裝配式砌體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)及發(fā)展探析

李寧，易守維，趙一帆，賴思宇，楊婷

（重慶科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，重慶 401331）

0 前言

建筑行業(yè)作為促進(jìn)國家發(fā)展的途徑之一，發(fā)揮了舉足輕重的作用。隨著科技的發(fā)展和生活品質(zhì)的提高，我國建筑業(yè)發(fā)展迅速，人們對(duì)“住”的要求顯著提高。裝配式砌體結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上演變，成為一種新興的建筑形式，現(xiàn)階段運(yùn)用廣泛。

1 傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)

磚砌體、砌塊砌體和石砌體的主要結(jié)構(gòu)稱為傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)磚石結(jié)構(gòu)歷史悠久，曾經(jīng)的萬里長(zhǎng)城、大雁塔、趙州橋都是以砌體結(jié)構(gòu)建造。

1.1 砌體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

①便于就地取材。在施工設(shè)計(jì)或者施工組織時(shí)，以工程質(zhì)量為要求，因地制宜，砌體結(jié)構(gòu)采用磚、石、砌塊為主的材料，便于取材，其一來源方便，其二施工方便。就地取材大大的減少了運(yùn)輸距離，降低了成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

②傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)可以節(jié)約水泥和鋼材用量，不僅無需大型機(jī)械設(shè)備，而且輔助設(shè)備不但構(gòu)造十分簡(jiǎn)單且投入資金也較低。在施工過程中，不需要模板和特殊技術(shù)設(shè)備，可以做到連續(xù)建造。

1.2 砌體結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)

①耐高溫性能差。在砌體結(jié)構(gòu)暴露于火災(zāi)的短時(shí)間內(nèi)，表面溫度迅速上升，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)升高不明顯，磚石結(jié)構(gòu)存在開裂和坍塌的危險(xiǎn)，呈脆性破壞。

②抗震性差。當(dāng)發(fā)生地震之后，砌體結(jié)構(gòu)的樓房發(fā)生破壞最嚴(yán)重的是第一、二層，隨著高度的增加，裂縫變形也會(huì)越來越小。當(dāng)?shù)卣鹱饔幂^大時(shí)，墻體會(huì)產(chǎn)生較寬的水平貫通裂縫，即導(dǎo)致墻體發(fā)生水平剪切破壞；當(dāng)情況嚴(yán)重時(shí)，墻壁將錯(cuò)位，結(jié)構(gòu)柱中的鋼筋將彎曲或切斷，最終導(dǎo)致墻壁無法繼續(xù)承載[1]。

1.3 砌體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀與前景

當(dāng)前建筑行業(yè)的墻和柱子等基礎(chǔ)設(shè)施大部分都是用磚砌組成。其成本較低，所以砌體結(jié)構(gòu)被使用的范圍還是占很大的比例，且國家對(duì)砌體結(jié)構(gòu)做出了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。例如，《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50003-2011），簡(jiǎn)稱《砌體規(guī)范》。

運(yùn)用于砌體結(jié)構(gòu)的新型材料不斷增多，如加氣混凝土砌塊[2]、單排孔混凝土小型空心砌塊[3]、蒸壓硅酸鹽磚[4]、蒸壓粉煤灰磚等，促進(jìn)砌體結(jié)構(gòu)在建筑中的發(fā)展。這些新型材料的發(fā)展趨勢(shì)也是不斷上升，雖然在某些方面存在著缺陷，但只要不斷改進(jìn)從而適應(yīng)現(xiàn)代建設(shè)的建設(shè)要求，它的歷史也會(huì)越來越長(zhǎng)久。這樣傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)在建筑業(yè)中將還存有一席之地。

2 裝配式結(jié)構(gòu)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)稱是裝配式結(jié)構(gòu)，主要受力構(gòu)件是以預(yù)制構(gòu)件為主，再由裝配連接而成[5]。

2.1 裝配式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

①效率高。裝配式結(jié)構(gòu)是提前設(shè)計(jì)好，在廠里批量生產(chǎn)，最后搬運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。在現(xiàn)場(chǎng)用裝配式結(jié)構(gòu)就如同“搭積木”一樣，使建筑可以在短時(shí)間內(nèi)建設(shè)而成。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，工廠生產(chǎn)不受惡劣環(huán)境影響，施工工期屬于可控范圍，生產(chǎn)效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)砌筑。

②精度高。裝配式建筑采用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行吊裝，誤差可達(dá)毫米級(jí)。在吊裝過程中，一旦出現(xiàn)任何問題，都可以及時(shí)做出調(diào)整，以達(dá)到預(yù)期想要的結(jié)果，避免諸多不利因素。

③質(zhì)量高。大型構(gòu)件梁、柱子、墻板、樓梯等均可在工廠里預(yù)制，例如預(yù)制樓梯，可以在廠里小塊澆筑成體，尺寸、大小都可以控制，控制就能保證質(zhì)量。然后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)利用螺栓或焊接一系列工具或器具進(jìn)行拼接。

④降低人工使用率。裝配式不管是在安裝、搬運(yùn)等方面，人工使用率要少得多，很多時(shí)候都被機(jī)械所替代[6]。

⑤現(xiàn)場(chǎng)組裝，節(jié)能環(huán)保。裝配式結(jié)構(gòu)是預(yù)制構(gòu)件，可以在制作后直接運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝。相比傳統(tǒng)的砌體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)攪拌砂漿進(jìn)行砌筑，更節(jié)水省電。

⑥有較完整的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51231-2016）就是裝配式結(jié)構(gòu)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

