砌体结构的现状及前景的论文.pdf

1 专科毕业论文专科毕业论文 题目： 砌体结构的现状及前景 姓名： 学号： 专业： 指导教师： 年月日 2 声明 本人郑重声明：所呈交的毕业论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内 容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 签名：日期： 3 目录目录 摘要4 关键字4 一、砌体结构的概念5 二、定义5 三、优缺点5 （一） 、砌体结构的主要优点是5 （二） 、砌体结构的缺点是5 四国内砌体结构的历史和现状6 （一）、砌体结构量大面广6 （二）、新材料、新技术、新结构的研究与应用6 （三）、砌体结构理论研究与计算方法6 五、国外砌体结构发展现状8 六、砌体材料9 （一）、块体材料9 1、烧结砖9 2、蒸压硅酸盐砖9 3、单排孔混凝土小型空心砌块9 4、石材9 （二）、建筑砂浆9 1、砂浆分类10 2、砂浆性能10 （三）、钢筋、混凝土和砌块灌孔混凝土10 （四）、块体和砂浆的强度等级10 七、应用范围10 八、发展趋势11 （一）、使砌体结构适应可持续性发展的要求。11 （二）、发展高强、轻质、高性能的材料。11 （三）、采用新技术、新的结构体系和新的设计理论。11 九、结束语11 十、致谢11 十一、参考文献12 4 砌体结构的现状及前景砌体结构的现状及前景 摘要摘要：砌体结构作为一种简单经济的建筑形式在我国悠久的历史中起着举足轻重的作用，但随着自 然界的变换和时代的变迁，人们对建筑结构的要求也越来越高，自然资源的利用效率也要求我们有 所改变，因此我饿们应向新型的绿色材料的方向发展。为此本文在总结砌体结构发展历程的同时， 提出砌体结构未来的发展方向。 关键词：关键词：砌体结构;砌块;发展过程;发展方向 5 1、砌体结构的概念、砌体结构的概念 用砖砌体、石砌体或砌块砌体建造的结构，又称砖石结构。由于砌体的抗压强度较 高而抗拉强度很低，因此，砌体结构构件主要承受轴心或小偏心压力，而很少受拉或受 弯，一般民用和工业建筑的墙、柱和基础都可采用砌体结构。在采用钢筋混凝土框架和 其他结构的建筑中，常用砖墙做围护结构，如框架结构的填充墙 在一般的工程建筑中，砌体占整个建筑物自重的约 1/2，用工量和造价约各占 1/3, 是建筑工程的重要材料。长期以来，我国占主导地位的砌体材料烧结钻土砖已有二千多 年的历史，与黏土瓦并称为“秦砖汉瓦”。但是，这种砌体材料需要大量黏土作原材料， 为有效地保护耕地， 国家要求尽量不用黏土砖。 砌体材料正朝着充分利用各种工业废料， 轻质、高强、空心、大块、多功能的方向发展。 2、定义、定义 砌体结构是由块材和砂浆砌筑而成的墙,柱作为建筑物主要受力构件的砌体为主制 作的结构称为砌体结构。它包括砖结构、石结构和其它材料的砌块结构。 分为无筋砌体结构和配筋砌体结构。砌体结构在我国应用很广泛，这是因为它可以 就地取材，具有很好的耐久性及较好的化学稳定性和大气稳定性，有较好的保温隔热性 能。较钢筋混凝土结构节约水泥和钢材，砌筑时不需模板及特殊的技术设备，可节约木 材。砌体结构的缺点是自重大、体积大，砌筑工作繁重。由于砖、石、砌块和砂浆间粘 结力较弱，因此无筋砌体的抗拉、抗弯及抗剪强度都很低。由于其组成的基本材料和连 接方式，决定了它的脆性性质，从而使其遭受地震时破坏较重，抗震性能很差，因此对 多层砌体结构抗震设计需要采用构造柱、 圈梁及其它拉结等构造措施以提高其延性和抗 倒塌能力。此外，砖砌体所用粘土砖用量很大，占用农田土地过多，因此把实心砖改成 空心砖，特别发展高孔洞率、高强度、大块的空心砖以节约材料，以及利用工业废料， 如粉煤灰、煤渣或者混凝土制成空心砖块代替红砖等都是今后砌体结构的方向。 3 3、优缺点、优缺点 3.13.1砌体结构的主要优点是：砌体结构的主要优点是： 容易就地取材。砖主要用粘土烧制;石材的原料是天然石;砌块可以用工业废料 矿渣制作，来源方便，价格低廉。 砖、石或砌块砌体具有良好的耐火性和较好的耐久性。 砌体砌筑时不需要模板和特殊的施工设备，可以节省木材。