混凝土砌塊建築發展現狀及展望

2022-03-29 15:42:31 字數 5031 閱讀 6473

簡介:以中國為秘書處的國際標準化組織砌體結構委員會配筋砌體分委員會承擔了《配筋砌體結構設計與施工規範》國際標準的起草工作。在總結美國、歐共體、中國和其它國家配筋砌體結構設計與施工技術的基礎上完成了該標準的起草,為這種結構體系在世界範圍內的推廣應用提供了條件。

關鍵字:砌塊,配筋砌體,砌塊配套材料,砌塊配套標準

1 國內外砌塊應用概況

混凝土砌塊屬於非燒結性的塊材。它是由膠凝材料、骨料按一定比例經機械成型、養護而成的塊材。在材料組成上有以砂石作骨料的混凝土承重空心砌塊;以浮石、火山渣、天然煤矸石為骨料的輕骨料混土砌塊、保溫砌塊、裝飾砌塊、鋪路混凝土砌塊,近年來又研製出大摻量粉煤灰砼承重砌塊等。

如以砌塊的尺寸劃分則有小型混凝土空心砌塊,小型空心砌塊又按厚度劃分為190mm和290mm兩大系列。而每種系列又包括標準砌塊、輔助砌塊等多種形式,由此而組砌成各種各樣的建築物。可見把砌塊叫作一種類似「魔方」的建築材料或「萬能型」的建築材料並不過分。

因為它為建築師提供了建築設計所需的最廣泛的可能性和選擇。砌塊結構是在磚結構基礎上發展起來,由混凝土取代粘土,它既保留了傳統材料磚結構取材廣泛、施工方便、造價低廉的特點,又具有強度高延性好的鋼筋混凝土結構的特性,它是唯一融砌體和混凝土效能於一體的一種新型材料。國內外的實踐,特別是美國的實踐已經證明,砌塊已成為一種最具競爭力的建築材料之一。

混凝土被發明和應用之後,為拓寬傳統建築材料(燒結粘土磚)的應用範圍研製出了混凝土空心砌塊。自2023年美國建成第一幢砌塊建築以來,砌塊結構已經歷了近百年的發展,至今已成為乙個獲得廣泛應用、獨具特色的完整的結構體系——配筋混凝土砌塊結構體系。配筋混凝土砌塊結構體系也是始創於美國。

美國在2023年加里福尼亞長灘大**無筋砌體嚴重震害,之後推出了配筋混凝土砌塊(配筋砌體)結構體系,建造了大量的多層和高層配筋砌體建築,如2023年建成的26棟6—13層的美退伍軍人醫院,2023年在聖地牙哥建成的8層海納雷旅館(位於9度區)和洛杉磯19層公寓等。這些建築大部分經歷了強烈**的考驗。配筋砌塊建築表現了良好抗震效能。

2023年5月在內華達州拉斯維加斯(7度區)建成了4棟28層配筋砌塊旅館。美國又是配筋砌塊應用最廣泛的國家,從60年代至今,已建立了完善的配筋砌體結構系列標準,配筋砌體已成為與鋼筋混凝土結構具有類似效能和應用範圍的結構體系。

以中國為秘書處的國際標準化組織砌體結構委員會配筋砌體分委員會承擔了《配筋砌體結構設計與施工規範》國際標準的起草工作。在總結美國、歐共體、中國和其它國家配筋砌體結構設計與施工技術的基礎上完成了該標準的起草,為這種結構體系在世界範圍內的推廣應用提供了條件。

我國混凝土砌塊結構的應用雖然也有30多年的歷史,但由於國情和經濟政策等方面的原因,應用水平較低(僅限於多層),應用範圍較窄,各地發展不平衡,砌塊的應用數量,在整個牆體材料總量中所佔的比例不足10%。從國外砌塊的發展和我國近來牆改方向看,砌塊作為粘土磚的首選替代材料已成定局,人們對砌塊和砌塊建築的質量、功能和效益等方面將提出更高的要求。

據不完全統計,2023年全國砌塊總產量約為2500萬m3,各類砌塊建築約5000萬m2,近十年混凝土砌塊與砌塊建築的年遞增都在20%左右,尤以大中城市推廣迅速,以上海推廣砌塊建築為例,2023年約50萬m2,2023年約100萬m2,2023年約150萬m2。到2023年一季度累計完成砌塊建築450萬m2。這些砌塊建築大多是中低層的,至於高層的配筋砌體建築,也已進行了一些試點工程,如80年代廣西建科院就設計和建成10~11層砌塊房屋,2023年建成的盤錦市國稅局15層住宅樓,2023年建成的上海18層配筋砌塊住宅。

