砌体结构的历史发展

砌体结构在中国的应用历史

砌体结构历史悠久,天然石材是最原始的建筑材料之一。大量的古代是有纪念意义的。

砌体结构是最古老的建筑结构。中国的砌体结构有着悠久的历史和辉煌的战绩。历史上有一座举世闻名的万里长城,是2000多年前世界上最伟大的“秦砖汉瓦”砌筑工程之一。河南登封宋岳寺塔建于北魏,是一座高40米、檐密的砖塔。河北赵县安吉桥,建于隋大业年间,净跨37.37米,全长50.82米,宽约9米,拱高7.2米。它是世界上最早的空心石拱桥,被美国土木工程学会选为世界上12土木工程里程碑。还有秦代李冰父子修建的都江堰水利工程,至今仍起着灌溉作用。这些都是值得我们骄傲和继承的。万里长城、赵州桥和大雁塔。

砌体结构数量多,范围广。

解放以来,我国砖的产量逐年增加,从1996增加到6200亿砖,是世界上其他国家砖年产量的总和。砌体在国家基本建设中作为墙体材料,约占90%。砖墙广泛应用于办公室、住宅等民用建筑中。此外,中国在地震地区建造砖石建筑积累了宝贵的经验。我国绝大多数大中城市都处于6度以上的抗震设防区。地震烈度≤6度的砌体结构经受住了地震的考验。经过设计和结构的改进和处理,在7度区和8度区建造了大量的砌体房屋。

新材料、新技术、新结构的研究与应用

自20世纪60年代以来,我国粘土空心砖(多孔砖)的生产和应用取得了很大进展。根据节能的进一步要求,近年来,我国消化吸收了国外先进技术,其主要机械和热工性能指标接近或达到国际同类产品水平。

10年来,利用混凝土、轻集料混凝土或加气混凝土,以及利用河砂、各种工业废料、粉煤灰、煤干石等材料制作水泥煤渣混凝土砌块或蒸压灰砂砖、粉煤灰硅酸盐砖和砌块,在我国取得了很大的进步。

从20世纪90年代初开始,在总结国内外钢筋混凝土砌块试验研究经验的基础上,我国在钢筋混凝土砌块结构的配套材料和配套应用技术研究方面取得突破,中高层钢筋混凝土砌块建筑具有明显的社会效益和经济效益。作为粘土砖和一些功能比粘土砖更强的砌块的主要替代材料,发展前景很好。

我国对配筋砌体的应用研究起步较晚。自20世纪70年代以来,特别是在1975海城-营口地震和1976唐山地震后,对带构造柱和圈梁的约束砌体进行了一系列试验研究,其结果被引入我国抗震设计规范。

砌体结构的理论研究和计算方法

1956批准前苏联砌体结构设计标准在我国推广应用。20世纪60年代末至80年代,全国范围内开展了较大规模的砌体结构试验研究和调查,总结出了一套先进的符合中国实际的砌体结构理论、计算方法和经验。如1973颁布的国家标准《砌体结构设计规范》GBJ 3-73是我国第一部砌体结构设计规范。1988颁布的《砌体结构设计规范》GBJ 3-88,使我国砌体结构的设计理论和方法趋于完善。2002年6月65438+10月10发布的最新《砌体结构设计规范》(GB50003-2001)进一步完善了砌体结构设计的理论和实践基础。最新的《砌体结构设计规范》(GB50003-2011)自12年8月开始实施。砖石建筑是用砖和石头建造的。例如,用巨大的加工过的石头建造的金字塔一直保存到现代。其中,建于尼罗河三角洲吉萨的三座大金字塔(公元前2723-2563年)是精确的方形金字塔。最大的胡夫金字塔,塔高146.6米,基长230.60米,用约230万块石头建成,重2.5吨。另一个例子是建于公元70 ~ 82年的罗马圆形大剧场(Colossim Colosseum)。其平面呈椭圆形,长轴189米,短轴156.4米,高48.5米。它分为四层,可容纳5 ~ 8万名观众,也是用石头建成的。中世纪时,用加工过的天然石头和砖块建造的拱门、券、穹顶和圆顶等结构类型在欧洲得到了很大的发展。比如532-537年建于君士坦丁堡的圣索菲亚教堂,东西长77米,南北长71.7米,中间有一个直径32.6米的穹顶,高15米。墙壁和圆顶是用砖砌成的。12至15世纪,西欧以法国为中心的哥特式建筑集中在十字拱、骨架券、双心尖拱、尖券。

