砌體結構
| 砌體結構 |
用磚砌體、石砌體或砌塊砌體建造的結構，又稱磚石結構。由於砌體的抗壓強度較高而抗拉強度很低，因此，砌體結構構件主要承受軸心或小偏心壓力，而很少受拉或受彎，一般民用和工業建築的牆、柱和基礎都可採用砌體結構。在採用鋼筋混凝土框架和其他結構的建築中，常用磚牆做圍護結構，如框架結構的填充牆。最具體的代表建築是卷拱形墓室、磚石佛塔、磚城牆、石橋、長城。
目錄
基本內容
中文名：砌體結構
出版社：中國建築工業出版社
作者：尼爾斯·庫默爾
譯者：余流
ISBN：9787112116003
外文名：Masonry Construction
出版時間：2010年2月1日
開本：32
頁數：121頁
語言：英語、簡體中文
概述
砌體（磚混結構）是由塊體和砂漿砌築而成的牆或柱，包括磚砌體、砌塊砌體、石砌體和牆板砌體，在一般的工程建築中，砌體占整個建築物自重的約1/2，用工量和造價約各占1/3,是建築工程的重要材料。長期以來，我國占主導地位的砌體材料燒結鑽土磚已有二千多年的歷史，與黏土瓦並稱為「秦磚漢瓦」。但是，這種砌體材料需要大量黏土作原材料，為有效地保護耕地，國家要求儘量不用黏土磚。砌體材料正朝着充分利用各種工業廢料，輕質、高強、空心、大塊、多功能的方向發展。
定義
砌體結構(masonry structure) 是由塊材和砂漿砌築而成的牆,柱作為建築物主要受力構件的結構。
它包括磚結構、石結構和其它材料的砌塊結構。分為無筋砌體結構和配筋砌體結構。砌體結構在我國應用很廣泛，這是因為它可以就地取材，具有很好的耐久性及較好的化學穩定性和大氣穩定性，有較好的保溫隔熱性能。較鋼筋混凝土結構節約水泥和鋼材，砌築時不需模板及特殊的技術設備，可節約木材。砌體結構的缺點是自重大、體積大，砌築工作繁重。由於磚、石、砌塊和砂漿間粘結力較弱，因此無筋砌體的抗拉、抗彎及抗剪強度都很低。由於其組成的基本材料和連接方式，決定了它的脆性性質，從而使其遭受地震時破壞較重，抗震性能很差，因此對多層砌體結構抗震設計需要採用構造柱、圈樑及其它拉結等構造措施以提高其延性和抗倒塌能力。此外，磚砌體所用粘土磚用量很大，占用農田土地過多，因此把黏土磚改成空心磚，特別發展高孔洞率、高強度、大塊的空心磚以節約材料，以及利用工業廢料，如粉煤灰、煤渣或者混凝土製成空心磚塊代替紅磚等都是今後砌體結構的方向。
優缺點
砌體結構的主要優點是：①容易就地取材。磚主要用粘土燒制;石材的原料是天然石;砌塊可以用工業廢料──礦渣製作，來源方便，價格低廉。②磚、石或砌塊砌體具有良好的耐火性和較好的耐久性。③砌體砌築時不需要模板和特殊的施工設備，可以節省木材。新砌築的砌體上即可承受一定荷載，因而可以連續施工。在寒冷地區，冬季可用凍結法砌築，不需特殊的保溫措施。④磚牆和砌塊牆體能夠隔熱和保溫，節能效果明顯。所以既是較好的承重結構，也是較好的圍護結構。⑤當採用砌塊或大型板材作牆體時，可以減輕結構自重，加快施工進度，進行工業化生產和施工。
砌體結構的缺點是：①與鋼和混凝土相比，砌體的強度較低，因而構件的截面尺寸較大，材料用量多，自重大。②砌體的砌築基本上是手工方式，施工勞動量大。③砌體的抗拉、抗剪強度都很低，因而抗震較差，在使用上受到一定限制；磚、石的抗壓強度也不能充分發揮；抗彎能力低。④粘土磚需用粘土製造，在某些地區過多占用農田，影響農業生產。
國內砌體結構的歷史和現狀
砌體結構在我國應用歷史
砌體結構的歷史悠久，天然石是最原始的建築材料之一。古代大量具有紀念性。
