生態(tài)文明建設(shè)背景下我國生土建筑抗震性能研究

鄧金鵬

甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1 引言

在傳統(tǒng)的村落或偏遠(yuǎn)城鎮(zhèn)中，生土建筑是比較傳統(tǒng)的建筑方式，用以進(jìn)行建筑的原材料生土是沒有經(jīng)過焙燒的，常常在經(jīng)過簡單加工之后便可以用以建筑。生土經(jīng)常在經(jīng)過居民們的簡單加工后便可以使用，由于其所具有的就地取材，低耗能低污染等特點(diǎn)而被廣為使用，但生土建筑抗震性能極差，地震時(shí)很容易造成巨大的破壞。在當(dāng)前生態(tài)文明環(huán)境的建設(shè)之下，為了提高本土生態(tài)文明特色，對(duì)一些生土建筑進(jìn)行加固便有著重要意義。

2 生土建筑的概況

和現(xiàn)代鋼筋混凝土為原材料所建立的高樓大廈相比較，生土建筑無論從取材或是筑建方面都顯得十分便捷簡單。其中，生土建筑體現(xiàn)了人類千百年間對(duì)于地域氣候和生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)與改變，是最原始、最具生態(tài)理念的建筑。經(jīng)過具體調(diào)查得出大部分的生土建筑住宅空間十分有限，采光性能也并不強(qiáng)，最重要的是其抗震性能和防水性能極差，在這樣的條件下，生土建筑逐漸被居民們所放棄，去追尋更穩(wěn)固、安全的現(xiàn)代建筑。生土建筑的建造技藝學(xué)習(xí)主要依靠坊間居民口口相傳，沒有相應(yīng)的書籍和資料記載過生土建筑的建筑方式與工法技藝?，F(xiàn)代社會(huì)發(fā)展速度飛速，生土建筑的工法技藝也正在現(xiàn)代高樓大廈的包圍之下悄然消失。由于生土建筑的施工特點(diǎn)與取材便捷，其有利于建設(shè)穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境，在很大程度上非常符合我國當(dāng)前所大力支持的低碳環(huán)保建設(shè)。生土材料中所包含著的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱惰性具有調(diào)節(jié)溫度的作用，保溫性能比較突出的地方在于墻和窗戶等圍護(hù)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠?yàn)榫用裉峁┒臎龅木幼…h(huán)境。這種在現(xiàn)代看來相對(duì)古老的建筑卻擁有著超人的智慧和創(chuàng)造力，十分具有生態(tài)環(huán)保潛能。

3 各個(gè)類型生土建筑抗震結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)生土建筑的承重結(jié)構(gòu)和承重方式，可以對(duì)比較常見的幾種生土建筑進(jìn)行分類劃分。目前較為常見的生土建筑結(jié)構(gòu)可以分為以下五種類型，木架承重型生土建筑、墻體承重型生土建筑、混合承重型生土建筑、窯洞以及土坯拱房。這些類型的生土建筑分布在全國各地，其中混合承重型生土建筑在寧夏銀川平原一帶出現(xiàn)的比較多且普遍，而且相對(duì)的建筑范圍分布十分廣泛。相對(duì)的，南部一些山區(qū)出現(xiàn)的生土建筑一般為窯洞或者墻體承重型生土建筑。下面以此五種類型為主，展開介紹。

3.1 木架承重型生土建筑

梁和柱在一般情況下是木架承重型生土建筑的支撐材料，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間所支撐的穩(wěn)定程度和牢固程度直接決定了木架承重型生土建筑的承重能力和抗震能力。如果想要使得生土建筑橫面抗震性能增加，那么最好選擇穿斗木架結(jié)構(gòu)。因?yàn)榇┒纺炯芙Y(jié)構(gòu)所具有的韌性與柔軟材質(zhì)都有非常良好的抗震作用。在大部分生土建筑中經(jīng)常使用到的原材料為黃土，其黏合性較差，與梁和柱結(jié)合的部位缺少一定的黏合措施與抗震構(gòu)造。所以當(dāng)?shù)卣饡r(shí)受力方向以豎向?yàn)橹鲿r(shí)，墻體便會(huì)感受到壓力，產(chǎn)生水平裂痕或直接斷裂，如果振幅過大，還會(huì)產(chǎn)生墻體坍塌等情況的發(fā)生。當(dāng)墻體在地震過程中多受到的壓力為水平線，那么在地震的壓力之下墻頭便很容易產(chǎn)生“X”形的裂痕，若是墻體所受到的壓力過大時(shí)，墻體便會(huì)產(chǎn)生45°的斜裂縫，嚴(yán)重的情況下還會(huì)產(chǎn)生墻角內(nèi)扇及隔墻閃落等更具危險(xiǎn)程度的情況。而部分地區(qū)會(huì)由于木材缺少的情況產(chǎn)生，所以便無法構(gòu)建木架承重型生土建筑。