中国封建时期用砖木结构建造的寺院、宫观、宫殿、佛塔,反映了中国古代砖石结构的成就。其中,砖塔为高层建筑,如河南登封的宋岳寺塔(见彩图)为砖单筒结构;Xi安的大雁塔(图1)也是砖单筒结构,高度60多米,1200年。几经地震,它依然巍然屹立。河北定县物质敌塔高约84米,砖砌双管结构。著名的长城,其中一部分是用烧结砖建造的。

在桥梁建设方面,中国隋代李春建造的赵州桥是中国最古老的单孔空心石拱桥,也是当时跨度最大的(见彩图)。再比如福建漳州的湖渡桥,建于北宋。石梁最大跨度23米,梁宽1.9米,厚约1.7米,重200吨。三座石梁桥并列作为桥面,是中国古代最重的简支石梁桥。

1949中华人民共和国成立后,砌体结构得到了极大的发展和广泛的应用。砖墙广泛应用于住宅建筑和多层民用建筑中(图2)。中小型单层工业建筑和多层轻型工业建筑也常采用砖墙承重。我国传统的空心砖墙经过改进后一直作为2 ~ 4层建筑的承重墙使用。从20世纪50年代末开始,用振动砖墙建起一栋五层住宅,承重墙厚度只有12cm。在地震区,采取在承重砖墙转角处和内外纵横墙交接处设置钢筋混凝土抗震柱,在空心砖或空心砌块孔洞内设置纵向钢筋并浇筑混凝土等措施,提高砌体结构的抗震性能(见墙板结构)。

传统石拱桥的跨度大大增加,厚度相对减小。公路用变截面空心石拱桥的跨度已超过100米。此外,还使用石拱坝和渡槽。如福建修建的跨越小芸、东山两县的大型引水工程陈埭渡槽,全长4400多米,高20米。在新结构方面,研究并建造了各种类型的薄砖壳。在新材料方面,开发了粉煤灰和煤矸石烧结砖、蒸养粉煤灰砖和煤渣砖、灰砂砖。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,采用了各种配筋砌体,包括预应力空心砖楼盖。烟囱等砖制特殊结构也广泛使用。20世纪70年代以来,在试验研究的基础上,对砌体结构的设计方法进行了一些改进。比如根据建筑的空间刚度,对砌体结构建筑按刚、刚、弹性三种方案进行静力计算(详见砌体结构建筑静力分析),使墙体在竖向和水平荷载共同作用下的内力计算更接近实际情况。无筋砌体受压构件的强度计算,改变了将构件分为大偏心受压和小偏心受压的计算方法(见砖墙和砖柱),使计算更加简便。

使用高强度的砌体和砂浆,建造具有薄承重墙的高层建筑是现代砌体结构的主要特点。比如在瑞士,一栋16层的公寓楼,由15厘米厚的砖墙支撑;18层公寓,采用抗压强度为40 MPa的特种BS砖建造。用抗压强度为60 MPa、气孔率为28%的多孔砖建造了19层和24层塔式住宅楼。砖墙只有38厘米厚。在英国,11 ~ 19层的公寓是用抗压强度为35 MPa、49 MPa和70 MPa的Calculon多孔砖建造的。美国建了一栋21层的公寓,两层9厘米厚的单砖墙,中间夹着7厘米厚的钢筋灌浆层。某18层酒店采用灌浆钢筋混凝土砌块墙体。

预制砖墙板提高了施工机械化程度,施工速度快,质量容易保证。预制砌石墙的形式因不同国家的气候、地理条件和建筑传统而异。大部分采用夹层结构,少数采用空心砖。有的用多孔砖加固,在洞内灌浆;有些在内部使用轻质混凝土作为隔热材料。墙板的尺寸与房间墙壁的尺寸相同。预制砖墙多用于低层住宅和高层公寓,作为承重墙或非承重墙。

砌体结构发展的主要趋势是要求砖和砌块材料具有轻质和高强度,砂浆具有高强度,特别是高粘结强度,尤其是当采用高强空心砖或空心砌块砌体时。在墙体中合理布置纵向钢筋,对于克服砌体结构的缺点,减小构件的截面尺寸,减轻自重,加快施工速度具有重要意义。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,也是一个重要课题。