生態文明建設背景下我國生土建筑抗震性能研究

鄧金鵬

甘肅工業職業技術學院

1 引言

在傳統的村落或偏遠城鎮中，生土建筑是比較傳統的建筑方式，用以進行建筑的原材料生土是沒有經過焙燒的，常常在經過簡單加工之后便可以用以建筑。生土經常在經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而被廣為使用，但生土建筑抗震性能極差，地震時很容易造成巨大的破壞。在當前生態文明環境的建設之下，為了提高本土生態文明特色，對一些生土建筑進行加固便有著重要意義。

2 生土建筑的概況

和現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，生土建筑體現了人類千百年間對于地域氣候和生態環境的適應與改變，是最原始、最具生態理念的建筑。經過具體調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，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，去追尋更穩固、安全的現代建筑。生土建筑的建造技藝學習主要依靠坊間居民口口相傳，沒有相應的書籍和資料記載過生土建筑的建筑方式與工法技藝。現代社會發展速度飛速，生土建筑的工法技藝也正在現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與取材便捷，其有利于建設穩定的生態環境，在很大程度上非常符合我國當前所大力支持的低碳環保建設。生土材料中所包含著的圍護結構熱惰性具有調節溫度的作用，保溫性能比較突出的地方在于墻和窗戶等圍護結構，這種結構能夠為居民提供冬暖夏涼的居住環境。這種在現代看來相對古老的建筑卻擁有著超人的智慧和創造力，十分具有生態環保潛能。

3 各個類型生土建筑抗震結構特征

根據生土建筑的承重結構和承重方式，可以對比較常見的幾種生土建筑進行分類劃分。目前較為常見的生土建筑結構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的比較多且普遍，而且相對的建筑范圍分布十分廣泛。相對的，南部一些山區出現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，各個節點之間所支撐的穩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構。因為穿斗木架結構所具有的韌性與柔軟材質都有非常良好的抗震作用。在大部分生土建筑中經常使用到的原材料為黃土，其黏合性較差，與梁和柱結合的部位缺少一定的黏合措施與抗震構造。所以當地震時受力方向以豎向為主時，墻體便會感受到壓力，產生水平裂痕或直接斷裂，如果振幅過大，還會產生墻體坍塌等情況的發生。當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生“X”形的裂痕，若是墻體所受到的壓力過大時，墻體便會產生45°的斜裂縫，嚴重的情況下還會產生墻角內扇及隔墻閃落等更具危險程度的情況。而部分地區會由于木材缺少的情況產生，所以便無法構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，屋頂的建設材料一般都是采用梁或者檁條支撐的，所以對于荷載的重量十分集中。墻體承重能力的穩定和牢固程度都有著加強墻體承重型生土建筑的抗震性能的作用，而墻體的穩定強度與其建造的材料和工藝有著很大關系。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，必須在其修建工藝上采取更為細致的建造手法。為了使墻體建筑材料的黏合性夠強，南方一些地區居民在修建生土建筑時便會在材料中添加糯米，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的建造方式是由木架承重型生土建筑結構與墻體承重生土建筑結構等幾種不同類型的構造方式所結合起來的。混合型承重生土建筑同時具有了木架建筑結構與墻體承重結構的優點，但在真正遇到地震的時候反倒是其進行結合連接之處最先容易遭受到破壞，它們的連接點抗震能力極差，所以如果想加強混合承重型生土建筑的抗震能力，便可以從其結合之處切入，以修建更加穩固的結合點為目的進行相關研究，只要解決掉這一點，混合承重型生土建筑便是抗震能力比較強的一種結構。

3.4 窯洞

窯洞的建造方式相對其他來說較為簡便，以土體挖空的形式來將一個完整的窯洞挖出來，從而產生室內空間。也正是因為這個原因，導致其抗震能力很差，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，對窯洞的窯臉和前端位置進行加固，能夠直接保證其抗震性能轉為穩定，這兩個位置是窯洞保持穩定的關鍵位置。窯洞分布比較集中的地方在南海地區，由于窯洞所具有造價低廉，結構簡單等特點，在一段時間內較為流行，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，房頂的荷載重量也來自于此。拱頂所具有的垂直作用力和側推力是墻體能夠穩定的原因，一般情況下，墻體最需要的便是穩定性，墻體的基礎穩定性能基本決定了最終建筑的抗震性能好壞。

