生土建筑再生设计研究

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摘要:以传统的生土建筑为研究对象,从生土建筑的特点及目前所面临的问题进行分析总结,结合我国实际情况,在生态文明的视域下紧跟时代脚步,对生土建筑进行再生设计,在空间优化、加强结构设计、提高材料性能和强化管理等方面开展探索,建造满足当代居住使用要求的新生土建筑,为我国生土建筑的进一步发展提供依据。

关键词:生土建筑;生态文明;再生设计

随着城市化进程的快速发展,社会能源的不断消耗带来了诸多的环境与生态问题。在十三届全国人民代表大会第二次会议上,强调:坚持以加强生态建设为战略重点,探索生态优先、绿色发展的优质发展新途径。生土建筑因其独特的物理性能,不仅拥有保温隔热、调节室内空气温湿度的能力,还有就地取材方便、成本低廉、维护简单、低能耗、绿色环保等优点[1]。尽管专家从多角度肯定了生土建筑建筑的优点,然而传统生土建筑自重大、墙体强度低、抗震不利、耐久性差、室内采光通风效果不佳等问题成为人们所抛弃的主要原因。如何在生态文明背景下,对传统生土建筑进行再生设计,改善人们的人居环境,推动生态系统走向平衡,走可持续发展道路,成为了我国乡村人居环境必须面对的研究课题。

1生土建筑

生土建筑指主要用未焙烧的黄土、粘土或者仅仅简单加工的原生土作为主体材料,辅以石头、木、草等混合形成主体节构的一种建筑形式[2]。生土建筑不仅在我国,在全球范围内也是历史悠久、分布广泛,我国的生土建筑主要分为覆土式和独立式两大类。覆土式生土建筑是指一部分或者全部被原生土覆盖,比如地室、窑洞等;独立式生土建筑是指由土坯砌筑或者夯土建造的不被原生土覆盖的独立式结构,比如土坯房、土楼等。不管是生土建筑的类型还是规模上,我国都算是一个生土建筑大国,目前仍有约6000万人居住在各种样式的生土建筑中[1]。同时,生土建筑的适应性极强,可以融入当地的生态环境,承载不同地区的特色文化,造就了像黄土窑洞、新疆阿以旺、福建土楼等各具特色的生土建筑[3]。

