生土建筑研究綜述

李海銘

◆摘 ?要：生土建筑作為具有悠久的歷史，在中式可持續(xù)發(fā)展的今天，生土建筑作為具有全生命周期的建筑，其源于土又歸于土的環(huán)保性能讓這一古老的建筑形式又重新煥發(fā)了活力。本文對(duì)生土建筑的歷史、生土建筑的材料改性、生土建筑的抗震及力學(xué)性能、生土建筑的熱濕性能的研究成果及試驗(yàn)分析方法進(jìn)行綜述，介紹現(xiàn)有生土建筑相關(guān)法規(guī)，為我國(guó)生土建筑的研究提供參考。

一、國(guó)內(nèi)生土建筑的歷史

在我國(guó)廣袤的土地上，不用地域生土建筑形成了不同建筑形態(tài)，陜北地區(qū)的窯等洞、福建地區(qū)的土樓、青海的莊窠等。

在有據(jù)可依的古遺址里，最早的可以上溯到半坡時(shí)期的遺址里面有著大量的夯土遺存。我國(guó)至今仍留存大量的夯土民居和城墻遺址。長(zhǎng)城、河西走廊生土民居瑞安堡和福建客家土樓都采用了生土材料與夯土技術(shù)。

生土夯就的世界文化遺產(chǎn)——福建土樓，閩西南地區(qū)利用未經(jīng)加工的生土，夯筑承重墻壁所構(gòu)筑的聚落和防衛(wèi)合一的家族聚居建筑。

再比如利用大量土坯建造的高昌古城，就地取材料營(yíng)造的交河古城，以及舉世聞名的長(zhǎng)城——在整個(gè)西部地區(qū)，包括嘉峪關(guān)在內(nèi)的許多長(zhǎng)城，里面的芯都是采用夯土建造。

不止于傳統(tǒng)概念上有著窯洞的黃土高原或者有著土樓傳統(tǒng)的福建，還有西南地區(qū)的蘑菇房、土掌房，青藏高原上的碉樓，以及新疆的喀什古城等等。

二、國(guó)內(nèi)生土建筑的研究現(xiàn)狀

（一）國(guó)內(nèi)生土建筑的研究

1.國(guó)內(nèi)生土建筑研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，生土材料引起了學(xué)術(shù)界和公眾的廣泛關(guān)注。以劉加平院士為主導(dǎo)的西安建筑科技大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)研究所，主要研究生土建筑物理環(huán)境，近年來(lái)發(fā)表《西部生土民居建筑的再生設(shè)計(jì)研究——以云南永仁彝族扶貧搬遷示范房為例》、《秦嶺山地夯土墻傳統(tǒng)民居再生》、《秦嶺山地生土民居氣候適應(yīng)性再生研究》、《黃土高原新型窯居建筑》等多篇科研論文，填補(bǔ)了大量生土建筑物理環(huán)境研究方面的空白。

國(guó)內(nèi)對(duì)夯土的實(shí)踐也越來(lái)越多，如張永和的長(zhǎng)城腳下的公社、王澍的水岸山居等，任衛(wèi)中的安吉生態(tài)民居、吳恩融的毛寺村生態(tài)小學(xué)和馬鞍橋?yàn)?zāi)后重建的村民活動(dòng)中心、穆鈞的馬岔村村民活動(dòng)中心等結(jié)合生土的地域性和生態(tài)性，以及農(nóng)村發(fā)展對(duì)生活舒適性需求的提高，在傳統(tǒng)生土建筑改良與優(yōu)化基礎(chǔ)上推廣現(xiàn)代夯土建造技術(shù)。

2.國(guó)內(nèi)生土材料性能的研究

沈陽(yáng)建筑大學(xué)劉軍等，在生土墻體內(nèi)摻入不同比例的粉狀固化劑后，研究分析了材料力學(xué)性能及耐久性，通過(guò)試驗(yàn)分析得出：生土墻體材料內(nèi)摻入固化劑后力學(xué)性能、耐水性、抗凍性明顯優(yōu)于未摻固化劑的墻體試件，隨著固化劑摻量的增加，生土墻體各項(xiàng)性能明顯提高。

西安建筑科技大學(xué)的尚建麗等人在陜西商洛和云南永仁開(kāi)展了生土改性研究。結(jié)果表明，當(dāng)單一水泥用量為5%時(shí)，生土的抗壓強(qiáng)度可以從2.5MPa變化為3.5MPa-5.0MPa，加入一定比重的礦渣的改性效果是明顯優(yōu)于加入一定量粉煤灰的效果。水泥對(duì)生土墻性能的影響不如單一改性劑那么明顯，改性劑的優(yōu)選組成為一定量級(jí)配的石灰，石膏和礦渣，其總含量為15%。

