現(xiàn)代生土建筑的發(fā)展與應(yīng)用分析

徐培原

（江西省修水縣建筑設(shè)計院）

現(xiàn)代生土建筑的發(fā)展與應(yīng)用分析

徐培原

（江西省修水縣建筑設(shè)計院）

本文初步分析了生土建筑的材料和建造工藝，同時對現(xiàn)代生土建筑進行了案例分析，可以看出生土建筑具有節(jié)能、環(huán)保、低價等優(yōu)勢，對我國建筑發(fā)展具有重要意義。

環(huán)保；節(jié)能；低價

1 引言

生土材料，指以原狀生土為主要原料，無需焙燒僅需簡單加工便可用于房屋建造的建筑材料，其傳統(tǒng)形式包括夯土、土坯、泥磚、草泥、屋面覆土、灰土等。以生土作為主體結(jié)構(gòu)材料的房屋通常被稱為生土建筑。從與木材一樣，生土在我國傳統(tǒng)建筑中，有數(shù)千年的歷史，分布范圍也十分廣泛，包括：黃土高原窯洞、福建客家土樓、新疆維族土坯屋、甘南藏族碉樓、云南白族掌房等，生土建筑因各地氣候不同而發(fā)展出了不同的形式。受材料本身的特點限制及隨工業(yè)化發(fā)展和人們的觀念變化等原因，人們在建造過程中已經(jīng)很少使用這一材料。

2 生土材料的特性

隨著20世紀70年代以后環(huán)境污染的加劇和能源危機的出現(xiàn)，80年代“可持續(xù)發(fā)展”的思想逐步形成，人們開始關(guān)注生土這一無污染、低能耗的材料：無污染指的是材料來源于土壤，加工過程無污染，且可自然回收；而能耗低是指生土材料可以蓄熱形成建筑自身的小氣候，自我調(diào)節(jié)，從而可以有效減少在使用過程中的能耗。

法國是國際上進行生土材料現(xiàn)代化研究最早的國家，而后澳大利亞、新西蘭、美國等國家也開始對此進行研究，現(xiàn)在對于生土的開發(fā)優(yōu)化已形成一套完整的體系。我國在80年代也設(shè)立了生土研究機構(gòu)，在住建部的領(lǐng)導下，通過引進國外理論，在生產(chǎn)過程中有效克服了傳統(tǒng)生土建筑在防水、耐久和抗震等方面的缺陷，并在國內(nèi)進行了一系列生土建筑的示范性建設(shè)。生土材料已經(jīng)成為國際上公認的實現(xiàn)綠色建筑生態(tài)性價比最高的建筑材料之一，在世界各地各種類型的建筑（包括住宅、教堂、酒店等）中均有被采用的案例，其造價低、高節(jié)能、低技術(shù)等特點，對于我國有重要的推廣價值。

2.1 生土建筑材料及其組成

圖1

生土材料(earthen materials)主要由淤泥、粘土、沙子、砂礫這四大類組成，選擇使用的土料基本都位于種植層以下、巖石層以上。這樣能夠有效避免種植層內(nèi)有機物的生長對建造物的破壞。同時，其顆粒組成豐富，土質(zhì)較為堅硬，可以有效保障其物理性能。在建造過程中，各地土壤情況不同，生土建筑的材料組成配置比例也相應(yīng)不同。需要根據(jù)當?shù)赝寥罍y試條件，結(jié)合建筑物的結(jié)構(gòu)要求，采用在生產(chǎn)過程中有效加入有機添加物，在建造過程中調(diào)整施工方式等方法，對生土材料進行優(yōu)化。