新砌筑的砌体上即可 承受一定荷载，因而可以连续施工。在寒冷地区，冬季可用冻结法砌筑，不需特殊的保 温措施。 砖墙和砌块墙体能够隔热和保温，节能效果明显。所以既是较好的承重结构，也 是较好的围护结构。 当采用砌块或大型板材作墙体时，可以减轻结构自重，加快施工进度，进行工业 化生产和施工。 3.2、砌体结构的缺点是：砌体结构的缺点是： 与钢和混凝土相比，砌体的强度较低，因而构件的截面尺寸较大，材料用量多， 自重大。 砌体的砌筑基本上是手工方式，施工劳动量大。 6 砌体的抗拉、抗剪强度都很低，因而抗震较差，在使用上受到一定限制；砖、石 的抗压强度也不能充分发挥；抗弯能力低。 粘土砖需用粘土制造，在某些地区过多占用农田，影响农业生产。 4国内砌体结构的历史和现状国内砌体结构的历史和现状 砌体结构的历史悠久，天然石是最原始的建筑材料之一。古代大量具有纪念性。 砌体结构是最古老的一种建筑结构。我国的砌体结构有着悠久的历史和辉煌的纪 录。在历史上有举世闻名的万里长城，它是两千多年前用“秦砖汉瓦”建造的世界上最伟 大的砌体工程之一；建于北魏时期的河南登封嵩岳寺塔为高 40 米的砖砌密檐式塔；建 于隋大业年问的河北赵县安济桥，净跨 37.37 米，全长 50.82 米，宽约 9 米，拱高 7.2 米，为世界上最早的空腹式石拱桥，该桥已被美国土木工程学会选为世界第 12 个土木 工程里程碑；还有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；所有这 些都是值得我们自豪和继承的。 中国古代范例： 万里长城、赵州桥、大雁塔 4.1 砌体结构量大面广：砌体结构量大面广： 解放以来我国砖的产量逐年增长，1996 年增至 6200 亿块,为世界其他各国砖每年 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。此外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。 4.2 新材料、新技术、新结构的研究与应用：新材料、新技术、新结构的研究与应用： 60 年代以来,我国黏土空心砖(多孔砖) 的生产和应用有较大的发展,根据节能进一 步要求，近年来我国消化吸收国外先进技术，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。 近 10 余年来，采用砼、轻骨料砼或加气砼，以及利用河沙、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。 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，中高层配筋砌块建筑具有明显的 社会经济效益。 作为粘土砖的主要替代材料和某些功能强于粘土砖的砌块的发展前景是 非常好的。 我国配筋砌体应用研究起步较晚，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。 4.3 砌体结构理论研究与计算方法：砌体结构理论研究与计算方法： 1956 年批准在我国推广应用前苏联砌体结构设计标准。6080 年代末,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 7 先进的砖石结构理论、计算方法和经验。如 1973 年颁布的国家标准砖石结构设计规 范GBJ 3 - 73 ,是我国第一部砖石结构设计规范。1988 年颁布的砌体结构设计规 范GBJ 3 - 88 ,使我国砌体结构设计理论和方法趋于完善。2002 年 1 月 10 日发布的 最新砌体结构设计规范GB50003 - 2001 ,更加完善了砌体结构设计的理论和实际依 据。最新砌体结构设计规范GB50003-2011，自 2012 年 8 月 1 日起实施。 砌体结构的建筑物用砖、石建造。如用加工的巨大石块建成的金字塔一直保存到现 代。其中在尼罗河三角洲的吉萨建造的三座大金字塔（公元前 2723前 2563 年），是 精确的正方锥体，其中最大的胡夫金字塔，塔高 146.6 米，底边长 230.60 米，约用 230 万块重 2.5 吨的石块建成。 