新疆大學(xué)外力·艾比不拉改良生土材料強(qiáng)度和變形的研究：在素土中摻入細(xì)砂或植物纖維以形成改良土材料并通過(guò)試塊的壓縮試驗(yàn)對(duì)比分析和研究其抗壓強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度變形能力。試驗(yàn)結(jié)果證明在素土中摻入一定量級(jí)配的細(xì)砂和麥草纖維可以有效的提高抗壓強(qiáng)度。通過(guò)單塊相同大小的素土坯和麥秸混配，通過(guò)單塊土坯的各向同性壓縮試驗(yàn)，評(píng)價(jià)麥秸混合對(duì)土坯抗壓承載力的影響，獲得了最佳麥秸量，一定量級(jí)配的麥秸可以有效提高生土墻體的抗壓強(qiáng)度和抗彎能力。

3.國(guó)內(nèi)生土建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能

中國(guó)是地震頻發(fā)的國(guó)家。生土結(jié)構(gòu)的抗震性能的提升對(duì)于保證村民人身安全尤為重要。阿肯江·托呼提研究提出，提高生土建筑物抗震性能的關(guān)鍵因素用圈梁對(duì)墻體進(jìn)行拉結(jié)，是最有效的加固措施之一。長(zhǎng)安大學(xué)的王毅紅長(zhǎng)期致力于生土建筑的修復(fù)和加固。她研究指出周圍的約束對(duì)生土墻的延展性具有重要影響。王毅紅等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了生土建筑物承重墻的荷載和抗震性能，提出了各種混合生土墻的破壞形式和過(guò)程，抗剪強(qiáng)度和變形性能。還證明了承重夯土墻在反復(fù)的低水平水平荷載作用下主要經(jīng)歷剪切破壞，并且一般經(jīng)歷彈性，彈塑性和破壞三個(gè)階段。分析了構(gòu)造柱和圈梁在生土墻中的作用，指出了影響生土墻抗震性能的主要因素，并指出了設(shè)計(jì)、施工和施工中應(yīng)注意的一些問(wèn)題。設(shè)計(jì)了墻體抗剪承載力計(jì)算公式。盡管由圈梁和構(gòu)造柱形成的框架系統(tǒng)并不能大大提高生土墻的承載能力，但可以有效地增強(qiáng)墻體的變形能力并延遲墻體的破壞。王沖鋒等研究實(shí)驗(yàn)通過(guò)向生土墻體中加入草繩以提升墻體的抗震能力，結(jié)果表明內(nèi)置草繩能夠顯著提高生土墻體的極限承載力和變形能力，提升墻體的抗裂性能。另外，隨著研究工作的不斷深入，已經(jīng)設(shè)計(jì)了一系列新型的生土結(jié)構(gòu)并將其成功地用于實(shí)際項(xiàng)目的建設(shè)中，這將促進(jìn)中國(guó)生土建筑的發(fā)展。

4.國(guó)內(nèi)生土材料的熱濕性能

我國(guó)對(duì)生土建筑室內(nèi)熱環(huán)境的研究研究方法一般是基于冬季和夏季對(duì)生土和磚混住宅的室內(nèi)熱環(huán)境的比較分析。

西安建筑科技大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)研究所系統(tǒng)研究了外圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的傳熱傳濕性能，對(duì)生土建筑室內(nèi)濕熱環(huán)境進(jìn)行了大量的分析測(cè)試，提出外圍護(hù)墻體表面質(zhì)交換系數(shù)的試驗(yàn)測(cè)試方法。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)塊質(zhì)量與生土土壤表面吸濕除濕過(guò)程的時(shí)間過(guò)程之間關(guān)系的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，確定了生土表面的吸濕解吸過(guò)程。質(zhì)量交換系數(shù)對(duì)研究陜西其他住宅的室內(nèi)熱濕環(huán)境也具有參考價(jià)值。

5.國(guó)內(nèi)生土建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程

超過(guò)60年的生土結(jié)構(gòu)的研究成果，尤其是近年來(lái)的研究成果，已被納入許多頒布的技術(shù)法規(guī)中。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）是中國(guó)房屋建筑抗震設(shè)防的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。它詳細(xì)解釋了生土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍，針對(duì)各種類型的生土建筑的附加抗震施工措施以及施工要點(diǎn)。為生土結(jié)構(gòu)的施工提供了指導(dǎo)作用。

三、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)下，我們不能以傳統(tǒng)保護(hù)的名義要求村民們?nèi)宰≡谶^(guò)去的傳統(tǒng)民居中;也不應(yīng)完全否定傳統(tǒng)技術(shù)，只利用現(xiàn)代建筑材料去做模式化的新農(nóng)村建設(shè)。在全球化并且越來(lái)越注重可持續(xù)發(fā)展的今天，我們應(yīng)該充分考慮建筑的地域性，利用當(dāng)?shù)氐臍夂?、地貌、潛在的材料資源等自然條件，再借以當(dāng)下的科技能力和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，探尋最適宜的能夠傳承生土建筑的智慧。

參考文獻(xiàn)

[1]劉軍，盛國(guó)東，劉宇.固化劑摻量對(duì)生土墻體材料性能的影響[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010.