生土建筑研究進展

張再昱

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，也是最基礎的建筑材料。同樣，我國仍現存大量的生土建筑，其主要分布于黃土高原地區（山西、陜西、甘肅）、青藏高原地區（西藏、青海）、西南地區（四川、云南）以及華南地區（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形式，按照不同的加工和操作方法進行歸類，在國際上有一個通用的分類方法，可以將其分為十二個大類，共十八種具體的建造方式，其中夯土建筑數量占生土建筑相當大一部分比重。

夯土建筑作為一種傳統的民居形式，具備許多優點。夯土所用的生土可就地取材，施工簡便，成本低廉;生土材料無需進行深加工且基本無運輸成本，可以大大節約生產能源消耗，且對自然環境無污染;生土材料亦可循環再利用或是回歸大自然，最大限度地減少對生態環境的影響。并且，夯土建筑的熱工性能優異，夯土墻體厚重密實，可用于室內外結構承載、圍護或分隔構件，亦可作為熱工性能調節的重要構件。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，延遲并減小室內溫度的波動，調節空氣濕度，達到舒適的室內熱環境，大大減少冬季采暖和夏季降溫的能耗，是天然的“空調”。此外，夯土建筑所用的生土材料也是理想的防火材料。

然而，運用傳統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度低，在極限荷載作用下常發生脆性破壞。土體的防水、防潮性能也較弱，容易發生風蝕剝落、墻根鹽蝕等破壞，致使耐久性差。傳統的夯土民居大多存在于我國的貧困農村地區，房屋在建造過程中，土料選取隨意，也不注意控制含水率，夯筑工具簡陋，導致夯擊能量不足，這些施工的質量問題會使房屋安全性能大打折扣。再者，農村建房大多為農民自籌自建，沒有經過正規的設計，再加上農民抗震意識淡薄，房屋基本上沒有任何抗震構造措施，房屋整體性往往較差。

現代夯土建筑就是針對傳統夯土建筑中所存在的夯土材料性能差、夯筑工具簡陋、夯筑施工質量不過關和缺乏必要的專業設計等缺點，對夯土材料性能進行改良，同時運用現代化建造工藝并結合專業建筑結構設計，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環保這一優勢的前提下，對夯土材料性能優化，以提高其抗壓強度為目標，針對性地對夯土材料的改良機理、配合比進行研究，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與棱柱體軸心抗壓性能試驗，對比不同配比的試驗現象以及數據分析，了解其破壞機理，為后期的試驗研究提供一定的試驗數據積累。

夯土建筑就是采用自然的生土材料，通過夯擊技術密實土體來建造的房屋。隨著十九世紀現代化工業的快速發展，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構建筑與鋼結構建筑，而這些現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，同時還產生大量的廢水、廢氣、廢渣等污染物。直到二十世紀七十年代的第一次全球能源危機，隨著人們生態保護意識的提升，夯土建筑憑借其自身綠色環保的優點，使得人們開始重新審視夯土建筑。自二十世紀八十年代以來，歐美發達國家越來越重視夯土建筑，陸續有大量以夯土為主題的公共建筑問世，即使是科技發達的今天，夯土建筑在現代建筑中仍扮演著重要角色。

我國是一個歷史悠久的國家，生土建筑作為最古老的傳統建筑之一在我國一直有著延續與發展。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。然而，由于我國經濟發展的不平衡，城市發展與鄉村發展差距被拉大，城市里現代化的高樓大廈與鄉村里的簡陋土房形成鮮明對比，夯土建筑在我國近乎成為了貧窮落后的代名詞，現存大量的夯土建筑，主要分布于黃土高原、青藏高原、川西、滇北以及閩粵的農村貧困地區。

從上世紀八十年代，我國開始重視與保護這些傳統夯土建筑，但主要是從歷史建筑保護和文化傳承的角度來研究。近年來，我國大力發展科技創新，積極發展綠色建筑與節能建筑，促進建設資源節約型社會和環境友好型社會。在我國高速城鎮化的進程中，探索和發掘中國傳統民居中的綠色建筑經驗，有效合理利用自然資源，減少不必要的能源消耗是我國實現可持續發展戰略方針的重要途徑。夯土建筑作為我國傳統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，另一方面也是對我國地域文化進行的有效保護。

夯土建筑盡管綠色環保，但也面臨著許許多多的問題：

（1）夯土材料自身的材料強度低以及耐久性差。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，但通病就是材料強度低，延性很差，地震時夯土墻體容易出現受壓破壞。土體的耐久性差，一方面表現在夯土墻體在干燥過程中的干縮現象，干燥速度越快，干縮裂縫越大，容易造成土體的內部空腔和墻體的變形;另一方面表現在雨水的侵蝕致使墻體吸水膨脹產生土體剝離，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村地區，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，導致土料內含有大量雜質;二是夯筑工具簡陋，造成墻體夯筑密實度不夠;三是土料的含水率沒有進行嚴格控制，水分偏少則土體粘結度不夠，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護，夯筑后直接暴曬，致使墻體出現嚴重的干縮裂縫。這些不足極易造成安全隱患。

（3）缺乏專業的設計指導，房屋整體結構松散。夯土民居大多為農民自籌自建，其防災減災的安全意識淡薄，房屋基本上沒有任何抗震構造措施，墻體內沒有設置圈梁與木柱，縱橫墻體之間也缺乏必要連接，在地震作用下，極易出現墻體外閃、滑移，嚴重時可能會造成整體倒塌。

綜上所述，夯土建筑雖然節能環保，居住舒適，但是由于其力學性能較差，防水、耐久性欠缺，再加上夯土民居多以農民自建，缺乏專業技術的支持，導致結構整體較差，房屋抗震性能較弱，歷次地震破壞非常嚴重，難以滿足現代人們的居住需求。如何有效地揚長避短，通過技術改良，提升夯土建筑的安全性能，是現代夯土建筑所面臨的問題。

現代夯土建筑就是針對傳統夯土建筑其力學性能較差，防水、耐久性欠缺，整體結構松散，房屋抗震性能較差的缺陷，運用現代化科學技術手段來改善這些不足。現代夯土建筑的發展并不是對傳統夯土建筑的全面否定，而是對其取長補短。運用先進的科學技術，因地制宜，就地取材，繼續發揮其材料本身蓄能隔熱、與自然環境協調、可循環利用等優點，同時針對性地對施工工藝進行提升、結合科學專業的規范設計以及對夯土材料進行改良，這是現代夯土建筑發展的主要方向。

（作者單位：西安建筑科技大學）