生土建筑研究進(jìn)展

張?jiān)訇?/p>

生土建筑，顧名思義，就是指以生土材料為建筑主體材料的建筑。生土建筑歷史悠久，分布十分廣泛。時(shí)至如今，全世界近70億人口仍有超過三分之一居住在生土建造的房子里，在發(fā)展中國家甚至超過了二分之一。生土是最古老的建筑材料，也是最基礎(chǔ)的建筑材料。同樣，我國仍現(xiàn)存大量的生土建筑，其主要分布于黃土高原地區(qū)（山西、陜西、甘肅）、青藏高原地區(qū)（西藏、青海）、西南地區(qū)（四川、云南）以及華南地區(qū)（福建、江西、廣東）。

生土材料在不同的地域形成了多種多樣的表現(xiàn)形式，按照不同的加工和操作方法進(jìn)行歸類，在國際上有一個(gè)通用的分類方法，可以將其分為十二個(gè)大類，共十八種具體的建造方式，其中夯土建筑數(shù)量占生土建筑相當(dāng)大一部分比重。

夯土建筑作為一種傳統(tǒng)的民居形式，具備許多優(yōu)點(diǎn)。夯土所用的生土可就地取材，施工簡(jiǎn)便，成本低廉;生土材料無需進(jìn)行深加工且基本無運(yùn)輸成本，可以大大節(jié)約生產(chǎn)能源消耗，且對(duì)自然環(huán)境無污染;生土材料亦可循環(huán)再利用或是回歸大自然，最大限度地減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。并且，夯土建筑的熱工性能優(yōu)異，夯土墻體厚重密實(shí)，可用于室內(nèi)外結(jié)構(gòu)承載、圍護(hù)或分隔構(gòu)件，亦可作為熱工性能調(diào)節(jié)的重要構(gòu)件。利用夯土墻的低傳熱性、高蓄熱性和吸濕特性，有助于保溫隔熱，延遲并減小室內(nèi)溫度的波動(dòng)，調(diào)節(jié)空氣濕度，達(dá)到舒適的室內(nèi)熱環(huán)境，大大減少冬季采暖和夏季降溫的能耗，是天然的“空調(diào)”。此外，夯土建筑所用的生土材料也是理想的防火材料。

然而，運(yùn)用傳統(tǒng)夯筑方法所建造的房屋也存在著不可避免的缺陷。夯土墻體所用的土體材料強(qiáng)度低，在極限荷載作用下常發(fā)生脆性破壞。土體的防水、防潮性能也較弱，容易發(fā)生風(fēng)蝕剝落、墻根鹽蝕等破壞，致使耐久性差。傳統(tǒng)的夯土民居大多存在于我國的貧困農(nóng)村地區(qū)，房屋在建造過程中，土料選取隨意，也不注意控制含水率，夯筑工具簡(jiǎn)陋，導(dǎo)致夯擊能量不足，這些施工的質(zhì)量問題會(huì)使房屋安全性能大打折扣。再者，農(nóng)村建房大多為農(nóng)民自籌自建，沒有經(jīng)過正規(guī)的設(shè)計(jì)，再加上農(nóng)民抗震意識(shí)淡薄，房屋基本上沒有任何抗震構(gòu)造措施，房屋整體性往往較差。

現(xiàn)代夯土建筑就是針對(duì)傳統(tǒng)夯土建筑中所存在的夯土材料性能差、夯筑工具簡(jiǎn)陋、夯筑施工質(zhì)量不過關(guān)和缺乏必要的專業(yè)設(shè)計(jì)等缺點(diǎn)，對(duì)夯土材料性能進(jìn)行改良，同時(shí)運(yùn)用現(xiàn)代化建造工藝并結(jié)合專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同步提升夯土建筑安全性能。本文在基本保證夯土建筑生態(tài)環(huán)保這一優(yōu)勢(shì)的前提下，對(duì)夯土材料性能優(yōu)化，以提高其抗壓強(qiáng)度為目標(biāo)，針對(duì)性地對(duì)夯土材料的改良機(jī)理、配合比進(jìn)行研究，通過不同改性配比的夯土墻體材料的立方體抗壓性能試驗(yàn)與棱柱體軸心抗壓性能試驗(yàn)，對(duì)比不同配比的試驗(yàn)現(xiàn)象以及數(shù)據(jù)分析，了解其破壞機(jī)理，為后期的試驗(yàn)研究提供一定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累。

夯土建筑就是采用自然的生土材料，通過夯擊技術(shù)密實(shí)土體來建造的房屋。隨著十九世紀(jì)現(xiàn)代化工業(yè)的快速發(fā)展，夯土建筑逐漸淡出了人們的視野，取而代之的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑與鋼結(jié)構(gòu)建筑，而這些現(xiàn)代化建筑在建造過程中所需要大量的混凝土、鋼材等建筑材料則要消耗大量的自然資源和能源，同時(shí)還產(chǎn)生大量的廢水、廢氣、廢渣等污染物。直到二十世紀(jì)七十年代的第一次全球能源危機(jī)，隨著人們生態(tài)保護(hù)意識(shí)的提升，夯土建筑憑借其自身綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，使得人們開始重新審視夯土建筑。自二十世紀(jì)八十年代以來，歐美發(fā)達(dá)國家越來越重視夯土建筑，陸續(xù)有大量以夯土為主題的公共建筑問世，即使是科技發(fā)達(dá)的今天，夯土建筑在現(xiàn)代建筑中仍扮演著重要角色。