又如公元 7082 年建造的罗马大斗兽场平面为椭圆形，长 轴 189 米，短轴 156.4 米，高 48.5 米，分四层，可以容纳 58 万观众，也用块石砌成。 中世纪在欧洲用加工的天然石和砖砌筑的拱、 券、 穹窿和圆顶等结构型式得到很大发展。 如公元 532537 年在君士坦丁堡建造的圣索菲亚教堂，东西长 77 米，南北长 71.7 米， 正中是直径 32.6 米，高 15 米的穹顶，墙和穹顶都是砖砌。1215 世纪西欧以法国为中 心的哥特式建筑集中了十字拱、骨架券、二圆心尖拱、尖券等结构形式。 中国封建时期采用砖木建造的寺院、庙宇、宫殿和宝塔等，体现了中国古代砌体结 构的成就。其中砖塔是一种高层建筑,如河南登封嵩岳寺塔)为砖砌单筒体结构;西安大 雁塔也为砖砌单筒体结构，高 60 多米，1200 多年来，历经数次地震，仍巍然屹立。河 北定县料敌塔高约 84 米，为砖砌双筒体结构。著名的长城，其中一部分用烧制砖砌筑。 在桥梁建筑方面， 中国隋朝李春建造的赵州桥是中国最古和当时跨径最大的单孔空腹式 石拱桥。又如北宋时期建造的福建漳州虎渡桥，石梁最大跨径达 23 米，梁宽 1.9 米、 厚约 1.7 米,重达 200 吨,三根石梁并列为桥面,是中国古代最重的简支石梁桥。 1949 年中华人民共和国成立后，砌体结构得到很大的发展和广泛应用，住宅建筑、 多层民用建筑大量采用砖墙承重。 中小型单层工业建筑和多层轻工业建筑也常采用砖墙 承重。中国传统的空斗砖墙，经过改进已经用作 24 层建筑的承重墙。20 世纪 50 年代 末开始,采用振动砖墙板建造五层住宅,承重墙厚度仅为 12 厘米。在地震区，采取在承 重砖墙转角和内外纵横墙交接处设置钢筋混凝土抗震柱也称构造柱， 及在空心砖或空心 砌块孔内配置纵向钢筋和浇灌混凝土等措施，提高砌体结构的抗震性能。 传统的石拱桥的跨度已大大增加而厚度相对减薄。 用于公路的变截面空腹式石拱桥 的跨度已达 100 多米。此外,还采用石砌拱坝和渡槽。如在福建省建造的横跨云霄、东 山两县的大型引水工程中的陈岱渡槽,全长 4400 多米,高 20 米。在新结构方面，研究和 建造了各种型式的砖薄壳。在新材料方面，研制了粉煤灰和煤矸石烧结砖，蒸汽养护粉 煤灰砖和煤渣砖，以及灰砂砖等；采用和改进硅酸盐砌块及各种承重和非承重空心砖。 在新技术方面，采用各种配筋砌体，包括预应力空心砖楼板。砖砌的特种结构如烟囱等 也较广泛应用。 70 年代以来,在试验研究的基础上,对砌体结构的设计方法做了某些改 进。如砌体结构房屋的静力计算，根据房屋的空间刚度，分别按刚性、刚弹性和弹性三 种方案进行使墙体在竖向和水平荷载共同作用下的内力计算更加接近实际情况。 无筋砌 体受压构件的强度计算，改变了将构件区分为大、小偏心受压的计算方法，使计算更为 简便。 发展和趋向，采用高强度砖石和砂浆,用较薄的承重墙建造较高的建筑物是现代砌 体结构的主要特点。如瑞士在 16 层高的公寓建筑中以 15 厘米厚的砖墙承重；并采用抗 压强度达 40 兆帕的特种 BS 砖建成 18 层高的公寓；采用抗压强度达 60 兆帕、孔洞率为 28%的多孔砖建成 19 层和 24 层高的塔式住宅建筑，砖墙仅厚 38 厘米。英国用卡尔柯龙 多孔砖,抗压强度达 35、 49 和 70 兆帕建成 1119 层高的公寓。 美国用两片 9 厘米厚的 单砖墙中间夹7 厘米厚的配筋灌浆层建成21层高的公寓;用灌浆配筋混凝土砌块墙建成 8 18 层高的旅馆。 预制砖墙板提高了施工机械化的程度，施工速度快，质量也易保证。预制粘士砖墙 板的形式随各国气候和地理条件以及建筑传统不同而异,大多数用夹心式构造,少数用 空心砖；有些用带孔砖在孔内配筋灌浆；有些在内侧用轻混凝土兼作保温材料。墙板的 大小和房间墙面的大小相同。预制砖墙板多用于低层居住建筑，也用于高层公寓做承重 墙或非承重墙。 砌体结构发展的主要趋向是要求砖及砌块材料具有轻质高强的性能， 砂浆具有高强 度，特别是高粘结强度，尤其是采用高强度空心砖或空心砌块砌体时。