⑦結(jié)構(gòu)抗震性能好。裝配式結(jié)構(gòu)同傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)相比，屬于一體化結(jié)構(gòu)，整體的抗震性要優(yōu)于傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)。近年來，日本出現(xiàn)了一種具有裝飾效果的裝配式抗震墻[7]。裝配式結(jié)構(gòu)大多采用卯榫結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性、抗震性、牢固性都非常好，并且在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、減震柱等方面提高了技術(shù)水平，為提高抗震增加了可能性。

⑧建筑使用面積可增加。裝配式構(gòu)件的尺寸、大小都可以隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改變而做一些調(diào)整。

2.2 裝配式結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)

①增量成本高。它遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的磚石結(jié)構(gòu)。例如，在同一建筑分別采用裝配式結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)砌筑結(jié)構(gòu)，當(dāng)出現(xiàn)實(shí)際材料用量超出了預(yù)計(jì)材料用量時(shí)，則超出部分裝配式結(jié)構(gòu)的費(fèi)用要比傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)的費(fèi)用高得多。

②現(xiàn)澆工作量仍很大。例如，裝配式樓蓋需進(jìn)行混凝土二次澆筑，需要增加焊接的工作量，這對(duì)施工進(jìn)度和成本有不利影響。

③保證運(yùn)輸距離在200km以內(nèi)。因?yàn)檠b配式結(jié)構(gòu)是預(yù)制而成，如果運(yùn)輸距離太遠(yuǎn)，會(huì)讓材料受到損耗。在運(yùn)輸之前，我們還應(yīng)該注意運(yùn)輸計(jì)劃的制定，運(yùn)輸貨架的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，檢查構(gòu)件的強(qiáng)度，庫存構(gòu)件和查看運(yùn)輸路線。

2.3 裝配式結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀及前景

在20世紀(jì)，裝配式結(jié)構(gòu)走入人類的生活，到20世紀(jì)60年代裝配式結(jié)構(gòu)慢慢使用起來，隨著現(xiàn)代化科技的發(fā)展，裝配式結(jié)構(gòu)已經(jīng)可以成批、大量的生產(chǎn)，將預(yù)制構(gòu)件組裝、拼裝成整體。

裝配式用“五化一體”的方式，使設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工業(yè)化、施工裝配化、裝修一體化、管理信息化相統(tǒng)一[8]。

現(xiàn)在裝配式結(jié)構(gòu)不僅僅只由混凝土制作而成，還有玻璃纖維增強(qiáng)水泥（GRC）[9]、蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土（ALC）[10]、陶粒混凝土、植物纖維水泥板（PRC）[11]等。

近年來，從傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向裝配式結(jié)構(gòu)，裝配式結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越廣泛，裝配式是未來發(fā)展的方向，利于節(jié)約能源，減少灰塵，降低成本，減少勞動(dòng)力，加快建設(shè)。

3 對(duì)比分析

①環(huán)保方面。裝配式砌體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾大量減少。取消了內(nèi)墻和外墻的抹灰，鋼筋也是由工廠統(tǒng)一配送，不論是抹灰工程還是鋼筋工程，都大量減少了工作量和工作時(shí)間。同時(shí)也減少了施工現(xiàn)場(chǎng)中大量的白色垃圾。

②工作方式。裝配式在工廠預(yù)制，并由工廠運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，然后利用大型起重機(jī)械，就位安裝。工人將只需要扶板就位，臨時(shí)固定和進(jìn)行其他工作，這大大的降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度[12]。裝配式與傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)相比，將工人勞動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械工作，工作方式上的改變是科技發(fā)展與工藝應(yīng)用的發(fā)展的結(jié)果。

③施工方面。門窗洞的預(yù)留尺寸已在工廠完成，尺寸偏差在可控范圍內(nèi)。室內(nèi)門需預(yù)留的構(gòu)件也可以在工廠完成，具有精確定位，簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)安裝和易于保障安裝質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)砌體同樣在工廠預(yù)制完成，且傳統(tǒng)砌體相比于裝配式構(gòu)件的體積要小得多，搬運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)還需工人進(jìn)行砌筑，砌筑時(shí)很多細(xì)節(jié)方面由人把關(guān)，屬于不可控范圍，不易保證砌筑質(zhì)量。

④施工效率方面。施工工藝決定著它們的施工效率。傳統(tǒng)砌筑需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行砌筑，砌筑時(shí)應(yīng)保證橫平豎直，避免通縫，砂漿飽滿等要求。而裝配式結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場(chǎng)需吊裝，且吊裝的構(gòu)件遠(yuǎn)比傳統(tǒng)砌體的體積大得多，那么在相同的工作量下，吊裝的數(shù)量遠(yuǎn)比磚石砌塊的數(shù)量少的多。

⑤造價(jià)方面。在同一工程量的情況下，裝配式結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)砌筑結(jié)構(gòu)的總造價(jià)高30%～50%。總造價(jià)包括材料、運(yùn)費(fèi)、人工費(fèi)等。因此，考慮到成本，傳統(tǒng)的砌筑結(jié)構(gòu)優(yōu)于裝配式結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)砌體結(jié)構(gòu)和裝配式結(jié)構(gòu)相比，前者自重小，體積小，造價(jià)低，需要大量勞動(dòng)力，污染大，施工效率低；后者自重大，體積大，造價(jià)高，節(jié)約勞動(dòng)力，施工效率高，且環(huán)保。現(xiàn)國家對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展也是非常重視，提倡新技術(shù)，期待砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步發(fā)展。