2生土建筑的特点及存在的问题

2.1生土建筑的特点。生土作为建造房子的材料在世界各地已经沿袭了上千年,从生态的角度来讲,这种建造材料建造出来的建筑有着其他建筑无法比拟的优势。2.1.1覆盖面广、形式多样。生土建筑是我国传统建筑中的重要组成部分,我国的生土建筑分布广泛,分布在各个气候区和省份[4]。我国幅员辽阔,受气候、地形、文化等诸多复杂因素的影响,在各民族劳动人民长期的实践下,为适应当地的生态环境,因此形成了多种样式的生土建筑。2.1.2因地制宜、易于取材。生土建筑建造材料来源广泛,很容易找到适合盖房子需要的土料,可根据不同地区生土土壤状况就地取材,取材方便的同时大大降低了建造材料在搬运过程中人力物力的浪费和能源的损耗。生土建筑一般会依据当地的自然状况、符合当地人文环境要求[5],进行适应性建造。2.1.3施工简单、造价低廉。生土建筑因其结构较为简单,不需要进行正规的设计,一般只是根据老匠人的经验来建造,也不需要复杂的工具,由当地的农民自己准备工具、自己完成建造。生土建筑材料也相对简单,主要材料是土、木、石,以土料作为墙体,以砖石作为基础、以木作为结构来确保建筑的稳固性和安全性,人力物力成本较少,据统计,我国生土建筑的造价仅为普通砖砌建筑的20%[4]。2.1.4保温节能、绿色环保。生土建筑因其建造材料的独特物理性能,蓄热能力和传热性能都很优异,生土建筑墙体可以储蓄白天接收到的太阳热量,然后在晚上释放热量,能有效地调节室内温度,使生土建筑具有冬暖夏凉的效果。生土建筑墙体多孔隙,因此透气性良好,具备吸收潮气的功效,有效调节室内的湿度,同时墙体还具有吸声、防火的性能。生土建筑的生命之旅属于“取之于土、形之于土、归之于土”的生态循环过程。在建造之初使用的都是天然材料,对环境破坏极小;建造过程中也不会产生大量的建筑垃圾;因其具有良好的冬暖夏凉的舒适性,在使用中还可以减少取暖和降温的能耗,节约能源;生土建筑在使用的过程中有固氮的能力,在其使用寿命尽头可以将墙体粉碎作为肥料回归田里增加肥力,也可以对土料再次筛选重新作为建造生土建筑的材料。因此,生土建筑的可循环利用不仅有利于环境保护和生态平衡,还符合生态文明的可持续发展。2.2生土建筑存在的问题。生土建筑历经沧桑,为人类提供遮风避雨的场所,随着时代的发展,人民对于生活质量的高要求,生土建筑已经不能满足现代人们的生活使用需求,其使用体验也越来越差。2.2.1室内空间受限。由于材料性能和施工技术的限制,传统生土建筑体量一般较小,开间设置也较小,平面布置一般采用一字型建造,中间为客堂,两端为卧房,空间布置受到限制,无法满足现代生活需求[4]。生产性辅助用房通常会直接搭建在原有建筑上,造成生土建筑的平、立面布局不规则,同时对空间的使用也不便。2.2.2室内环境差。既有生土建筑一般比较低矮,覆土式生土建筑由于其部分或是全部都掩埋在土层下,只能在朝阳的单面开窗,独立式生土建筑因为其整体性结构强度较低,开窗会较小,无法接收大量的日光和形成有效的自然通风,因此会出现室内采光通风效果不佳、容易起尘等现象,在以烧柴为主要生活能源的地区,更会因为排烟不畅造成室内空气质量恶化,影响人们身体健康。2.2.3建造质量差。长期以来,生土建筑的建造缺乏科学的专业理论指导,人们对建造材料的性能缺乏足够的认识,施工主要依靠建造人员的施工经验,因此质量较难把握。其中,生土建筑自重大,建造结构体系较为简单也是造成生土建筑质量差的主要原因,在遭受地基不均匀沉降或者自然灾害时其抗弯、抗剪、抗折强度低,耐久性能较差,易发生墙体断裂、倒塌等危险。