砌體結構是最古老的一種建築結構。我國的砌體結構有着悠久的歷史和輝煌的紀錄。在歷史上有舉世聞名的萬里長城，它是兩千多年前用「秦磚漢瓦」建造的世界上最偉大的砌體工程之一；建於北魏時期 的河南登封嵩岳寺塔為高40米的磚砌密檐式塔；建於隋大業年問的河北趙縣安濟橋，淨跨37.37米，全長50.82米，寬約9米，拱高7.2米，為世界上最早的空腹式石拱橋，該橋已被美國土木工程學會選為世界第12個土木工程里程碑；還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；所有這些都是值得我們自豪和繼承的。
砌體結構量大面廣
解放以來我國磚的產量逐年增長，1996 年增至6200 億塊,為世界其他各國磚每年產量的總和。全國基建中採用砌體作牆體材料約占90 %左右。在辦公、住宅等民用建築中大量採用磚牆承重。此外我國還積累了在地震區建造砌體結構房屋的寶貴經驗。我國絕大多數大中城市在6 度或6 度以上地震設防區。地震烈度≤6 度的砌體結構經受了地震的考驗。經過設計和構造上的改進和處理，還在7 度區和8 度區建造了大量的砌體結構房屋。
新材料新技術新結構的研究與應用
60 年代以來,我國黏土空心磚(多孔磚) 的生產和應用有較大的發展,根據節能進一步要求，近年來我國消化吸收國外先進技術，在主要力學和熱工性能的指標接近或達到國際同類產品的水平。
近10 餘年來，採用砼、輕骨料砼或加氣砼，以及利用河沙、各種工業廢料、粉煤灰、煤干石等制無熱料水泥煤渣砼砌塊或蒸壓灰砂磚、粉煤灰硅酸鹽磚、砌塊等在我國有較大的發展。
從90 年代初期,在總結國內外配筋砼砌塊試驗研究經驗的基礎上,我國在配筋砌塊結構的配套材料、配套應用技術的研究上獲得了突破，中高層配筋砌塊建築具有明顯的社會經濟效益。作為粘土磚的主要替代材料和某些功能強於粘土磚的砌塊的發展前景是非常好的。
我國配筋砌體應用研究起步較晚，70 年代以來,尤其是1975 年海城- 營口地震和1976 年唐山大地震之後，對設置構造柱和圈樑的約束砌體進行了一系列的試驗研究，其成果引入我國抗震設計規範。
砌體結構理論研究與計算方法
1956 年批准在我國推廣應用前蘇聯砌體結構設計標準。60～80 年代末,在全國範圍內對磚石結構進行了比較大規模的試驗研究和調查,總結出一套符合我國實際、比較先進的磚石結構理論、計算方法和經驗。如1973 年頒布的國家標準《磚石結構設計規範》GBJ 3 - 73 ,是我國第一部磚石結構設計規範。1988 年頒布的《砌體結構設計規範》GBJ 3 - 88 ,使我國砌體結構設計理論和方法趨於完善。2002年1 月10 日發布的最新《砌體結構設計規範》GB50003 - 2001 ,更加完善了砌體結構設計的理論和實際依據。最新《砌體結構設計規範》GB50003-2011，自2012年8月1日起實施。
砌體結構的建築物用磚、石建造。如用加工的巨大石塊建成的金字塔一直保存到現代。其中在尼羅河三角洲的吉薩建造的三座大金字塔（公元前2723～前2563年），是精確的正方錐體，其中最大的胡夫金字塔，塔高146.6米，底邊長230.60米，約用230萬塊重2.5噸的石塊建成。 又如公元70～82年建造的羅馬大鬥獸場（科洛西姆圓形競技場）平面為橢圓形，長軸189米，短軸156.4米，高48.5米，分四層，可以容納5～8萬觀眾，也用塊石砌成。中世紀在歐洲用加工的天然石和磚砌築的拱、券、穹窿和圓頂等結構型式得到很大發展。如公元532～537年在君士坦丁堡建造的聖索菲亞教堂，東西長77米，南北長71.7米，正中是直徑32.6米，高15米的穹頂，牆和穹頂都是磚砌。12～15世紀西歐以法國為中心的哥特式建築集中了十字拱、骨架券、二圓心尖拱、尖券等結構形式。
