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，在中式可持續發展的今天，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保性能讓這一古老的建筑形式又重新煥發了活力。本文對生土建筑的歷史、生土建筑的材料改性、生土建筑的抗震及力學性能、生土建筑的熱濕性能的研究成果及試驗分析方法進行綜述，介紹現有生土建筑相關法規，為我國生土建筑的研究提供參考。

一、國內生土建筑的歷史

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

在有據可依的古遺址里，最早的可以上溯到半坡時期的遺址里面有著大量的夯土遺存。我國至今仍留存大量的夯土民居和城墻遺址。長城、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。

生土夯就的世界文化遺產——福建土樓，閩西南地區利用未經加工的生土，夯筑承重墻壁所構筑的聚落和防衛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，就地取材料營造的交河古城，以及舉世聞名的長城——在整個西部地區，包括嘉峪關在內的許多長城，里面的芯都是采用夯土建造。

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

二、國內生土建筑的研究現狀

（一）國內生土建筑的研究

1.國內生土建筑研究現狀

近年來，生土材料引起了學術界和公眾的廣泛關注。以劉加平院士為主導的西安建筑科技大學建筑技術科學研究所，主要研究生土建筑物理環境，近年來發表《西部生土民居建筑的再生設計研究——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民居再生》、《秦嶺山地生土民居氣候適應性再生研究》、《黃土高原新型窯居建筑》等多篇科研論文，填補了大量生土建筑物理環境研究方面的空白。

國內對夯土的實踐也越來越多，如張永和的長城腳下的公社、王澍的水岸山居等，任衛中的安吉生態民居、吳恩融的毛寺村生態小學和馬鞍橋災后重建的村民活動中心、穆鈞的馬岔村村民活動中心等結合生土的地域性和生態性，以及農村發展對生活舒適性需求的提高，在傳統生土建筑改良與優化基礎上推廣現代夯土建造技術。

2.國內生土材料性能的研究

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

西安建筑科技大學的尚建麗等人在陜西商洛和云南永仁開展了生土改性研究。結果表明，當單一水泥用量為5%時，生土的抗壓強度可以從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于加入一定量粉煤灰的效果。水泥對生土墻性能的影響不如單一改性劑那么明顯，改性劑的優選組成為一定量級配的石灰，石膏和礦渣，其總含量為15%。

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

3.國內生土建筑結構的抗震性能

中國是地震頻發的國家。生土結構的抗震性能的提升對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鍵因素用圈梁對墻體進行拉結，是最有效的加固措施之一。長安大學的王毅紅長期致力于生土建筑的修復和加固。她研究指出周圍的約束對生土墻的延展性具有重要影響。王毅紅等通過實驗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程，抗剪強度和變形性能。還證明了承重夯土墻在反復的低水平水平荷載作用下主要經歷剪切破壞，并且一般經歷彈性，彈塑性和破壞三個階段。分析了構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，并指出了設計、施工和施工中應注意的一些問題。設計了墻體抗剪承載力計算公式。盡管由圈梁和構造柱形成的框架系統并不能大大提高生土墻的承載能力，但可以有效地增強墻體的變形能力并延遲墻體的破壞。王沖鋒等研究實驗通過向生土墻體中加入草繩以提升墻體的抗震能力，結果表明內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，已經設計了一系列新型的生土結構并將其成功地用于實際項目的建設中，這將促進中國生土建筑的發展。

4.國內生土材料的熱濕性能

我國對生土建筑室內熱環境的研究研究方法一般是基于冬季和夏季對生土和磚混住宅的室內熱環境的比較分析。

西安建筑科技大學建筑技術科學研究所系統研究了外圍護結構墻體的傳熱傳濕性能，對生土建筑室內濕熱環境進行了大量的分析測試，提出外圍護墻體表面質交換系數的試驗測試方法。通過對試驗塊質量與生土土壤表面吸濕除濕過程的時間過程之間關系的相關實驗，確定了生土表面的吸濕解吸過程。質量交換系數對研究陜西其他住宅的室內熱濕環境也具有參考價值。

5.國內生土建筑相關標準、規程

超過60年的生土結構的研究成果，尤其是近年來的研究成果，已被納入許多頒布的技術法規中。

《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010）是中國房屋建筑抗震設防的國家標準。它詳細解釋了生土結構的應用范圍，針對各種類型的生土建筑的附加抗震施工措施以及施工要點。為生土結構的施工提供了指導作用。

三、結語

當下，我們不能以傳統保護的名義要求村民們仍住在過去的傳統民居中;也不應完全否定傳統技術，只利用現代建筑材料去做模式化的新農村建設。在全球化并且越來越注重可持續發展的今天，我們應該充分考慮建筑的地域性，利用當地的氣候、地貌、潛在的材料資源等自然條件，再借以當下的科技能力和經濟實力，探尋最適宜的能夠傳承生土建筑的智慧。

參考文獻

[1]劉軍，盛國東，劉宇.固化劑摻量對生土墻體材料性能的影響[J].沈陽建筑大學學報：自然科學版，2010.