生土建筑研究进展

张再昱

生土建筑，顾名思义，就是指以生土材料为建筑主体材料的建筑。生土建筑历史悠久，分布十分广泛。时至如今，全世界近70亿人口仍有超过三分之一居住在生土建造的房子里，在发展中国家甚至超过了二分之一。生土是最古老的建筑材料，也是最基础的建筑材料。同样，我国仍现存大量的生土建筑，其主要分布于黄土高原地区（山西、陕西、甘肃）、青藏高原地区（西藏、青海）、西南地区（四川、云南）以及华南地区（福建、江西、广东）。

生土材料在不同的地域形成了多种多样的表现形式，按照不同的加工和操作方法进行归类，在国际上有一个通用的分类方法，可以将其分为十二个大类，共十八种具体的建造方式，其中夯土建筑数量占生土建筑相当大一部分比重。

夯土建筑作为一种传统的民居形式，具备许多优点。夯土所用的生土可就地取材，施工简便，成本低廉;生土材料无需进行深加工且基本无运输成本，可以大大节约生产能源消耗，且对自然环境无污染;生土材料亦可循环再利用或是回归大自然，最大限度地减少对生态环境的影响。并且，夯土建筑的热工性能优异，夯土墙体厚重密实，可用于室内外结构承载、围护或分隔构件，亦可作为热工性能调节的重要构件。利用夯土墙的低传热性、高蓄热性和吸湿特性，有助于保温隔热，延迟并减小室内温度的波动，调节空气湿度，达到舒适的室内热环境，大大减少冬季采暖和夏季降温的能耗，是天然的“空调”。此外，夯土建筑所用的生土材料也是理想的防火材料。

然而，运用传统夯筑方法所建造的房屋也存在着不可避免的缺陷。夯土墙体所用的土体材料强度低，在极限荷载作用下常发生脆性破坏。土体的防水、防潮性能也较弱，容易发生风蚀剥落、墙根盐蚀等破坏，致使耐久性差。传统的夯土民居大多存在于我国的贫困农村地区，房屋在建造过程中，土料选取随意，也不注意控制含水率，夯筑工具简陋，导致夯击能量不足，这些施工的质量问题会使房屋安全性能大打折扣。再者，农村建房大多为农民自筹自建，没有经过正规的设计，再加上农民抗震意识淡薄，房屋基本上没有任何抗震构造措施，房屋整体性往往较差。

现代夯土建筑就是针对传统夯土建筑中所存在的夯土材料性能差、夯筑工具简陋、夯筑施工质量不过关和缺乏必要的专业设计等缺点，对夯土材料性能进行改良，同时运用现代化建造工艺并结合专业建筑结构设计，同步提升夯土建筑安全性能。本文在基本保证夯土建筑生态环保这一优势的前提下，对夯土材料性能优化，以提高其抗压强度为目标，针对性地对夯土材料的改良机理、配合比进行研究，通过不同改性配比的夯土墙体材料的立方体抗压性能试验与棱柱体轴心抗压性能试验，对比不同配比的试验现象以及数据分析，了解其破坏机理，为后期的试验研究提供一定的试验数据积累。

夯土建筑就是采用自然的生土材料，通过夯击技术密实土体来建造的房屋。随着十九世纪现代化工业的快速发展，夯土建筑逐渐淡出了人们的视野，取而代之的是钢筋混凝土结构建筑与钢结构建筑，而这些现代化建筑在建造过程中所需要大量的混凝土、钢材等建筑材料则要消耗大量的自然资源和能源，同时还产生大量的废水、废气、废渣等污染物。直到二十世纪七十年代的第一次全球能源危机，随着人们生态保护意识的提升，夯土建筑凭借其自身绿色环保的优点，使得人们开始重新审视夯土建筑。自二十世纪八十年代以来，欧美发达国家越来越重视夯土建筑，陆续有大量以夯土为主题的公共建筑问世，即使是科技发达的今天，夯土建筑在现代建筑中仍扮演着重要角色。