在墙体内适当配 置纵向钢筋,对克服砌体结构的缺点,减小构件截面尺寸，减轻自重和加快建造速度，具 有重要意义。相应地研究设计理论，改进构件强度计算方法，提高施工机械化程度等， 也是进一步发展砌体结构的重要课题。 5 国外砌体结构发展现状：国外砌体结构发展现状： 前苏联是世界上最先建立砌体结构理论和设计方法的国家，20 世纪 40 年代之后进 行了较系统的试验研究，20 世纪 50 年代苏联提出了砌体结构按极限状态设计方法。 1891 年美国芝加哥建造了一幢 17 层砖房，由于当时的技术条件限制，其底层承重 墙厚 1.8 m。 1957 年瑞士苏黎世采用强度为 58.8 MPa，空心率为 28%的空心砖建成一幢 19 层塔 式住宅，墙厚才 380 mm，引起了各国的兴趣和重视。欧美各国加强了对砌体结构材料的 研究和生产，在砌体结构的理论研究和设计方法上取得了许多成果，推动了砌体结构的 发展。 总体来看，国外砖的强度一般均达 3060 MPa，而且能生产高于 100 MPa 的砖。国 外空心砖的表观密度一般为 13kN/m3， 轻的达 6kN/m3。国外采用的砂浆强度也很高， 美国标准 ASTMC 270 规定的 M，S，N 三类水泥石灰混合砂浆，抗压强度分别为 25.5 MPa， 20MPa，13.9 MPa，德国砂浆为 13.714.1 MPa。美国 Dow 化学公司已生产 “Sarabond”高粘结强度的砂浆(掺有聚氯乙烯乳胶)，抗压强度可超过 55 MPa，用这种 砂浆砌筑强度为 41 MPa 的砖，其砌体强度可达 34 MPa。国外早在 20 世纪 70 年代砖砌 体抗压强度已达 20MPa 以上，接近或超过普通混凝土强度。 国外砌块生产发展也很快，在一些国家 20 世纪 70 年代砌块产量就接近砖的产量。 国外采用砌体作承重墙建筑了许多高层房屋。1970 年在英国诺丁汉市建成一幢 14 层房 屋(内墙 230nlm，外墙 270 mm)与钢筋混凝土框架相比上部结构造价降低 77%。美 国、新西兰等国采用配筋砌体在地震区建造高层可达 13-20 层。如美国丹佛市 17 层的 “五月市场”公寓和 10 层的振克兰姆塔楼等，前者高度 50 m，墙厚仅 280 mm。英 国利物浦皇家教学医院 10 层职工住宅是欧洲最高的半砖厚(1025 mm)薄壁墙。新西兰 允许在地震区用配筋砌体建造 7-12 层的房屋，因为它们在一定范围内与钢筋混凝土框 架填充墙相比具有较好的适用性和经济价值。 美国加州帕萨迪纳市的希尔顿饭店为 13 层高强混凝土砌块结构，经受圣佛南多大 地震后完好无损，而毗邻的一幢 10 层钢筋混凝土结构却遭受严重破坏。 国外采用高粘度粘合性高强砂浆或有机化合物树脂砂浆甚至可以对缝砌筑。在设计 理论方面，20 世纪 60 年代以来欧美许多国家逐渐改变长期沿用的按弹性理论的容许应 力设计法。英国标准协会 1978 年编制了砌体结构实施规范，意大利砖瓦工业联合 会于 1980 年编制的承重砖砌体结构设计计算的建议均采用极限状态设计方法。 9 6砌体材料砌体材料 6.1 块体材料块体材料 6.1.1 烧结砖烧结砖： 砌体结构设计规范GB500032001 中可作为承重砌体的块体材料主要有： (1)(1)烧结普通砖烧结普通砖 原料：粘土、煤矸石、页岩或粉煤灰 标准砖尺寸：24011553 mm 墙体尺寸：（120）、 240、 370、490、620 mm 适用范围： 房屋上部及地下基础等部位 (2)(2)烧结多孔砖烧结多孔砖 原料同烧结砖，但孔洞率不小于 25% 承重多孔砖目前主要采用 P 型砖（24011590）和 M 型砖（19019090） 多孔砖优点：可节约粘土、减少砂浆用量、提高工效、节省墙体造价；可减轻块体 自重、增强墙体抗震性能 适用范围： 房屋上部结构（不宜用于冻胀地区地下部位） 6.1.2 蒸压硅酸盐砖蒸压硅酸盐砖 (1)(1)蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖 原料：石灰和砂 尺寸烧结普通砖 适用范围同蒸压粉煤灰砖 (2)(2)蒸压粉煤灰砖蒸压粉煤灰砖 原料：粉煤灰和石灰加适量石膏及集料 适用范围：不得用于长期受热 200以上、受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部 位，MU15 和 MU15 以上的蒸压灰砂砖可用于基础及其他建筑部位，蒸压粉煤灰砖用于基 础或用于受冻融和干湿交替作用的建筑部位必须使用一等砖。 