中國封建時期採用磚木建造的寺院、廟宇、宮殿和寶塔等，體現了中國古代砌體結構的成就。其中磚塔是一種高層建築,如河南登封嵩岳寺塔(見彩圖)為磚砌單筒體結構;西安大雁塔（圖1）也為磚砌單筒體結構，高60多米，1200多年來，歷經數次地震，仍巍然屹立。河北定縣料敵塔高約84米，為磚砌雙筒體結構。著名的長城，其中一部分用燒制磚砌築。
在橋樑建築方面，中國隋朝李春建造的趙州橋是中國最古和當時跨徑最大的單孔空腹式石拱橋（見彩圖）。又如北宋時期建造的福建漳州虎渡橋，石樑最大跨徑達23米，梁寬1.9米、厚約1.7米,重達200噸,三根石樑並列為橋面,是中國古代最重的簡支石樑橋。
1949年中華人民共和國成立後，砌體結構得到很大的發展和廣泛應用，住宅建築、多層民用建築大量採用磚牆承重（圖2）。中小型單層工業建築和多層輕工業建築也常採用磚牆承重。中國傳統的空斗磚牆，經過改進已經用作2～4層建築的承重牆。20世紀50年代末開始,採用振動磚牆板建造五層住宅,承重牆厚度僅為12厘米。在地震區，採取在承重磚牆轉角和內外縱橫牆交接處設置鋼筋混凝土抗震柱也稱構造柱，及在空心磚或空心砌塊孔內配置縱向鋼筋和澆灌混凝土等措施，提高砌體結構的抗震性能（見牆板結構）。
傳統的石拱橋的跨度已大大增加而厚度相對減薄。用於公路的變截面空腹式石拱橋的跨度已達100多米。此外,還採用石砌拱壩和渡槽。如在福建省建造的橫跨雲霄、東山兩縣的大型引水工程中的陳岱渡槽,全長4400多米,高20米。在新結構方面，研究和建造了各種型式的磚薄殼。在新材料方面，研製了粉煤灰和煤矸石燒結磚，蒸汽養護粉煤灰磚和煤渣磚，以及灰砂磚等；採用和改進硅酸鹽砌塊及各種承重和非承重空心磚。在新技術方面，採用各種配筋砌體，包括預應力空心磚樓板。磚砌的特種結構如煙囪等也較廣泛應用。 70年代以來,在試驗研究的基礎上,對砌體結構的設計方法做了某些改進。如砌體結構房屋的靜力計算，根據房屋的空間剛度，分別按剛性、剛彈性和彈性三種方案進行(見砌體結構房屋的靜力分析)，使牆體在豎向和水平荷載共同作用下的內力計算更加接近實際情況。無筋砌體受壓構件的強度計算，改變了將構件區分為大、小偏心受壓的計算方法（見磚牆和磚柱），使計算更為簡便。
發展和趨向 採用高強度磚石和砂漿,用較薄的承重牆建造較高的建築物是現代砌體結構的主要特點。如瑞士在16層高的公寓建築中以15厘米厚的磚牆承重；並採用抗壓強度達40兆帕的特種BS磚建成18層高的公寓；採用抗壓強度達60兆帕、孔洞率為28%的多孔磚建成19層和24層高的塔式住宅建築，磚牆僅厚38厘米。英國用卡爾柯龍（Calculon)多孔磚,抗壓強度達35、49和70兆帕建成 11～19層高的公寓。美國用兩片9厘米厚的單磚牆中間夾7厘米厚的配筋灌漿層建成21層高的公寓;用灌漿配筋混凝土砌塊牆建成18層高的旅館。
預製磚牆板提高了施工機械化的程度，施工速度快，質量也易保證。預製粘士磚牆板的形式隨各國氣候和地理條件以及建築傳統不同而異,大多數用夾心式構造,少數用空心磚；有些用帶孔磚在孔內配筋灌漿；有些在內側用輕混凝土兼作保溫材料。牆板的大小和房間牆面的大小相同。預製磚牆板多用於低層居住建築，也用於高層公寓做承重牆或非承重牆。