3.2 墻體承重型生土建筑

生土建筑的墻體承受了整個(gè)建筑的重量和壓力，這樣的建筑類型一般稱為墻體承重型生土建筑，在大部分墻體承重生土建筑中，屋頂?shù)慕ㄔO(shè)材料一般都是采用梁或者檁條支撐的，所以對(duì)于荷載的重量十分集中。墻體承重能力的穩(wěn)定和牢固程度都有著加強(qiáng)墻體承重型生土建筑的抗震性能的作用，而墻體的穩(wěn)定強(qiáng)度與其建造的材料和工藝有著很大關(guān)系。在生土建筑施工之前，首先要選取合適的施工材料，若想保證生土建筑抗震性能強(qiáng)，必須在其修建工藝上采取更為細(xì)致的建造手法。為了使墻體建筑材料的黏合性夠強(qiáng)，南方一些地區(qū)居民在修建生土建筑時(shí)便會(huì)在材料中添加糯米，以此來增加建筑承重墻體的黏性和抗震能力。因此提高生土建筑材料的黏合性與抗壓性能對(duì)墻體承重型生土建筑來說，有著非常重要的作用。

3.3 混合承重型生土建筑

混合承重型生土建筑是指屋頂?shù)慕ㄔ旆绞绞怯赡炯艹兄匦蜕两ㄖY(jié)構(gòu)與墻體承重生土建筑結(jié)構(gòu)等幾種不同類型的構(gòu)造方式所結(jié)合起來的。混合型承重生土建筑同時(shí)具有了木架建筑結(jié)構(gòu)與墻體承重結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，但在真正遇到地震的時(shí)候反倒是其進(jìn)行結(jié)合連接之處最先容易遭受到破壞，它們的連接點(diǎn)抗震能力極差，所以如果想加強(qiáng)混合承重型生土建筑的抗震能力，便可以從其結(jié)合之處切入，以修建更加穩(wěn)固的結(jié)合點(diǎn)為目的進(jìn)行相關(guān)研究，只要解決掉這一點(diǎn)，混合承重型生土建筑便是抗震能力比較強(qiáng)的一種結(jié)構(gòu)。

3.4 窯洞

窯洞的建造方式相對(duì)其他來說較為簡便，以土體挖空的形式來將一個(gè)完整的窯洞挖出來，從而產(chǎn)生室內(nèi)空間。也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，導(dǎo)致其抗震能力很差，在1920年的海原地震中，窯洞的坍塌率升到了百分之七十。窯洞的前半段也就是窯洞臉，由于其缺少充足的支撐能力，坍塌的幾率比較大，對(duì)窯洞的窯臉和前端位置進(jìn)行加固，能夠直接保證其抗震性能轉(zhuǎn)為穩(wěn)定，這兩個(gè)位置是窯洞保持穩(wěn)定的關(guān)鍵位置。窯洞分布比較集中的地方在南海地區(qū)，由于窯洞所具有造價(jià)低廉，結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，在一段時(shí)間內(nèi)較為流行，成了大部分西海居民的首選建筑。

3.5 土坯拱房

土坯拱房是通過拱腳與墻壁之間的作用力將房頂支撐起來的，房頂?shù)暮奢d重量也來自于此。拱頂所具有的垂直作用力和側(cè)推力是墻體能夠穩(wěn)定的原因，一般情況下，墻體最需要的便是穩(wěn)定性，墻體的基礎(chǔ)穩(wěn)定性能基本決定了最終建筑的抗震性能好壞。

4 生土建筑抗震構(gòu)造措施

4.1 不同類型的生土建筑擁有不同的側(cè)重點(diǎn)

木架承重型生土建筑能夠擁有支撐力的原因是靠加強(qiáng)墻體與梁柱，一般施工者都會(huì)使用鋼絲網(wǎng)和柳條來為支撐點(diǎn)進(jìn)行加固，由于可以看出生土建筑在很多時(shí)候都是以一個(gè)有機(jī)的整體而存在的?？吭O(shè)置圈梁和構(gòu)造柱來增加墻體承重型生土建筑抗震和支撐，這樣的方式有利于加強(qiáng)墻體的黏合程度，在面對(duì)地震時(shí)也不會(huì)像其他沒有構(gòu)造的生土建筑一樣脆弱。除此之外，若想加強(qiáng)墻體黏合度，還可以通過在土中加入雜草碎渣或者黏性增強(qiáng)劑，這種方式可以增加墻體的整體黏合程度?；旌辖Y(jié)構(gòu)生土建筑的建造方式與其他幾種相差不大，可以在門洞或者窗戶的位置設(shè)置過梁。最后一種生土建筑是土坯拱房，土坯拱房在建設(shè)時(shí)主要依靠加強(qiáng)墻體與拱形屋頂?shù)倪B接強(qiáng)度，在建造過程中，可以采用鋼筋等材料進(jìn)行構(gòu)建，并減輕屋頂荷載量，設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱。