6.1.3 单排孔混凝土小型空心砌块单排孔混凝土小型空心砌块 原料：普通混凝土或轻骨料混凝土 主规格尺寸：(图例 1、2) 空心率：20%50% 6.1.4. 石材石材 分类：（按容重）重质岩石、轻质岩石（按其加工后的外形规则程度）可分为料石 和毛石。 6.2 建筑砂浆建筑砂浆 砂浆作用： （1）将单个的块体粘结成整体、促使构件应力分布均匀； 10 （2）填实块体之间的缝隙，提高砌体的保温和防水性能，增强墙体抗冻性能。 6.2.1 砂浆分类砂浆分类 (1)水泥砂浆;(2)混合砂浆; (3)砌筑专用砂浆;(4)非水泥砂浆 6.2.2. 砂浆性能砂浆性能 (1) 强度;(2) 流动性 (可塑性);(3) 保水性 6.3 钢筋、混凝土和砌块灌孔混凝土钢筋、混凝土和砌块灌孔混凝土 （1）. 钢筋 （2）. 混凝土 （3）. 砌块灌孔混凝土（灌浆） 灌浆方法（高位、低位法) 6.4 块体和砂浆的强度等级块体和砂浆的强度等级 强度分级： 块体 （符号 MU） 普通砂浆（符号 M） 砌块灌孔混凝土（符号 Cb） 7.应用范围应用范围 （1）住宅、办公楼等民用建筑中广泛采用砌体承重。 所建房屋层数增加，56 层高的房屋，采用以砖砌体承重的混合结构非常普遍，不少城市建到 78 层；重庆市 70 年代建成了高达 12 层的以砌体承重的住宅；在某些产石地区毛石砌体作承重墙的房 屋高达 6 层； （2）在工业厂房建筑中，通常用砌体砌筑围墙； （3）中、小型厂房和多层轻工业厂房，以及影剧院、食堂、仓库等建筑的承重结 构； （4）可在地震设防区建造砌体结构房屋合理设计、保证施工质量、采取构造 措施。经震害调查和研究表明：地震烈度在六度以下地区，一般的砌体结构房屋能经受 地震的考验；按抗震设计要求进行改进和处理，可在七度和八度设防区建造砌体结构的 房屋。 （5）配筋砌块建筑表现了良好抗震性能，在地震区得到应用与发展。美国是配筋 砌块应用最广泛的国家，在 1933 年大地震后，推出了配筋混凝土砌块(配筋砌体)结构 体系， 建造了大量的多层和高层配筋砌体建筑。 这些建筑大部分经历了强烈地震的考验。 如：1952 年建成的 26 栋 613 层的美退伍军人医院；1966 年在圣地亚哥建成的 8 层海 纳雷旅馆(位于 9 度区)和洛杉矶 19 层公寓； 1990 年 5 月在内华达州拉斯维加斯(7 度区) 建成了 4 栋 28 层配筋砌块旅馆。利用配筋砌块，我国各地建造了不少的砌体高层建筑： 1983 年、 1986 年南宁已修建了配筋砌块 10 层住宅楼和 11 层办公楼试点房屋。 采用 MU20 高强砌块，人工两次投料振捣，无法大量生产； 1988 年本溪用煤矸石混凝土砌块配筋 11 修建了一批 10 层住宅楼； 1997 年根据哈尔滨建筑大学、 辽宁建科院等单位的研究结果， 东北设计院设计在辽宁盘锦市建成一栋 15 层配筋砌块剪力墙点式住宅楼； 1998 年， 上 海住宅总公司在上海建成了一栋配筋砌块剪力墙 18 层塔楼， 这是我国最高的 18 层砌块 高层房屋，而且是建在 7 度抗震设防的地区；2000 年抚顺建成一栋 6.6 米大开间 12 层 配筋砌块剪力墙板式住宅楼；2001 年哈尔滨阿继科技园修建了 12 层配筋砌块房屋，其 后一幢 18 层砌块高层也建成。 （6）配筋砌体已成为与钢筋混凝土结构具有类似性能和应用范围的结构体系。 8. 发展趋势发展趋势 8.1 使砌体结构适应可持续性发展的要求。使砌体结构适应可持续性发展的要求。 传统的小块粘土砖以其耗能大、毁田多，运输量大的缺点越来越不适应可持续发展 和环境保护的要求。对其改革势在必行。发展趋势是充分利用工业废料和地方性材料。 例如，用粉煤灰、炉渣、矿渣等垃圾或废料制砖或