砌體結構發展的主要趨向是要求磚及砌塊材料具有輕質高強的性能，砂漿具有高強度，特別是高粘結強度，尤其是採用高強度空心磚或空心砌塊砌體時。在牆體內適當配置縱向鋼筋,對克服砌體結構的缺點,減小構件截面尺寸，減輕自重和加快建造速度，具有重要意義。相應地研究設計理論，改進構件強度計算方法，提高施工機械化程度等，也是進一步發展砌體結構的重要課題。
國外砌體結構發展現狀
前蘇聯是世界上最先建立砌體結構理論和設計方法的國家，20世紀40年代之後進行了較系統的試驗研究，20世紀50年代蘇聯提出了砌體結構按極限狀態設計方法。
1891年美國芝加哥建造了一幢17層磚房，由於當時的技術條件限制，其底層承重牆厚1.8 m。
1957年瑞士蘇黎世採用強度為58.8 MPa，空心率為28%的空心磚建成一幢19層塔式住宅，牆厚才380 mm，引起了各國的興趣和重視。歐美各國加強了對砌體結構材料的研究和生產，在砌體結構的理論研究和設計方法上取得了許多成果，推動了砌體結構的發展。
總體來看，國外磚的強度一般均達30—60 MPa，而且能生產高於100 MPa的磚。國外空心磚的表觀密度一般為13kN/m3，輕的達6kN/m3。 國外採用的砂漿強度也很高，美國標準ASTMC 270規定的M，S，N三類水泥石灰混合砂漿，抗壓強度分別為25.5 MPa，20MPa，13.9 MPa，德國砂漿為13.7—14.1 MPa。 美國Dow化學公司已生產「Sarabond」高粘結強度的砂漿(摻有聚氯乙烯乳膠)，抗壓強度可超過55 MPa，用這種砂漿砌築強度為41 MPa的磚，其砌體強度可達34 MPa。 國外早在20世紀70年代磚砌體抗壓強度已達20MPa以上，接近或超過普通混凝土強度。
國外砌塊生產發展也很快，在一些國家20世紀70年代砌塊產量就接近磚的產量。 國外採用砌體作承重牆建築了許多高層房屋。1970年在英國諾丁漢市建成一幢14層房屋(內牆230nlm，外牆270 mm)與鋼筋混凝土框架相比上部結構造價降低7．7%。 美國、新西蘭等國採用配筋砌體在地震區建造高層可達13-20層。如美國丹佛市17層的「五月市場」公寓和20層的派克蘭姆塔樓等，前者高度50 m，牆厚僅280 mm。 英國利物浦皇家教學醫院10層職工住宅是歐洲最高的半磚厚(102．5 mm)薄壁牆。新西蘭允許在地震區用配筋砌體建造7-12層的房屋，因為它們在一定範圍內與鋼筋混凝土框架填充牆相比具有較好的適用性和經濟價值。
美國加州帕薩迪納市的希爾頓飯店為13層高強混凝土砌塊結構，經受聖佛南多大地震後完好無損，而毗鄰的一幢10層鋼筋混凝土結構卻遭受嚴重破壞。
國外採用高粘度粘合性高強砂漿或有機化合物樹脂砂漿甚至可以對縫砌築。在設計理論方面，20世紀60年代以來歐美許多國家逐漸改變長期沿用的按彈性理論的容許應力設計法。英國標準協會1978年編制了《砌體結構實施規範》，意大利磚瓦工業聯合會於1980年編制的《承重磚砌體結構設計計算的建議》均採用極限狀態設計方法。
砌體材料
塊體材料
《砌體結構設計規範》GB50003－2001中可作為承重砌體的塊體材料主要有：
1.燒結磚
(1)燒結普通磚
標準磚尺寸：240×115×53 mm
牆體尺寸：（120）、 240、 370、490、620… mm
適用範圍： 房屋上部及地下基礎等部位
(2)燒結多孔磚
原料同燒結磚，但孔洞率不小於25%
承重多孔磚目前主要採用P型磚（240×115×90）和M型磚（190×190×90）
多孔磚優點：可節約粘土、減少砂漿用量、提高工效、節省牆體造價；可減輕塊體自重、增強牆體抗震性能