目前作為國家標準《砌體結構設計規範》gbj3-88重大修訂內容——配筋砌體部分的試點建築還有北京首鋼的18層砌塊住宅、遼寧撫順5棟16層砌塊住宅等。各地已興建或正興建現代化的砌塊生產聯合企業從數量和規模上都是空前的,僅以東北地區初步統計,這個幾年前很少用砼砌塊的廣大地區光引進的國外現代化砌塊生產線就達10條之多,年生產能力可達50~80萬m3。以大慶為例,大慶油田從2023年引進美國砌塊生產線起到2023年底,砌塊產量和砌塊建築逐年大幅度鉅增。

如2023年的4棟砌塊住宅、2023年44棟砌塊住宅、2023年的88棟砌塊住宅及2023年計畫的100多棟住宅,連續幾年累計上百萬m2。遼河油田幾年來建造了20多萬m2的砌塊建築。特別是大慶油田等骨幹砌塊企業從起初以承重砌塊為主,到現在的多功能裝飾砌塊的產品結構。

而利用國產砌塊成型機的中少規模砌塊廠近1~2年呈更強勁的發展勢頭,這為我國大面積推廣高質量砌塊建築創造了條件。

但是和國外發達國家相比,我國砌塊結構的發展尚處在初級階段,我國目前砌塊生產能力雖然已達1.2億m3,而年產量僅有4000多萬m3,推廣應用尚有許多任務作要做,如擴大砌塊結構的應用範圍,增加砌塊的品種和功能,完善和建立砌塊建築結構的配套技術,標準等。

2 砌塊結構體系

根據配筋方式和受力情況,砌塊結構分為以下兩種:約束配筋砌塊結構和均勻配筋砌塊結構。

2.1 約束配筋砌塊結構

係指僅在砌塊牆體的區域性配置構造鋼筋,如牆體的轉角、丁字接頭、十字接頭和牆體較大洞口邊緣設定豎向鋼筋,並在這些部位設定一定的拉接網片。構造鋼筋顧名思義,僅為構造需要,無明確的配筋率要求,但規範規定這些部分的豎向鋼筋宜為φ12,構造鋼筋的主要作用是作為芯柱將建築物的砌塊牆體變為約束砌體構件,達到在水平**作用下有足夠的延性和變形能力,在大震作用下裂而不倒。約束砌體僅用於多層砌塊結構,我國建築抗震設計規範和混凝土小型空心砌塊建築技術規程規定,一般情況下,在6、7、8度分別允許層數為7、6、5層,當採取加強構造措施後,可在原允許層數增加一層,即允許層數為8、7、6層。

統計表明,多層住宅房屋是居住建築中數量最大的,約佔80%~90%,而多層砌塊結構只需中等強度等級的材料:≤mu10 190厚砌塊,≤m10砂漿和c20注芯混凝土,牆體的平均注芯率≤25%。這類砌塊完全可採用國產機械生產,其造價和多層粘土磚房相比具有一定的綜合優勢。

2.2 均勻配筋砌塊結構

即通常說的配筋砌塊,這種砌體和鋼筋混土剪力牆一樣,對水平和豎向配筋有最小含鋼率要求,而且在受力模式上也類同於混凝土剪力牆結構,它是利用配筋剪力牆承受結構的豎向和水平作用,是結構的承重和抗側力構件。配筋砌體的注芯率一般大於50%。由於砌體的強度高,延性好,和鋼筋混凝土剪力牆效能十分類似,可用於大開間和高層建築結構。

如美國抗震規範規定,配筋砌體的適用範圍同鋼筋混凝土結構。我國的研究和計算表明,用配筋砌塊砌體,可建造一定高度的既經濟又安全的建築結構。

對於配筋砌體結構,由於荷載大和抗震要求,其牆體材料要比多層砌塊結構需要較高的等級,即高強材料:mu10~mu20或更高,190~290厚的混凝土砌塊,m10~25砂漿,和c20~35注芯混凝土,並宜按等強的原則,選取砌體的組成材料。下面列出美國抗震規範配筋砌體結構高度限制表及我國正在修編的抗震規範、砌體規範配筋砌塊剪力牆結構高度限值,以資說明其適用範圍。