3生土建筑再生设计策略

在生态文明视域下,要遵循以人为本,自然和谐共生,适应再利用,地域性,生态美学等原则为基础,结合各地区的不同气候、地形地貌,对土的存在方式进行确定,设计出生态环保的现代生土建筑。3.1科学选址。新生土建筑在建造选址时不能像传统生土建筑建造时那样一味地追求风水好,而忽略安全因素。选址应该科学、有根据,在专业人士的指导下和相关部门的配合下,避免在地质灾害易发区和低洼地段等处选址建房。3.2优化空间设计传统生土建筑的小开间,一字型住房空间布置已不能满足现代生活需求,我们不得不考虑传统生土建筑的功能空间再设置问题。向心性的平面设计是一种由城市住宅户型转化而来的,重新优化的空间设计不仅提高了空间利用程度,还可以满足大部分人的使用习惯和需求。据相关研究表明,围绕主要空间布置功能性房间的向心性设计,能有效的防止室内热量快速散失,改善室内热环境[6]。3.3加强结构设计。3.3.1基础地面设计。万层高楼起于平地,基础的重要性不言而喻。传统生土建筑因受到各方面的限制,常常会有不均匀沉降、地面受潮渗水的情况发生,既有居住安全隐患的存在又会影响生活质量。新生土建筑在建造前对建造区域的土质的承载强度进行认真论证,建造时要对基础的土质进行夯实,也可以采用当地周边的毛石来增加基础的稳定性。处理松散的地基时可以适当添加一些固化剂,不仅可以提高基础的抗压强度、抗渗性和水稳定性,而且还不会对生态性造成破坏[7]。3.3.2承重结构设计。承重结构是生土建筑的重要骨架,是房屋稳定性的重要保证。传统生土建筑多采用木架构体系和土木混合体系的承重结构,连接处理也较为简单,稳定性较差,在发生地震时会造成极大的损失。新时代生土建筑在采用木架构承重体系时,木架构各个组件可以采用连接性较好的牢靠的榫卯结构,避免简单的铁钉连接;还应给木架构预留足够的形变空间,避免填充土墙与木框架发生碰撞造成结构破坏。当采用土木混合结构体系的时候,墙体承受木梁的部分要局部加强,避免墙体因局部受到过大压强而被破坏[8]。为确保横墙与纵墙的可靠连接可运用新材料设置多道圈梁,增强墙体的稳定性,避免墙体在地震的作用下发生失稳破坏。3.3.3围护结构设计。围护结构的热损失占建筑热损失的绝大部分,增强围护结构的保温蓄热性和整体性,对提高室内热环境舒适性和生土建筑的安全性具有非常重要的作用[9]。因此,提高围护墙体保温性可以考虑增加墙体的厚度,增大热阻,减少冬季热损失。其次,改善建造材料性质,可在生土材料中掺加一些保温材料颗粒,再进行夯实,可增加墙体的热阻,减少传热。采用多层玻璃门窗,门窗框架和墙壁之间的间隙可以填充诸如橡胶条之类的材料,以改善生土建筑的密封性,减少冷空气的侵袭造成热量散失。最后,减少不必要的开洞,控制合适的窗墙比、体形系数以减少对外散失热量。同样还可以利用砖材对墙体包面,或使用混合砂浆等抗冲刷材料进行抹墙,进一步提高围护结构的保温性能和抗雨水冲刷的能力。3.3.4顶层设计。屋顶作为建筑的第五立面,有着非常重要的作用,如何再生设计生土建筑的顶层来增加生土建筑的整体性、提高热工性能和改善采光通风是至关重要的[10]。整体强度上可以利用现阶段的先进建材作为支撑骨架,再覆以土料或者采用悬挑式屋顶来保持传统文化特色,同时还可以保护墙体不受雨水的侵袭;热工性能上可以在顶层铺设保温材料,或者在屋顶下设置吊顶形成空气间层增加保温;采光通风上,在顶层增设明瓦或者可开启玻璃天窗,既可以增加采光又可以改善通风不畅的问题[11]。3.4提高材料性能。我们现在可以运用物理手段和化学方法技术手段可以提高建筑材料的性能。对土料成分进行分析,在素土中参入植物纤维,调整建造用土的配比,得出土料夯实的最优级配,通过对含水率的控制和机械夯击的力量控制提高土料抗剪、抗压、抗弯性能[1]。在土料中添加适量的保温颗粒、固化剂和防水组分,形成改性土料,提高墙体的保温隔热性能,同时解决生土墙体的耐水性差、抗冻性差等问题[7]。3.5强化施工管理生土建筑的建造不能在仅仅依靠经验,还需要科学有效的管理。建造材料不随意从耕田或堆积土中取用,需要认真甄别和筛选,去除土质中的有机质[11]。在土坯墙砌筑中,要规范施工,土坯尺寸标准模数化,砌筑时要错缝搭接,灰缝饱满。改进施工筑造所使用的器械,采用抗击能力更强、更耐用的合金模板,夯筑工具采用电气化工具,比如电镐、气动电锤等,提高施工精度和效率,建造出来的房屋不管是外观上的还是整体安全性上都有很多的提高[1]。完善施工体系,培养专业的施工队伍,加强专业性的指导,制定相应的施工规范,鼓励当地村民互助自建,这样不仅解决了人工方面的不确定性,节约了成本,而且又培养了一批建造工匠。

4结语

如今,现代化和城镇化考验着生土建筑建筑的可持续发展,使其面临着衰败甚至消亡的危机[12]。生土建筑作为一种低成本、低能耗的绿色环保建筑,其价值不应该被否定,面对社会条件的巨变,它急需调整自身以适应新的环境。在生态文明背景下对生土建筑建筑再生设计进行探究,在科学选址、空间优化、结构加强、材料性能提高、强化管理等方面提出一些具体策略,让生土建筑重新焕发活力。将现代结构体系和施工方式与传统生土建筑相结合,发扬生土建造的生态绿色优势,在功能上满足现代人们的生活需求,在技术上体现现代工业的特点,在形式上保留民族文化记忆。

作者:喻鹏 王志勇 周明畅 段立英 单位:湖南工业大学