生土建筑再生設(shè)計(jì)研究

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摘要:以傳統(tǒng)的生土建筑為研究對(duì)象,從生土建筑的特點(diǎn)及目前所面臨的問題進(jìn)行分析總結(jié),結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況,在生態(tài)文明的視域下緊跟時(shí)代腳步,對(duì)生土建筑進(jìn)行再生設(shè)計(jì),在空間優(yōu)化、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高材料性能和強(qiáng)化管理等方面開展探索,建造滿足當(dāng)代居住使用要求的新生土建筑,為我國(guó)生土建筑的進(jìn)一步發(fā)展提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞:生土建筑;生態(tài)文明;再生設(shè)計(jì)

隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展,社會(huì)能源的不斷消耗帶來(lái)了諸多的環(huán)境與生態(tài)問題。在十三屆全國(guó)人民代表大會(huì)第二次會(huì)議上,強(qiáng)調(diào):堅(jiān)持以加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)為戰(zhàn)略重點(diǎn),探索生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的優(yōu)質(zhì)發(fā)展新途徑。生土建筑因其獨(dú)特的物理性能,不僅擁有保溫隔熱、調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫濕度的能力,還有就地取材方便、成本低廉、維護(hù)簡(jiǎn)單、低能耗、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[1]。盡管專家從多角度肯定了生土建筑建筑的優(yōu)點(diǎn),然而傳統(tǒng)生土建筑自重大、墻體強(qiáng)度低、抗震不利、耐久性差、室內(nèi)采光通風(fēng)效果不佳等問題成為人們所拋棄的主要原因。如何在生態(tài)文明背景下,對(duì)傳統(tǒng)生土建筑進(jìn)行再生設(shè)計(jì),改善人們的人居環(huán)境,推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)走向平衡,走可持續(xù)發(fā)展道路,成為了我國(guó)鄉(xiāng)村人居環(huán)境必須面對(duì)的研究課題。

1生土建筑

生土建筑指主要用未焙燒的黃土、粘土或者僅僅簡(jiǎn)單加工的原生土作為主體材料,輔以石頭、木、草等混合形成主體節(jié)構(gòu)的一種建筑形式[2]。生土建筑不僅在我國(guó),在全球范圍內(nèi)也是歷史悠久、分布廣泛,我國(guó)的生土建筑主要分為覆土式和獨(dú)立式兩大類。覆土式生土建筑是指一部分或者全部被原生土覆蓋,比如地室、窯洞等;獨(dú)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蓋的獨(dú)立式結(jié)構(gòu),比如土坯房、土樓等。不管是生土建筑的類型還是規(guī)模上,我國(guó)都算是一個(gè)生土建筑大國(guó),目前仍有約6000萬(wàn)人居住在各種樣式的生土建筑中[1]。同時(shí),生土建筑的適應(yīng)性極強(qiáng),可以融入當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境,承載不同地區(qū)的特色文化,造就了像黃土窯洞、新疆阿以旺、福建土樓等各具特色的生土建筑[3]。

