水時(shí)，Mu20的磚抗壓強(qiáng)度折減20%。這主要是因?yàn)樵诔丶罢８邷氐那闆r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(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，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(qiáng)度的損傷。這將降低砌體中砂漿和磚的強(qiáng)度，從而降低了砌體的強(qiáng)度，影響結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性能。

當(dāng)砌體結(jié)構(gòu)房屋遭受洪澇災(zāi)害時(shí)，可能造成房屋倒塌人員傷亡，給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。根據(jù)文獻(xiàn)可知：（1）砌體受水浸泡后，對(duì)于實(shí)心磚砌體，當(dāng)用粘土白灰砂漿砌筑時(shí)，其抗壓強(qiáng)度約降低15%，當(dāng)用混合砂漿砌筑時(shí)，其抗壓強(qiáng)度約降低15%；（2）砌體受水浸泡后，其抗剪強(qiáng)度大大降低，對(duì)于混合砂漿和粘土白灰砂漿砌筑的砌體其抗剪強(qiáng)度大約分別降低了52%和50%；（3）砌體在水中浸泡時(shí)，其變形不明顯，但砌體產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。因此，當(dāng)砌體結(jié)構(gòu)遭受水災(zāi)后，砌體材料的抗壓和抗剪強(qiáng)度降低，尤其是抗剪強(qiáng)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(qiáng)度等級(jí)的變異性也必須考慮。根據(jù)文獻(xiàn)[15]可知：同一批磚材，多次抽樣檢驗(yàn)，其強(qiáng)度等級(jí)可能差1～2級(jí)，而且同一工程的同一層樓，可能使用兩個(gè)磚廠的產(chǎn)品，當(dāng)分別檢驗(yàn)時(shí)，其質(zhì)量不同更屬常見現(xiàn)象。這樣不同強(qiáng)度等級(jí)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(duì)砌體結(jié)構(gòu)材料兩個(gè)方面的分析，可以看出盡管我國的砌體結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度等級(jí)不斷提高，而且砌體構(gòu)件的可靠指標(biāo)均滿足β≥3.7的要求，且通常情況下達(dá)到β>4的水平，比原先的可靠度指標(biāo)有較大的提高。比如，對(duì)住宅、辦公樓墻體，可靠度指標(biāo)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(dá)國家相比，強(qiáng)度低、耐久性差。同時(shí)，由于工業(yè)發(fā)展和環(huán)境控制不協(xié)調(diào)，造成對(duì)環(huán)境的污染，形成酸雨等自然現(xiàn)象對(duì)砌體結(jié)構(gòu)材料的腐蝕。盡管現(xiàn)在我國已經(jīng)開始對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行控制，但是環(huán)境的改善需要較長的時(shí)間。因此，在較長時(shí)間內(nèi)，對(duì)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(diǎn)：（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(duì)可能遭受水災(zāi)的砌體結(jié)構(gòu)房屋，適當(dāng)考慮將材料的計(jì)算強(qiáng)度等級(jí)取值降低，來增大結(jié)構(gòu)的可靠性。（3）對(duì)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(dāng)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(duì)砌體結(jié)構(gòu)加強(qiáng)保護(hù)。（5）開展對(duì)砌體結(jié)構(gòu)耐久性影響因素的研究，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)措施。

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