2.2 生土材料的性能

衡量生土材料性能的指標有：強度、吸濕性、收縮膨脹系數(shù)及耐腐蝕性能。傳統(tǒng)的生土材料抗震性、力學性能及耐久性較差，限制導致建筑在通風、采光受到較大限制，墻體建成后易開裂，受風雨侵蝕后墻體易剝落，同時還會受到鼠蟻的破壞。而國際上生土理論和技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)成功克服了生土材料的這些缺陷。而改善途徑就是提前對土壤進行測試，測試其顆粒尺寸的分布情況、塑形、聚密性和內(nèi)聚性，按照材料性能要求，通過調(diào)整土質(zhì)各成分的構(gòu)成比例，在施工中通過水分控制和加強夯擊，提高其性能，通過加工可以使得生土材料最高可以達到粘土磚的強度。

2.3 生土建筑的建筑工藝

與傳統(tǒng)夯土建造工藝相比，新型夯土建造方式采用了氣動或電動夯錘代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工夯錘，使墻體獲得了充分的夯擊；同時使用了標準化生產(chǎn)模式，采用堅固且安裝、拆卸便利的夯筑模板系統(tǒng)，保障生產(chǎn)質(zhì)量的同時，有效地提高了建造效率。在提升建筑施工工業(yè)的同時，建造時還注意結(jié)合相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)體系進行結(jié)構(gòu)方式改良，靈活結(jié)合夯土和其他材料，使得夯土建造實現(xiàn)了多樣化，能夠適應(yīng)多元化使用要求。現(xiàn)有常見的建造方式分為土胚磚和夯實兩種方式，而生土材料則根據(jù)需要，可用于承重、分隔、抹灰等不同用途。

3 生土建筑國內(nèi)外案例

生土建筑現(xiàn)代化發(fā)展歷經(jīng)幾十年，已經(jīng)有不少建成實例，以下選取幾個國內(nèi)外案例進行分析說明，以探討生土建筑的優(yōu)點，及其對我國建筑發(fā)展的意義。

⑴浙江安吉生態(tài)屋

浙江安吉生態(tài)屋位于浙江省安吉縣，是由當?shù)卮迕袢涡l(wèi)中先生自行設(shè)計建造的，他利用生土、木材與卵石等傳統(tǒng)材料，建造成了集居住、旅館、茶館以及廚房等功能于一身的建筑群，五個單體建筑呈現(xiàn)L形半圍合的布局形態(tài)，本文以一號屋為例：

圖2

建筑形式采用了傳統(tǒng)的天井，分為南北兩部分：南面為輔助居住空間為一層，北面半部分為兩層，為會客和居住空間。建筑采用木框架為承重結(jié)構(gòu)，夯土墻為圍護結(jié)構(gòu)。各部分的做法為：建筑基礎(chǔ)為鋼混結(jié)構(gòu)，以防止地基產(chǎn)生沉降進而導致墻體開裂；針對南方多雨的氣候特征，建筑在底部使用了卵石，以抵制雨水的沖刷侵蝕。作為維護結(jié)構(gòu)的夯土墻采用了三合土（黃土、白灰和沙子）這一傳統(tǒng)材料，而在二樓南邊則使用了磚墻。在屋頂方面，采用了雙層木板，中間加設(shè)空氣層的做法，再上設(shè)油氈瓦，這樣優(yōu)于傳統(tǒng)直接在椽子上加瓦的做法，能更好地保溫隔熱。可以看出，屋主在建造過程中最大限度地使用了生土、木材及卵石等自然材料，同時也根據(jù)情況合理使用了磚和鋼筋混凝土等材料進行建造。

這是一個立足傳統(tǒng)建造技術(shù)而成又超越了傳統(tǒng)的生態(tài)建筑，更重要的一點是：單體的建筑面積約170平米，其造價僅八萬元（包括簡單裝修在內(nèi)）。造價低、工期短、低技術(shù)，這些對于鄉(xiāng)土民居的建設(shè)都有一定的啟示意義。