我国是一个历史悠久的国家，生土建筑作为最古老的传统建筑之一在我国一直有着延续与发展。从原始的板筑城垣到万里长城，从穴居窑洞到福建土楼，这些都离不开夯土技术。然而，由于我国经济发展的不平衡，城市发展与乡村发展差距被拉大，城市里现代化的高楼大厦与乡村里的简陋土房形成鲜明对比，夯土建筑在我国近乎成为了贫穷落后的代名词，现存大量的夯土建筑，主要分布于黄土高原、青藏高原、川西、滇北以及闽粤的农村贫困地区。

从上世纪八十年代，我国开始重视与保护这些传统夯土建筑，但主要是从历史建筑保护和文化传承的角度来研究。近年来，我国大力发展科技创新，积极发展绿色建筑与节能建筑，促進建设资源节约型社会和环境友好型社会。在我国高速城镇化的进程中，探索和发掘中国传统民居中的绿色建筑经验，有效合理利用自然资源，减少不必要的能源消耗是我国实现可持续发展战略方针的重要途径。夯土建筑作为我国传统民居的重要组成部分，仍可用于解决人们的居住问题。大力发展夯土建筑，一方面可以解决人民群众的住房条件，另一方面也是对我国地域文化进行的有效保护。

夯土建筑尽管绿色环保，但也面临着许许多多的问题：

（1）夯土材料自身的材料强度低以及耐久性差。我国幅员辽阔，受地域、气候因素的影响，全国各地所用的土料不尽相同，但通病就是材料强度低，延性很差，地震时夯土墙体容易出现受压破坏。土体的耐久性差，一方面表现在夯土墙体在干燥过程中的干缩现象，干燥速度越快，干缩裂缝越大，容易造成土体的内部空腔和墙体的变形;另一方面表现在雨水的侵蚀致使墙体吸水膨胀产生土体剥离，以及墙体根部容易碱蚀剥落。

（2）施工工艺粗糙落后。夯土建筑大多存在于我国农村地区，工匠水平参差不齐，但整体水平偏低。在房屋夯筑过程中，一是土料选取随意，不加筛选，导致土料内含有大量杂质;二是夯筑工具简陋，造成墙体夯筑密实度不够;三是土料的含水率没有进行严格控制，水分偏少则土体粘结度不够，水分偏多则墙体干缩裂缝较多;四是夯筑后不注意墙体的养护，夯筑后直接暴晒，致使墙体出现严重的干缩裂缝。这些不足极易造成安全隐患。

（3）缺乏专业的设计指导，房屋整体结构松散。夯土民居大多为农民自筹自建，其防灾减灾的安全意识淡薄，房屋基本上没有任何抗震构造措施，墙体内没有设置圈梁与木柱，纵横墙体之间也缺乏必要连接，在地震作用下，极易出现墙体外闪、滑移，严重时可能会造成整体倒塌。

综上所述，夯土建筑虽然节能环保，居住舒适，但是由于其力学性能较差，防水、耐久性欠缺，再加上夯土民居多以农民自建，缺乏专业技术的支持，导致结构整体较差，房屋抗震性能较弱，历次地震破坏非常严重，难以满足现代人们的居住需求。如何有效地扬长避短，通过技术改良，提升夯土建筑的安全性能，是现代夯土建筑所面临的问题。

现代夯土建筑就是针对传统夯土建筑其力学性能较差，防水、耐久性欠缺，整体结构松散，房屋抗震性能较差的缺陷，运用现代化科学技术手段来改善这些不足。现代夯土建筑的发展并不是对传统夯土建筑的全面否定，而是对其取长补短。运用先进的科学技术，因地制宜，就地取材，继续发挥其材料本身蓄能隔热、与自然环境协调、可循环利用等优点，同时针对性地对施工工艺进行提升、结合科学专业的规范设计以及对夯土材料进行改良，这是现代夯土建筑发展的主要方向。

（作者单位：西安建筑科技大学）