4.2 具體部位的構(gòu)建措施和要求

關(guān)于宅基地的選擇方式最好采用科學(xué)的方式來進(jìn)行，居民在選擇之前要先根據(jù)地區(qū)地域特征和地質(zhì)情況進(jìn)行分析，再選擇出最適合建造房屋的位置。以寧夏地區(qū)為例，寧夏一帶的土質(zhì)是典型的失陷性黃土地質(zhì)地帶，根據(jù)這一特點(diǎn)，在進(jìn)行房屋建設(shè)時(shí)最好能夠選擇在平坦堅(jiān)實(shí)的黃土塬中，并且需要地區(qū)能夠正常用水排水。此外，在關(guān)于地基的選擇方面要注意選擇堅(jiān)實(shí)的土質(zhì)以保證生土建筑的穩(wěn)定性。采用地圈梁的形式可以建設(shè)出更好的地基質(zhì)量，對(duì)于基礎(chǔ)條件有著非常重要的穩(wěn)定作用，防止基礎(chǔ)地基的不均勻沉降而對(duì)建筑造成一定的損失和傷害。如果經(jīng)濟(jì)預(yù)算較低，可以采用毛石、卵石為基礎(chǔ)材料，在確定建筑寬度時(shí)，最好不要將寬度定得過小。房屋基礎(chǔ)外表面可以做防水處理，以延長其使用壽命，保證房屋不被侵蝕。

4.3 結(jié)構(gòu)體系

生土建筑的平面布局一般都是以規(guī)整想左右式房屋為主，均衡性和完整性是建設(shè)生土建筑時(shí)需要保證的結(jié)構(gòu)，生土建筑不適合建造多層，也不能有過多的凸出和復(fù)雜結(jié)構(gòu)。生土建筑墻體厚度也有一定的要求，其外墻厚度要在400mm以上，內(nèi)墻厚度也要在250mm以上，房屋的結(jié)構(gòu)建造以及總高度不同，所參考的房屋層高取值也有所不同。在進(jìn)行房屋建筑時(shí)，需要保證單層房建高度不應(yīng)超過4m，若高度超過這個(gè)數(shù)值，那么很容易造成建筑抗壓能力不穩(wěn)定。墻體的抗震能力可以通過抗震加固來實(shí)現(xiàn)，需要作為關(guān)鍵點(diǎn)的便是墻體的約束力，地震時(shí)墻體會(huì)受到很大的拉扯力從而會(huì)產(chǎn)生墻體裂縫或坍塌，這時(shí)之前所提供的墻體約束力便能很好地對(duì)劇烈晃動(dòng)的墻里起到穩(wěn)固牽扯的作用。除了墻體約束力，圈梁也是施工過程中可以加入其中的構(gòu)造之一，將其應(yīng)用至生土建筑中，也能十分有效地增強(qiáng)房屋的抗震性能。

4.4 墻體及各構(gòu)建間的構(gòu)造措施

構(gòu)造柱的存在能夠在地震來臨時(shí)起到延緩房屋開裂的產(chǎn)生，在墻體的承載力達(dá)到了一定程度之后便可以產(chǎn)生房體塑型作用。構(gòu)造柱的設(shè)置可以使普通墻體具有延伸性，延長墻體破壞時(shí)間。另外，構(gòu)造柱可以在墻體受到侵蝕時(shí)起到支撐作用，在進(jìn)行房屋建造時(shí)最好不要采用容易受到風(fēng)雨侵蝕的構(gòu)造柱，最好選擇其他質(zhì)量更佳的構(gòu)造柱來進(jìn)行建造，以此來提升生土建筑墻體的耐久性。構(gòu)造柱與墻體進(jìn)行連接時(shí)所接觸的部位為連接點(diǎn)，連接點(diǎn)可以使用鋼筋或者荊條來進(jìn)行構(gòu)造。墻體內(nèi)1000mm 的位置為加固最佳位置，可以將鋼筋或荊條筑入其中，也可以起到加固的作用。墻體內(nèi)部水平和豎直方向的加強(qiáng)可以通過采用竹子、藤條、蘆草、鋼絲網(wǎng)等各種類型的材料來進(jìn)行，從而提高生土建筑的抗震性能。

5 結(jié)束語

作為一種傳統(tǒng)的民居，生土建筑工程在我國一些城鎮(zhèn)仍有所存在，目前生土建筑在國內(nèi)外皆有所研究并且也取得了一定的研究成果，但我國一些偏遠(yuǎn)山村對(duì)于生土建筑防震知識(shí)還是沒有普及到。對(duì)于這種情況可以進(jìn)行系統(tǒng)化的規(guī)范研究，再由專業(yè)人員深入至未完善防震裝置的地區(qū)進(jìn)行防震知識(shí)傳授。在生態(tài)文明建設(shè)背景下，對(duì)于抗震性能較差的生土建筑房屋進(jìn)行抗震加強(qiáng)是具有深刻意義的，只要采取科學(xué)的方式建設(shè)生土建筑，完全可以滿足抗震需求，對(duì)于居民的安全居住起到了十分重要的作用。