芝加哥的莫纳克大厦于 1891 年开始建造,至今仍在使用。这座建筑的特点是没有装饰的肃穆的外墙和当时惊人的高度—— 16 层。它被认为是第一座用砌体结构建造的摩天大楼,采用陶瓷砖和花岗岩底座。为了支撑大楼的全部负荷,底层的结构墙厚达 1.8 米,顶部的墙厚达 46 厘米。一百三十年后的今天,这种建筑体系仍然很普遍。现在的技术可以用更薄的墙体建造更高的建筑,甚至可以经济合理地完成新的建筑工程。但是,砌体结构是什么,设计师如何在建筑项目中使用它?这种系统最适合哪种类型的建筑?
叠石筑墙的行为被用于标志性的历史建筑,如金字塔、帕台农神庙、中国长城、巴黎圣母院和许多其他建筑。其中的一些建筑仍然让研究人员感到好奇,他们是如何建造的,以及他们是如何存留至今的。想要描绘砌体结构的历史线需要去了解建筑的历史和历史上的伟大作品。简而言之,砖石结构是一种构造体系,在这种体系中,建筑物的墙体使用砌块、砖或石头,以自支撑的方式发挥结构功能。这些组件分层堆叠,可以通过粘结剂(砂浆)连接,也可以不通过粘结剂连接,而粘结剂对墙体的力学性能有很大影响。这种砂浆可以由石灰、水泥或合成粘合剂制成。
目前,石墙仍然应用于建筑之中,但更多的是为了美观,而不像古代那样是唯一可行的结构选择。实验、科研和新技术使设计师们能够创造出足够坚固和足够轻的砌块,使它们易于建造并具有很强的抵抗力。20 世纪 40 年代,砌块开始被工业化生产并在市场上销售。今天,有陶瓷、混凝土、掺土水泥和沙石灰砌块用于建造砌体建筑。砌块的形状也使它们能够提高抗压力,并为结构加固钢筋、混凝土、管道和电线管钻孔留位。
与今天比较常见的柱梁系统不同,在砌体结构中,墙体将把荷载分配到地基上,随后进入地面。该结构的成立是由这些结构墙的几何形状和排列决定的,承受结构自身的重量和使用荷载(垂直荷载),以及由风等引起的侧向荷载。至关重要的是,各垂直平面要相互配合,使荷载均匀分布,没有墙体变得过于脆弱。这是通过正确的跨度和空间尺寸,以及将开口放在合适的位置来实现的。
砌体可以是结构性的或者说是承重性的。第一种类型比较简单,墙体只用砌块和砂浆砌成,而承重砌体则用铁丝、钢筋或钢丝网加固,其尺寸可抵御主动力。这些加固物被放置在砌块的空隙中,然后用灌浆料(一种具有高阻力和高流动性的混凝土或砂浆)填充。
不同类型的砌块在每个项目中发挥着特定的功能。世界各地有不同的模式,但一般来说,存在通用的砌块(1 和 2),上面已经提到过,还有水沟型块( 3 ),它接受水平加固。还有一些砌块可以搭建楼板,通常称为 "J "通道(4)。在这种类型中,楼板靠在一端,提供结构上的锁定和良好的饰面。由于砌块具有很大的尺寸规则性,这大大提高了项目的效率和工作的成功执行。
使用这种系统的主要优势在于施工速度;减少木材、钢材和混凝土的使用;节省时间和成本;施工现场高度有序;以及良好的防火性能。这种建筑体系也确保了项目的合理化,特别是对于其他建筑元素,如电气和液压装置。此外,砌体具有较高的抗压强度,在不加外涂料的情况下,通常具有美学上的吸引力。
显而易见的是,承重墙不能在没有另一个功能相当的元素替代下被拆除。这是一个缺点,因为它大大降低了建筑的灵活性,几乎不可能对原有的建筑布局进行彻底的改变。另一个问题是,砌体建筑在地震频繁的地区表现不佳。在这种情况下,了解并遵守当地的规范是非常重要的。
今天,已经有了高达 28 层的承重砌体建筑。该系统可以适用于从小型单户住宅建筑到大型结构的建筑类型。一般来说,砌体项目的前提是设计和施工的全方位整合,建筑师需要显示出领导力并对施工进行把控,以使工作得到恰当执行。显然,在这个过程中,有结构工程师的支持是非常重要的。砌体结构不允许在施工过程中进行即兴创作和设计变更。砌体是一个非常古老的结构体系,然而,通过持续的技术贡献,它对未来的城市来说是非常理想的结构体系。
翻译:王淳