现代生土建筑的发展与应用分析

2016-04-18徐培原

广东建材 2016年12期

关键词：生土夯土墙体

徐培原

（江西省修水县建筑设计院）

现代生土建筑的发展与应用分析

徐培原

（江西省修水县建筑设计院）

本文初步分析了生土建筑的材料和建造工艺，同时对现代生土建筑进行了案例分析，可以看出生土建筑具有节能、环保、低价等优势，对我国建筑发展具有重要意义。

环保；节能；低价

1 引言

生土材料，指以原状生土为主要原料，无需焙烧仅需简单加工便可用于房屋建造的建筑材料，其传统形式包括夯土、土坯、泥砖、草泥、屋面覆土、灰土等。以生土作为主体结构材料的房屋通常被称为生土建筑。从与木材一样，生土在我国传统建筑中，有数千年的历史，分布范围也十分广泛，包括：黄土高原窑洞、福建客家土楼、新疆维族土坯屋、甘南藏族碉楼、云南白族掌房等，生土建筑因各地气候不同而发展出了不同的形式。受材料本身的特点限制及随工业化发展和人们的观念变化等原因，人们在建造过程中已经很少使用这一材料。

2 生土材料的特性

随着20世纪70年代以后环境污染的加剧和能源危机的出现，80年代“可持续发展”的思想逐步形成，人们开始关注生土这一无污染、低能耗的材料：无污染指的是材料来源于土壤，加工过程无污染，且可自然回收；而能耗低是指生土材料可以蓄热形成建筑自身的小气候，自我调节，从而可以有效减少在使用过程中的能耗。

法国是国际上进行生土材料现代化研究最早的国家，而后澳大利亚、新西兰、美国等国家也开始对此进行研究，现在对于生土的开发优化已形成一套完整的体系。我国在80年代也设立了生土研究机构，在住建部的领导下，通过引进国外理论，在生产过程中有效克服了传统生土建筑在防水、耐久和抗震等方面的缺陷，并在国内进行了一系列生土建筑的示范性建设。生土材料已经成为国际上公认的实现绿色建筑生态性价比最高的建筑材料之一，在世界各地各种类型的建筑（包括住宅、教堂、酒店等）中均有被采用的案例，其造价低、高节能、低技术等特点，对于我国有重要的推广价值。

2.1 生土建筑材料及其组成

图1

生土材料(earthen materials)主要由淤泥、粘土、沙子、砂砾这四大类组成，选择使用的土料基本都位于种植层以下、岩石层以上。这样能够有效避免种植层内有机物的生长对建造物的破坏。同时，其颗粒组成丰富，土质较为坚硬，可以有效保障其物理性能。在建造过程中，各地土壤情况不同，生土建筑的材料组成配置比例也相应不同。需要根据当地土壤测试条件，结合建筑物的结构要求，采用在生产过程中有效加入有机添加物，在建造过程中调整施工方式等方法，对生土材料进行优化。

2.2 生土材料的性能

衡量生土材料性能的指标有：强度、吸湿性、收缩膨胀系数及耐腐蚀性能。传统的生土材料抗震性、力学性能及耐久性较差，限制导致建筑在通风、采光受到较大限制，墙体建成后易开裂，受风雨侵蚀后墙体易剥落，同时还会受到鼠蚁的破坏。而国际上生土理论和技术的发展，已经成功克服了生土材料的这些缺陷。而改善途径就是提前对土壤进行测试，测试其颗粒尺寸的分布情况、塑形、聚密性和内聚性，按照材料性能要求，通过调整土质各成分的构成比例，在施工中通过水分控制和加强夯击，提高其性能，通过加工可以使得生土材料最高可以达到粘土砖的强度。

2.3 生土建筑的建筑工艺

与传统夯土建造工艺相比，新型夯土建造方式采用了气动或电动夯锤代替传统手工夯锤，使墙体获得了充分的夯击；同时使用了标准化生产模式，采用坚固且安装、拆卸便利的夯筑模板系统，保障生产质量的同时，有效地提高了建造效率。在提升建筑施工工业的同时，建造时还注意结合相应的建筑结构体系进行结构方式改良，灵活结合夯土和其他材料，使得夯土建造实现了多样化，能够适应多元化使用要求。现有常见的建造方式分为土胚砖和夯实两种方式，而生土材料则根据需要，可用于承重、分隔、抹灰等不同用途。