適用範圍： 房屋上部結構（不宜用於凍脹地區地下部位）
2．蒸壓硅酸鹽磚
(1)蒸壓灰砂磚
原料：石灰和砂
尺寸燒結普通磚
適用範圍同蒸壓粉煤灰磚
(2)蒸壓粉煤灰磚
原料：粉煤灰和石灰加適量石膏及集料
適用範圍：不得用於長期受熱200℃以上、受急冷急熱和有酸性介質侵蝕的建築部位，MU15和MU15以上的蒸壓灰砂磚可用於基礎及其他建築部位，蒸壓粉煤灰磚用於基礎或用於受凍融和乾濕交替作用的建築部位必須使用一等磚。
3. 單排孔混凝土小型空心砌塊
原料：普通混凝土或輕骨料混凝土
主規格尺寸：(圖例1、2)
空心率：20%～50%
4. 石材
分類：（按容重）重質岩石、輕質岩石（按其加工後的外形規則程度）可分為料石和毛石。
砌築砂漿
砂漿作用：
（1）將單個的塊體粘結成整體、促使構件應力分布均勻；
（2）填實塊體之間的縫隙，提高砌體的保溫和防水性能，增強牆體抗凍性能
1. 砂漿分類
(1)水泥砂漿;(2)混合砂漿;(3)砌築專用砂漿;(4)非水泥砂漿
2. 砂漿性能
(1) 強度;(2) 流動性 (可塑性);(3) 保水性
鋼筋混凝土和砌塊灌孔混凝土
1. 鋼筋
2. 混凝土
3. 砌塊灌孔混凝土（灌漿）
灌漿方法（高位、低位法)
塊體和砂漿的強度等級
強度分級：
塊體 （符號 MU）
普通砂漿（符號 M）
砌塊灌孔混凝土（符號 Cb）
應用範圍
l 住宅、辦公樓等民用建築中廣泛採用砌體承重。 所建房屋層數增加，5～6層高的房屋，採用以磚砌體承重的混合結構非常普遍，不少城市建到7～8層；重慶市70年代建成了高達12層的以砌體承重的住宅；在某些產石地區毛石砌體作承重牆的房屋高達6層；
l 在工業廠房建築中，通常用砌體砌築圍牆；l 中、小型廠房和多層輕工業廠房，以及影劇院、食堂、倉庫等建築的承重結構；
l 可在地震設防區建造砌體結構房屋——合理設計、保證施工質量、採取構造措施。經震害調查和研究表明：地震烈度在六度以下地區，一般的砌體結構房屋能經受地震的考驗；按抗震設計要求進行改進和處理，可在七度和八度設防區建造砌體結構的房屋。
l 配筋砌塊建築表現了良好抗震性能，在地震區得到應用與發展。美國是配筋砌塊應用最廣泛的國家，在1933年大地震後，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。這些建築大部分經歷了強烈地震的考驗。如：1952年建成的26棟6—13層的美退伍軍人醫院；1966年在聖地亞哥建成的8層海納雷旅館(位於9度區)和洛杉磯19層公寓；1990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。利用配筋砌塊，我國各地建造了不少的砌體高層建築： 1983年、1986年南寧已修建了配筋砌塊10層住宅樓和11層辦公樓試點房屋。採用MU20高強砌塊，人工兩次投料振搗，無法大量生產； 1988年本溪用煤矸石混凝土砌塊配筋修建了一批10層住宅樓；1997年根據哈爾濱建築大學、遼寧建科院等單位的研究結果，東北設計院設計在遼寧盤錦市建成一棟15層配筋砌塊剪力牆點式住宅樓； 1998年，上海住宅總公司在上海建成了一棟配筋砌塊剪力牆18層塔樓，這是我國最高的18層砌塊高層房屋，而且是建在7度抗震設防的地區；2000年撫順建成一棟6.6米大開間12層配筋砌塊剪力牆板式住宅樓；2001年哈爾濱阿繼科技園修建了12層配筋砌塊房屋，其後一幢18層砌塊高層也建成。
l 配筋砌體已成為與鋼筋混凝土結構具有類似性能和應用範圍的結構體系。[1]