**效能分類

a和bcde

承重牆體系

鋼筋砼剪力牆

配筋砌體剪力牆

無筋砌體剪力牆

4.50.22

0.29

1.250.8

43.5

1.25

不限不限

不限不限不限※

5050

不允許30

30不允許

建築框架體系

鋼筋砼剪力牆

配筋砌體剪力牆

無筋砌體剪力牆

5.50.18

4.50.22

1.50.6754

1.5不限

不限不限

不限不限※50

50不允許

3030

不允許具有至少承受25%規定**作用的特殊抗彎框架雙體系

鋼筋砼剪力牆

配筋砌體剪力牆

0.125

6.50.15

6.55.5

不限不限

不限不限

不限不限

不限不限

注: ①表中**效能分類a、b、c、d、e是與結構的重要性、**烈度有關的結構效能要求的等級劃分,見第10章結構分類;

②表中※號指按美國砼協會、土木工程師協會編寫的砌體結構建築規範中最小配筋要求設計的砌體剪力牆;

③表中僅列出鋼筋砼與砌體兩個體系,以便進行比較,其它結構未列出。

我國抗震規範配筋砌塊砌體剪力牆房屋高度限值(m)

注: 1 房屋高度指室外地面至簷口的高度;

2 超過表內高度的房屋,應根據專門的研究、試驗,採取必要的措施。

配筋砌體需要的高強材料,特別是高強混凝土砌塊,則需要高質量高效能的砌塊成型機械,據調查目前國產機的能力尚難生產高強砌塊,為此我國一些大中城市已引進或正在引進國外砌塊成型機械,這些成型機效能好,成型壓力大,生產的砌塊***,可滿足各種強度等級的要求。生產高強砌塊需要比較高檔的原材料和較多的水泥,砌塊造價比中強砌塊要高一些,據遼河油田的**,mu10,每塊2.5元,高強度砌塊每塊3.

2元。3 砌塊結構的優越性

3.1 多層砌塊建築——對比物件為粘土磚

和粘土磚相比,砌塊建築的最大優勢在於其生產不毀壞耕地和能耗較低,符合國家技術發展政策。這是砌塊結構得以發展的根本前提。

3.1.1 生產不用土,能耗低

粘土磚採用優質粘土燒結而成,經計算每萬塊粘土磚需取土毀田0.0007~0.01畝,每塊小磚僅燒結需900kcal,混凝土砌塊包括水泥、成型和蒸氣養護的總耗能,折合成標準磚為429kcal,其能耗不足粘土磚的一半。

如以瀋陽為例,現有粘土磚廠322個,年產約20億塊粘土磚,每年僅燒磚能耗約30萬噸標準煤,毀田1480畝。如由砌塊取代粘土磚,每年可省15萬噸標煤,省田1480畝。據資料,北京市2023年生產粘土磚62億塊,全國有上千億塊粘土磚,年毀田達10萬餘畝。

3.1.2 自重輕、有利於地基處理和抗震

混凝土砌塊標準塊尺寸為390×190×190,空心率46%,重18kg,相當9.6塊標準磚,砌塊牆體自重比240和370粘土磚牆分別減輕30%和50%,不僅減輕了基礎的負載,易於地基處理,減少了施工中的材料運輸量,也增大了結構的**可靠度。

3.1.3 施工速度快

由於砌築1m2的小砌塊牆需標準塊12.5塊,而1m2240厚磚牆需用128塊磚,工人砌築同面積的小砌塊牆時彎腰取塊掛灰的次數將可減少90%,不僅降低了砌築的勞動強度,而且可提高砌築速度30%~100%。

3.1.4 節省砂漿

小型砌塊的砌築工作量小,砂漿用量也少。每平方公尺190厚小型砌塊牆的砂漿用量,僅為粘土磚的20%~30%,即可節省砌築砂漿70%以上。另外由於小型砌塊外型比粘土磚做得更規整,外型尺寸誤差更小,牆面抹灰可減薄或作成清水牆,簡化了抹面工序,使牆面抹灰厚度也較粘磚牆減少25%以上,也使牆的重量有所減輕。

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