3 生土建筑国内外案例

生土建筑现代化发展历经几十年，已经有不少建成实例，以下选取几个国内外案例进行分析说明，以探讨生土建筑的优点，及其对我国建筑发展的意义。

⑴浙江安吉生态屋

浙江安吉生态屋位于浙江省安吉县，是由当地村民任卫中先生自行设计建造的，他利用生土、木材与卵石等传统材料，建造成了集居住、旅馆、茶馆以及厨房等功能于一身的建筑群，五个单体建筑呈现L形半围合的布局形态，本文以一号屋为例：

图2

建筑形式采用了传统的天井，分为南北两部分：南面为辅助居住空间为一层，北面半部分为两层，为会客和居住空间。建筑采用木框架为承重结构，夯土墙为围护结构。各部分的做法为：建筑基础为钢混结构，以防止地基产生沉降进而导致墙体开裂；针对南方多雨的气候特征，建筑在底部使用了卵石，以抵制雨水的冲刷侵蚀。作为维护结构的夯土墙采用了三合土（黄土、白灰和沙子）这一传统材料，而在二楼南边则使用了砖墙。在屋顶方面，采用了双层木板，中间加设空气层的做法，再上设油毡瓦，这样优于传统直接在椽子上加瓦的做法，能更好地保温隔热。可以看出，屋主在建造过程中最大限度地使用了生土、木材及卵石等自然材料，同时也根据情况合理使用了砖和钢筋混凝土等材料进行建造。

这是一个立足传统建造技术而成又超越了传统的生态建筑，更重要的一点是：单体的建筑面积约170平米，其造价仅八万元（包括简单装修在内）。造价低、工期短、低技术，这些对于乡土民居的建设都有一定的启示意义。

⑵四川会理县马鞍桥村灾后重建综合示范项目

图3

项目由住建部主导，香港中文大学和西安建筑科技大学合作，基于当地自然材料和传统夯土建造工艺，研究开发了一系列经济易行的建造措施和工艺，如：通过改善夯土工具提升了墙的密实度和强度，利用了本地竹子做为拉筋，分层夯筑过程中嵌入竖向木榫以增强夯土墙抗剪能力，利用本地产石膏加水灌入土墙裂缝以修复受损墙体等。通过对当地村民进行培训，在三个月内完成了重建。墙体与邻村具有同等抗震能力和节能效果的新建常规砖混房屋相比，而其造价平均仅为后者的1/5。

这个项目的意义在于它展示了通过简单的培训，结合专业设计的力量，人们可以通过自己的力量建成低价高性能的房子。这一工作模式对于新农村的建设来说是一个很好的借鉴。该示范项目于2011年11月获得联合国教科文组织2011年度亚太区传统创新奖。

⑶瑞士Laufen药草中心

图4

药草中心由赫尔佐格与德梅隆主持设计，其夯土墙专项设计与建造由国际生土建筑大师Martin Rauch合作完成，墙体是由工厂将当地的矿石和土壤加工成型，再运至现场进行安装。长达100米，高约11米，是目前欧洲最大的夯土建筑。

项目采用了标准化施工，这很符合国家现在提倡的建筑施工标准化政策，也能为公共建筑等建筑类型采用这一材料及其施工方式提供参考。

⑷加拿大NK MIP沙漠文化中心

图5

项目由Hotson Bakker Boniface Haden设计，位于加拿大英属哥伦比亚省，建筑的外观由一面80m长、5.5m高、0.6m厚的夯土墙构成，是北美洲最大的夯土墙。与一般的实体夯土墙不同，墙体为夯土夹心墙，内外两侧的墙体都是250mm厚土壤中间夹着100mm的保温材料。建筑师使用当地的土壤，并混入少量水泥和几种颜色添加剂，逐层将不同颜色的土壤混合物夯实在一起，创造出层次鲜明、色彩丰富、仿佛地质沉积作用般的夯土墙纹理。墙体不规则的彩色条纹反映出手工制作的痕迹，而清晰的棱角和鲜明的几何性又体现了建筑是在表现上很强的控制力。

其启示意义在于，通过添入颜色，生土材料可以建成极富表现力的建筑，而不是只有一成不变的机理和颜色。这样可以大大地扩展生土材料适用的建筑类型。