传统生土民居建筑浅析

王纪元 陈昌材

1 概述

生土建筑是一种古老且现在仍然被广泛采用的建筑类型，它广泛存在于世界各个大洲。目前，世界上大约有1/3的人口仍然居住在生土建筑里面[1]。生土民居由于具有经济、就地取材、施工简单、维修容易以及保温性能好等特点，在我国广大农村地区，民居仍较广泛的存在并发挥着其重要作用。由于民居材料力学性质以及传统施工工艺缺失等原因，造成民居抗震性能普遍较差，无法很好的满足抗震要求。在地震来临时，给人们的生命财产造成严重威胁。例如，2003年四川盐源5.0级地震，都引起了相当程度的房屋倒塌及人员伤亡，给人们的生命财产造成巨大损失。2010年4月14日在青海省玉树地区发生的7.1级地震，震区农村房屋的倒塌率竟然达到了骇人听闻的90%以上[2]。

2 生土民居的特点

我国生土民居的特点主要包括以下几个方面:1)经济环保，就地取材。土作为自然界中一种普遍存在的物质，当其用作主题材料建造房屋时，方便就地取材，具有良好的经济性能。而且生土还可以回收利用，是一种纯绿色的物质，具有良好的环保性能。2)保温性能好，施工方便。我国的生土民居已经经历了上千年的发展，在民建已经形成了较为成熟的施工工艺，施工方便。而且由于土的热传导较低，保温性能好，使民居具有了冬暖夏凉的功能特点。3)维修简单。由于土体材料的可塑性强，使得民居建筑的墙体等构件在维修时非常简单。4)抗震性能普遍较差。由于传统营造经验的失传，施工质量无法保证等原因，导致生土民居的抗震性能较差，在地震作用下容易发生损坏甚至倒塌。

3 生土民居结构形式

由于我国幅员辽阔，明显的气候差异性原因，导致生土民居建筑的存在形式呈现出多样化的特点。根据结构性质和材料，生土民居主要分为两大类:生土窑洞和生土房屋。生土窑洞主要分布在我国陕北、陇东、内蒙等黄土高原地区。按照建造方式一般分为三种类型[3]:1)靠山式窑洞。窑洞临山而建，在山脚、山腰的同等高度上建成带状分布群，形成错落有致、层次分明的村落。2)下沉式窑洞。在黄土高原的地下开挖出窑洞院落(一般往下开挖7 m～10 m)，依靠开挖的斜坡和地面联系。3)半敞式窑洞。在平川地带或半丘陵地区，采用平房和窑洞组合的方式建造院落。即窑洞前面加盖平房，这样既有平房通风又有窑洞保温的优点。生土房屋按照施工工艺又可分为土坯房屋、夯土房屋以及土楼。由于其使用材料的普遍性，使其分布较窑洞更加广泛，几乎在全国各地都能找到。

1)土坯房屋。土坯房屋是分布最为广泛的生土房屋。在制作时，一般是采用天然生土做成土坯砖，然后砌筑成房屋。为提高土坯砖的延性，在制作土坯砖时，往往会往土中添加秸秆等纤维物质。2)土楼。福建土楼被誉为“世界第一生土建筑”，它采用厚度达到1 m以上的圆形结构墙体，在墙体立面还分布“竹筋”。3)夯土房屋。夯土房屋主要分布在我国西部等地，它主要是将具有一定含水率的生土夯筑成墙体。

4 生土民居的震害特征

生土房屋由于自身的材料属性，其抗震性能普遍较低。在地震荷载作用下，往往会发生严重损害，甚至倒塌。经过研究及震害调查发现，生土房屋的震害特征主要可分为以下几个方面:

1)墙体受剪破坏。由于生土房屋的材料强度低，在水平方向的地震力作用下，墙体容易发生受剪破坏。这种破坏的特点是在破坏时，在墙体上往往会形成两条交叉的斜裂缝，裂缝呈现出“X”形状。2)基础破坏。生土房屋在建造时，通常基础的深度、宽度较小。且一般都是采用三合土或碎石把原状土置换，然后再夯实。在此过程中，由于施工的差异性，会引起基础强度不均匀。再加上其上部墙体机构一般比较厚重，会导致基础发生不均匀沉降，引起墙体开裂，这种裂缝一般呈竖向分布，见图1。3)木构架破坏。生土房屋中的土坯房屋，较多时候会采取木构架承重的结构形式，由木框架来承受房顶的重量。由于使用木材的强度或者组成木构架的各杆之间连接不牢固的原因，在地震力作用下，木构架往往会发生破坏，进而引起房屋倒塌，见图2。4)墙体外闪。经震后灾害的调查表明，墙体由横、纵墙交界处附近发生破坏引起墙体外闪仍是一种重要的破坏形式之一，见图3。

图1 生土房屋地基基础破坏造成墙体裂缝[4]

图2 生土房屋木构架破坏导致房屋倒塌[4]

图3 墙体外闪导致倒塌[5]

5 生土民居营造工艺的改进建议

根据生土民居的震害特征，本文在营造工艺方面提出了以下建议:1)在木构架承重体系时，木构件各个组件之间的连接一定要可靠，最好采取传统可靠的“榫卯”连接，避免简单的铁钉连接。因为榫卯连接在地震作用下可发生一定程度的转动，能够起到较好的耗能作用。2)当采用混合承重体系时，墙体承受框架梁的部位要局部加强，可设置与墙厚相仿的木板，把梁放置在木板上。这样能利用模板把梁传来的集中力分散传给墙体，避免墙体因局部受到的压强过大而被压坏。3)为防止夯土房屋的非承重纵墙与横墙在拐角处发生脱裂，应当在横墙与纵墙之间建立可靠的连接。在施工时，可水平放置“T”形竹木棍。当房屋采用木框架承重时，还应当给木框架柱留出足够的变形空间。防止在地震作用下，框架柱与墙体发生碰撞，从而导致墙体破坏。4)在土坯房屋中设置多道“圈梁”，增加墙体的整体性，避免墙体在地震作用下发生失稳破坏。

6 结语

生土民居作为历史的产物，还将会继续履行其历史使命。通过对其特点、结构形式以及震害特征的分析，本文给出了营造工艺方面的建议，对其抗震性能的提高有着一定的意义。

[1]荆萁敏.生土建筑[J].建筑学报，1994(5):29-31.

[2]http://news.sohu.com/20080526/n257070244.shtml.

[3]陈 嘉，阿肯江·托呼提.掺和麦秸秆纤维土体材料抗压强度性能试验研究[J].四川建材，2009，35(150):13-14.

[4]于 文.新疆喀什生土房屋模型振动台试验研究[D].北京:中国建筑科学研究院，2007.

[5]E.Leroy Tolles，Edna E.Kimbro，Frederick A.Webster，et al.Seismic Stabilization of Historic Adobe Structures[M].The Getty Conservation Institute，Los Angeles，2000.