4 生土建筑抗震構造措施

4.1 不同類型的生土建筑擁有不同的側重點

木架承重型生土建筑能夠擁有支撐力的原因是靠加強墻體與梁柱，一般施工者都會使用鋼絲網和柳條來為支撐點進行加固，由于可以看出生土建筑在很多時候都是以一個有機的整體而存在的。靠設置圈梁和構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墻體的黏合程度，在面對地震時也不會像其他沒有構造的生土建筑一樣脆弱。除此之外，若想加強墻體黏合度，還可以通過在土中加入雜草碎渣或者黏性增強劑，這種方式可以增加墻體的整體黏合程度。混合結構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置過梁。最后一種生土建筑是土坯拱房，土坯拱房在建設時主要依靠加強墻體與拱形屋頂的連接強度，在建造過程中，可以采用鋼筋等材料進行構建，并減輕屋頂荷載量，設置圈梁和構造柱。

4.2 具體部位的構建措施和要求

關于宅基地的選擇方式最好采用科學的方式來進行，居民在選擇之前要先根據地區地域特征和地質情況進行分析，再選擇出最適合建造房屋的位置。以寧夏地區為例，寧夏一帶的土質是典型的失陷性黃土地質地帶，根據這一特點，在進行房屋建設時最好能夠選擇在平坦堅實的黃土塬中，并且需要地區能夠正常用水排水。此外，在關于地基的選擇方面要注意選擇堅實的土質以保證生土建筑的穩定性。采用地圈梁的形式可以建設出更好的地基質量，對于基礎條件有著非常重要的穩定作用，防止基礎地基的不均勻沉降而對建筑造成一定的損失和傷害。如果經濟預算較低，可以采用毛石、卵石為基礎材料，在確定建筑寬度時，最好不要將寬度定得過小。房屋基礎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 結構體系

生土建筑的平面布局一般都是以規整想左右式房屋為主，均衡性和完整性是建設生土建筑時需要保證的結構，生土建筑不適合建造多層，也不能有過多的凸出和復雜結構。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，內墻厚度也要在250mm以上，房屋的結構建造以及總高度不同，所參考的房屋層高取值也有所不同。在進行房屋建筑時，需要保證單層房建高度不應超過4m，若高度超過這個數值，那么很容易造成建筑抗壓能力不穩定。墻體的抗震能力可以通過抗震加固來實現，需要作為關鍵點的便是墻體的約束力，地震時墻體會受到很大的拉扯力從而會產生墻體裂縫或坍塌，這時之前所提供的墻體約束力便能很好地對劇烈晃動的墻里起到穩固牽扯的作用。除了墻體約束力，圈梁也是施工過程中可以加入其中的構造之一，將其應用至生土建筑中，也能十分有效地增強房屋的抗震性能。

4.4 墻體及各構建間的構造措施

構造柱的存在能夠在地震來臨時起到延緩房屋開裂的產生，在墻體的承載力達到了一定程度之后便可以產生房體塑型作用。構造柱的設置可以使普通墻體具有延伸性，延長墻體破壞時間。另外，構造柱可以在墻體受到侵蝕時起到支撐作用，在進行房屋建造時最好不要采用容易受到風雨侵蝕的構造柱，最好選擇其他質量更佳的構造柱來進行建造，以此來提升生土建筑墻體的耐久性。構造柱與墻體進行連接時所接觸的部位為連接點，連接點可以使用鋼筋或者荊條來進行構造。墻體內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。墻體內部水平和豎直方向的加強可以通過采用竹子、藤條、蘆草、鋼絲網等各種類型的材料來進行，從而提高生土建筑的抗震性能。

5 結束語

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