我國是一個(gè)歷史悠久的國家，生土建筑作為最古老的傳統(tǒng)建筑之一在我國一直有著延續(xù)與發(fā)展。從原始的板筑城垣到萬里長城，從穴居窯洞到福建土樓，這些都離不開夯土技術(shù)。然而，由于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡，城市發(fā)展與鄉(xiāng)村發(fā)展差距被拉大，城市里現(xiàn)代化的高樓大廈與鄉(xiāng)村里的簡(jiǎn)陋土房形成鮮明對(duì)比，夯土建筑在我國近乎成為了貧窮落后的代名詞，現(xiàn)存大量的夯土建筑，主要分布于黃土高原、青藏高原、川西、滇北以及閩粵的農(nóng)村貧困地區(qū)。

從上世紀(jì)八十年代，我國開始重視與保護(hù)這些傳統(tǒng)夯土建筑，但主要是從歷史建筑保護(hù)和文化傳承的角度來研究。近年來，我國大力發(fā)展科技創(chuàng)新，積極發(fā)展綠色建筑與節(jié)能建筑，促進(jìn)建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)和環(huán)境友好型社會(huì)。在我國高速城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中，探索和發(fā)掘中國傳統(tǒng)民居中的綠色建筑經(jīng)驗(yàn)，有效合理利用自然資源，減少不必要的能源消耗是我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針的重要途徑。夯土建筑作為我國傳統(tǒng)民居的重要組成部分，仍可用于解決人們的居住問題。大力發(fā)展夯土建筑，一方面可以解決人民群眾的住房條件，另一方面也是對(duì)我國地域文化進(jìn)行的有效保護(hù)。

夯土建筑盡管綠色環(huán)保，但也面臨著許許多多的問題：

（1）夯土材料自身的材料強(qiáng)度低以及耐久性差。我國幅員遼闊，受地域、氣候因素的影響，全國各地所用的土料不盡相同，但通病就是材料強(qiáng)度低，延性很差，地震時(shí)夯土墻體容易出現(xiàn)受壓破壞。土體的耐久性差，一方面表現(xiàn)在夯土墻體在干燥過程中的干縮現(xiàn)象，干燥速度越快，干縮裂縫越大，容易造成土體的內(nèi)部空腔和墻體的變形;另一方面表現(xiàn)在雨水的侵蝕致使墻體吸水膨脹產(chǎn)生土體剝離，以及墻體根部容易堿蝕剝落。

（2）施工工藝粗糙落后。夯土建筑大多存在于我國農(nóng)村地區(qū)，工匠水平參差不齊，但整體水平偏低。在房屋夯筑過程中，一是土料選取隨意，不加篩選，導(dǎo)致土料內(nèi)含有大量雜質(zhì);二是夯筑工具簡(jiǎn)陋，造成墻體夯筑密實(shí)度不夠;三是土料的含水率沒有進(jìn)行嚴(yán)格控制，水分偏少則土體粘結(jié)度不夠，水分偏多則墻體干縮裂縫較多;四是夯筑后不注意墻體的養(yǎng)護(hù)，夯筑后直接暴曬，致使墻體出現(xiàn)嚴(yán)重的干縮裂縫。這些不足極易造成安全隱患。

（3）缺乏專業(yè)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，房屋整體結(jié)構(gòu)松散。夯土民居大多為農(nóng)民自籌自建，其防災(zāi)減災(zāi)的安全意識(shí)淡薄，房屋基本上沒有任何抗震構(gòu)造措施，墻體內(nèi)沒有設(shè)置圈梁與木柱，縱橫墻體之間也缺乏必要連接，在地震作用下，極易出現(xiàn)墻體外閃、滑移，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成整體倒塌。

綜上所述，夯土建筑雖然節(jié)能環(huán)保，居住舒適，但是由于其力學(xué)性能較差，防水、耐久性欠缺，再加上夯土民居多以農(nóng)民自建，缺乏專業(yè)技術(shù)的支持，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體較差，房屋抗震性能較弱，歷次地震破壞非常嚴(yán)重，難以滿足現(xiàn)代人們的居住需求。如何有效地?fù)P長避短，通過技術(shù)改良，提升夯土建筑的安全性能，是現(xiàn)代夯土建筑所面臨的問題。

現(xiàn)代夯土建筑就是針對(duì)傳統(tǒng)夯土建筑其力學(xué)性能較差，防水、耐久性欠缺，整體結(jié)構(gòu)松散，房屋抗震性能較差的缺陷，運(yùn)用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)手段來改善這些不足?，F(xiàn)代夯土建筑的發(fā)展并不是對(duì)傳統(tǒng)夯土建筑的全面否定，而是對(duì)其取長補(bǔ)短。運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，因地制宜，就地取材，繼續(xù)發(fā)揮其材料本身蓄能隔熱、與自然環(huán)境協(xié)調(diào)、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)針對(duì)性地對(duì)施工工藝進(jìn)行提升、結(jié)合科學(xué)專業(yè)的規(guī)范設(shè)計(jì)以及對(duì)夯土材料進(jìn)行改良，這是現(xiàn)代夯土建筑發(fā)展的主要方向。

（作者單位：西安建筑科技大學(xué)）