国内外生土结构研究与展望

(西安工业大学建筑工程学院 陕西 西安 710000)

国内外生土结构研究与展望

张伟

(西安工业大学建筑工程学院陕西西安710000)

我国村镇地区大量存在生土结构，生土结构融于自然，有利于环境保护和生态平衡。为传承、保护我国宝贵的建筑遗产以及利用现代科学技术进一步开发、应用、改良这种建筑物种，深入开展生土结构的研究工作，归纳整理国内外生土结构研究领域的大量文献。从生土材料的化学改性和物理改性、生土墙体力学性能的试验研究、生土结构抗震性能的试验研究、既有生土结构房屋抗震加固改造方法的研究等方面综述国内外生土结构的研究现状，提出我国生土结构研究中有待继续研究和解决的问题。

生土结构; 建造方法; 生土改性; 抗震性能;综述

一、引言

近几十年来，全球各个国家对于环境重视程度不断提高，可持续发展的问题在土木工程领域受到高度的关注。低成本、低消耗的节能环保型材料在建筑中的应用问题成为研究的热点。由于生土突出的生态效益和普遍的地域适应性，因此重新认识并改良夯土结构，发挥夯土结构中蕴含的巨大生态应用潜力成为十分有价值的研究课题。然而这类房屋基本是由脆性材料建造而成，延性小，抗震性能较差，由于成本考虑和技术水平较低，尚难以达到抗震设防目标，在历次破坏性地震中，遭到不同程度的破坏，因此对此类建筑加固并进行抗震性能研究很有必要。

二、国内研究现状

我国现存生土房屋仍较多，并且很多房屋都有不同程度的损伤。在短时间内，拆除这些房屋不大可能，国家“十一五”科技支撑项目立项研究这些房屋的抗震加固问题，为这些房屋的加固改造提供了技术支持。郑州大学张琰鑫等通过静力分析、地震反应谱分析等方法，探讨了夯土住宅房屋的受力变形特点，结果表明檩—墙连接部位、山墙中部以及纵墙顶面部位是结构的薄弱部位。针对上述结构存在薄弱部位的问题，提出了分别在檩条下设置弧形垫块、山墙外设置扶壁柱和纵墙顶面设置木圈梁的解决方法，并通过分析证明了其可行性和合理性，为以后此类建筑的加固改造提供了参考指导。昆明理工大学黄金胜等对夯土墙提出了钢丝网水泥砂浆加固法和玻璃纤维水泥砂浆加固法(统称为夹板墙)，通过试验研究加固后夯土墙的承载能力及抗震性能的改变，试验结果发现:加固后墙体的极限抗剪承载力、极限位移有了大幅度的提高，依据实验结果，在以后的夯土墙加固改造过程中可以采用钢丝网和玻璃纤维水泥砂浆用于加固夯土墙以提高承载力和抗震性能。长安大学王毅红对生土结构房屋中的承重墙的抗震性能做了研究:对不同方法夯筑的承重夯土墙体的抗震性能进行试验研究，结果表明，错层夯筑法筑成的墙体的承载和变形能力都可以得到提高，加销键夯筑使墙体的变形能力得到提高; 试验还分析了构造柱、圈梁在夯土墙体中的作用，实验指出了影响夯土墙体抗震性能的主要因因素和实际施工中应该注意的问题。阿肯江·托呼提等对木柱梁-土坯组合墙体在不同烈度地震作用下的效应进行了评估，结果表明该墙体可以满足9度地区罕遇地震烈度下裂而不倒的设防准则。西安建筑科技大学董玉将等根据陕南典型夯土民居房为原型，设计了“U”形夯土墙片单元，针对墙体在地震中容易发生外闪破坏的问题，设计了镀锌铁丝网带加固方法。试验结果表明:通过对墙体设置水平、竖向镀锌铁丝网加固带，能够提高房屋的整体性和抗震性能。生土结构房屋的加固改造是当前生土结构中存在难度较大的课题，因生土构件本身强度低，而其整体性主要依靠制作过程中的黏聚力，若加固改造过程中过多伤及构件本身，可能达不到加固的目的，反而破坏了原有构件的整体性; 再则生土材料与其他材料表面黏结能力很弱，如果外贴其他材料加固时，必须有很好的拉结或夹、卡构造，否则很难让新旧材料共同工作，共同受力，这将造成加固成本增高，与生土结构自身造价相比，在经济上不合理。