⑵四川會理縣馬鞍橋村災后重建綜合示范項目

圖3

項目由住建部主導，香港中文大學和西安建筑科技大學合作，基于當?shù)刈匀徊牧虾蛡鹘y(tǒng)夯土建造工藝，研究開發(fā)了一系列經(jīng)濟易行的建造措施和工藝，如：通過改善夯土工具提升了墻的密實度和強度，利用了本地竹子做為拉筋，分層夯筑過程中嵌入豎向木榫以增強夯土墻抗剪能力，利用本地產(chǎn)石膏加水灌入土墻裂縫以修復受損墻體等。通過對當?shù)卮迕襁M行培訓，在三個月內(nèi)完成了重建。墻體與鄰村具有同等抗震能力和節(jié)能效果的新建常規(guī)磚混房屋相比，而其造價平均僅為后者的1/5。

這個項目的意義在于它展示了通過簡單的培訓，結(jié)合專業(yè)設(shè)計的力量，人們可以通過自己的力量建成低價高性能的房子。這一工作模式對于新農(nóng)村的建設(shè)來說是一個很好的借鑒。該示范項目于2011年11月獲得聯(lián)合國教科文組織2011年度亞太區(qū)傳統(tǒng)創(chuàng)新獎。

⑶瑞士Laufen藥草中心

圖4

藥草中心由赫爾佐格與德梅隆主持設(shè)計，其夯土墻專項設(shè)計與建造由國際生土建筑大師Martin Rauch合作完成，墻體是由工廠將當?shù)氐牡V石和土壤加工成型，再運至現(xiàn)場進行安裝。長達100米，高約11米，是目前歐洲最大的夯土建筑。

項目采用了標準化施工，這很符合國家現(xiàn)在提倡的建筑施工標準化政策，也能為公共建筑等建筑類型采用這一材料及其施工方式提供參考。

⑷加拿大NK MIP沙漠文化中心

圖5

項目由Hotson Bakker Boniface Haden設(shè)計，位于加拿大英屬哥倫比亞省，建筑的外觀由一面80m長、5.5m高、0.6m厚的夯土墻構(gòu)成，是北美洲最大的夯土墻。與一般的實體夯土墻不同，墻體為夯土夾心墻，內(nèi)外兩側(cè)的墻體都是250mm厚土壤中間夾著100mm的保溫材料。建筑師使用當?shù)氐耐寥溃⒒烊肷倭克嗪蛶追N顏色添加劑，逐層將不同顏色的土壤混合物夯實在一起，創(chuàng)造出層次鮮明、色彩豐富、仿佛地質(zhì)沉積作用般的夯土墻紋理。墻體不規(guī)則的彩色條紋反映出手工制作的痕跡，而清晰的棱角和鮮明的幾何性又體現(xiàn)了建筑是在表現(xiàn)上很強的控制力。

其啟示意義在于，通過添入顏色，生土材料可以建成極富表現(xiàn)力的建筑，而不是只有一成不變的機理和顏色。這樣可以大大地擴展生土材料適用的建筑類型。

4 結(jié)語

綜上所述，相比其他建筑材料，生土材料具有突出的優(yōu)點：良好的蓄熱性能，可就地取材，可對室內(nèi)濕度與空氣質(zhì)量進行有效調(diào)節(jié)；具有可再生性，建筑施工簡易，造價低廉。從案例可以看出，生土建筑適用于多種建筑類型，以后也會有更廣闊的發(fā)展空間和創(chuàng)作前景?！?/p>

[1]張晰.生土材料在當代建筑設(shè)計中的建構(gòu)邏輯[D].天津：天津大學，2011.

[2]陳曉龍.傳統(tǒng)建筑材料的現(xiàn)代運用案例研究[D].西安：西安建筑科技大學，2015.

[3]潘谷西.中國建筑史[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[4]林挺、張雯.粘土“混凝土”——生土材料與夯土建造[J].建筑研究，2013（3）：238-242.

[5]（德）赫爾佐格，克里普納·朗著.袁海，等譯.立面構(gòu)造手冊[M].大連：大連理工大學出版社，2006.