三、国外研究现状

从上世纪年代开始,许多发达国家就已经意识到,随着全球工业化的发展,全世界自然资源正在被大量地消耗,并伴随着环境污染、气候变暖等一系列问题,人与自然和谐的生态建筑理念也由此被更多国家接受和采纳。比如美国新墨西哥州在年,对生土建筑所用材料质量及设计施工制定了相应得规范。新西兰在生土建筑方面也制定了生土标准,包含土坯及加筋土墙的设计,其中规定生土强度最小值是生土建筑规范化的创新,对生土建筑结构的强度提高有着重要意义。法国是在夯土技术上最先推出革新的国家之一,利用水泥土、砂石搅拌成塑性体,使土与钢筋共同作用,具有良好的抗震性,又保持了土原有的舒适、环保节能的本色。法国的 Bui 和 Hans 等人对夯土结构抗震设计所需的参数进行了研究，将试验值与由欧洲规范8中的经验公式计算出来的数值相比较，得到了这些公式适用于夯土结构的抗震计算。日本生土结构在抗震方面沿用轻巧的设计原则，生土墙体中设置一定量的荆条，形成泥笆墙这一特殊的结构形式，泥笆墙重量小，遭受的地震力较小，同时，荆条使得墙体具有较好的延性，起到消解地震能量的作用。土耳其的现代建筑规范要求在生土结构中设置4道圈梁，分别位于地面、窗下、窗上和墙顶，这些木圈梁之间每隔1m设拉结带，拉结带在房屋角部和纵横墙交接处必须设置，可以满足更高抗震要求。第十三届世界地震工程会议中有学者提出用覆盖有石灰砂浆的金属丝网或木制构件加固生土结构，分别对1:5比例的加固房屋模型进行振动台试验,对1:1.5比例的加固墙体进行水平循环荷载作用下的试验，结果表明，尽管这种结构体系的地震易损性较高，但用木制构件加固约束墙体有较好的效果，是一种很有前途的加固方案。

四、有待解决的问题

由上述内容可以看出我国生土结构的研究已取得了一定的成果，但是生土结构还存在很多有待解决的问题:

(1)生土材料性能各异，目前对生土材料强度、变形性能的研究缺少相对统一的试验方法，包括试件的形状、尺寸、制作方和测试方法等。

(2)生土材料的改性，是提高生土结构物理力学性能的有效途径，如何将我国生土的改性方法或配方归纳、整理、加工，形成可指导我国生土结构实际工程应用的成果，尚有大量的工作要做。

(3)在生土结构房屋整体性能的研究中，除需增加大比例模型振动台试验外，一些构造措施对提高结构抗震性能的效果也还有待通过振动台试验的验证。

(4)既有生土结构安全性的评价、保护价值评估方法的研究以及与其配套的加固改造方法还需深入研究，分门别类地给出保证既有生土结构安全性的对策，是生土结构研究中要解决的重要问题

五、结语

我国生土结构的理论研究和应用研究都取得了一些成果，但需要深入研究的问题仍很多，除上述待解决的问题之外，生土材料的本构关系、生土墙体的滞回性能、生土结构地震作用的分析、我国传统生土建造技术的传承和改良、国外生土结构研究经验的借鉴等也还需做大量的研究工作。生土结构研究中，在充分发挥生土结构绿色、节能、环保、可持续发展等方面优势的同时，应注重在传统结构中注入现代技术，对其缺点进行改良、创新，使生土结构成为具有地域特色、久盛不衰的建筑。

[1]王毅红，苏东君，刘伯权，等.生土结构房屋的承重夯土墙体抗震性能试验研究[J].西安建筑科技大学学报:自然科学版，2007，39(4):451-456

[2]彭道强.夯土房屋墙体试验与结构性能改良技术研究[D].西安:西安建筑科技大学，2012

[3]李德荣，黎海南，陈丙午.甘肃农村土墙承重平房抗震性能的试验研究[J].工程抗震，1987(3):14-19

[4]刘军，褚俊英，赵金波，等.掺和料对生土墙体材料力学性能的影响[J].建筑材料学报，2010，13(4):446-451

张伟(1993-)，男，汉族，陕西西安人，研究生在读，工学硕士，西安工业大学建筑工程学院结构工程专业，研究方向结构体系与优化设计。

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