2生土建筑的特點(diǎn)及存在的問題

2.1生土建筑的特點(diǎn)。生土作為建造房子的材料在世界各地已經(jīng)沿襲了上千年,從生態(tài)的角度來(lái)講,這種建造材料建造出來(lái)的建筑有著其他建筑無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。2.1.1覆蓋面廣、形式多樣。生土建筑是我國(guó)傳統(tǒng)建筑中的重要組成部分,我國(guó)的生土建筑分布廣泛,分布在各個(gè)氣候區(qū)和省份[4]。我國(guó)幅員遼闊,受氣候、地形、文化等諸多復(fù)雜因素的影響,在各民族勞動(dòng)人民長(zhǎng)期的實(shí)踐下,為適應(yīng)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境,因此形成了多種樣式的生土建筑。2.1.2因地制宜、易于取材。生土建筑建造材料來(lái)源廣泛,很容易找到適合蓋房子需要的土料,可根據(jù)不同地區(qū)生土土壤狀況就地取材,取材方便的同時(shí)大大降低了建造材料在搬運(yùn)過程中人力物力的浪費(fèi)和能源的損耗。生土建筑一般會(huì)依據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粻顩r、符合當(dāng)?shù)厝宋沫h(huán)境要求[5],進(jìn)行適應(yīng)性建造。2.1.3施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉。生土建筑因其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,不需要進(jìn)行正規(guī)的設(shè)計(jì),一般只是根據(jù)老匠人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)建造,也不需要復(fù)雜的工具,由當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民自己準(zhǔn)備工具、自己完成建造。生土建筑材料也相對(duì)簡(jiǎn)單,主要材料是土、木、石,以土料作為墻體,以磚石作為基礎(chǔ)、以木作為結(jié)構(gòu)來(lái)確保建筑的穩(wěn)固性和安全性,人力物力成本較少,據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)生土建筑的造價(jià)僅為普通磚砌建筑的20%[4]。2.1.4保溫節(jié)能、綠色環(huán)保。生土建筑因其建造材料的獨(dú)特物理性能,蓄熱能力和傳熱性能都很優(yōu)異,生土建筑墻體可以儲(chǔ)蓄白天接收到的太陽(yáng)熱量,然后在晚上釋放熱量,能有效地調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度,使生土建筑具有冬暖夏涼的效果。生土建筑墻體多孔隙,因此透氣性良好,具備吸收潮氣的功效,有效調(diào)節(jié)室內(nèi)的濕度,同時(shí)墻體還具有吸聲、防火的性能。生土建筑的生命之旅屬于“取之于土、形之于土、歸之于土”的生態(tài)循環(huán)過程。在建造之初使用的都是天然材料,對(duì)環(huán)境破壞極小;建造過程中也不會(huì)產(chǎn)生大量的建筑垃圾;因其具有良好的冬暖夏涼的舒適性,在使用中還可以減少取暖和降溫的能耗,節(jié)約能源;生土建筑在使用的過程中有固氮的能力,在其使用壽命盡頭可以將墻體粉碎作為肥料回歸田里增加肥力,也可以對(duì)土料再次篩選重新作為建造生土建筑的材料。因此,生土建筑的可循環(huán)利用不僅有利于環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡,還符合生態(tài)文明的可持續(xù)發(fā)展。2.2生土建筑存在的問題。生土建筑歷經(jīng)滄桑,為人類提供遮風(fēng)避雨的場(chǎng)所,隨著時(shí)代的發(fā)展,人民對(duì)于生活質(zhì)量的高要求,生土建筑已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代人們的生活使用需求,其使用體驗(yàn)也越來(lái)越差。2.2.1室內(nèi)空間受限。由于材料性能和施工技術(shù)的限制,傳統(tǒng)生土建筑體量一般較小,開間設(shè)置也較小,平面布置一般采用一字型建造,中間為客堂,兩端為臥房,空間布置受到限制,無(wú)法滿足現(xiàn)代生活需求[4]。生產(chǎn)性輔助用房通常會(huì)直接搭建在原有建筑上,造成生土建筑的平、立面布局不規(guī)則,同時(shí)對(duì)空間的使用也不便。2.2.2室內(nèi)環(huán)境差。既有生土建筑一般比較低矮,覆土式生土建筑由于其部分或是全部都掩埋在土層下,只能在朝陽(yáng)的單面開窗,獨(dú)立式生土建筑因?yàn)槠湔w性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低,開窗會(huì)較小,無(wú)法接收大量的日光和形成有效的自然通風(fēng),因此會(huì)出現(xiàn)室內(nèi)采光通風(fēng)效果不佳、容易起塵等現(xiàn)象,在以燒柴為主要生活能源的地區(qū),更會(huì)因?yàn)榕艧煵粫吃斐墒覂?nèi)空氣質(zhì)量惡化,影響人們身體健康。2.2.3建造質(zhì)量差。長(zhǎng)期以來(lái),生土建筑的建造缺乏科學(xué)的專業(yè)理論指導(dǎo),人們對(duì)建造材料的性能缺乏足夠的認(rèn)識(shí),施工主要依靠建造人員的施工經(jīng)驗(yàn),因此質(zhì)量較難把握。其中,生土建筑自重大,建造結(jié)構(gòu)體系較為簡(jiǎn)單也是造成生土建筑質(zhì)量差的主要原因,在遭受地基不均勻沉降或者自然災(zāi)害時(shí)其抗彎、抗剪、抗折強(qiáng)度低,耐久性能較差,易發(fā)生墻體斷裂、倒塌等危險(xiǎn)。

3生土建筑再生設(shè)計(jì)策略

在生態(tài)文明視域下,要遵循以人為本,自然和諧共生,適應(yīng)再利用,地域性,生態(tài)美學(xué)等原則為基礎(chǔ),結(jié)合各地區(qū)的不同氣候、地形地貌,對(duì)土的存在方式進(jìn)行確定,設(shè)計(jì)出生態(tài)環(huán)保的現(xiàn)代生土建筑。3.1科學(xué)選址。新生土建筑在建造選址時(shí)不能像傳統(tǒng)生土建筑建造時(shí)那樣一味地追求風(fēng)水好,而忽略安全因素。選址應(yīng)該科學(xué)、有根據(jù),在專業(yè)人士的指導(dǎo)下和相關(guān)部門的配合下,避免在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)和低洼地段等處選址建房。3.2優(yōu)化空間設(shè)計(jì)傳統(tǒng)生土建筑的小開間,一字型住房空間布置已不能滿足現(xiàn)代生活需求,我們不得不考慮傳統(tǒng)生土建筑的功能空間再設(shè)置問題。向心性的平面設(shè)計(jì)是一種由城市住宅戶型轉(zhuǎn)化而來(lái)的,重新優(yōu)化的空間設(shè)計(jì)不僅提高了空間利用程度,還可以滿足大部分人的使用習(xí)慣和需求。據(jù)相關(guān)研究表明,圍繞主要空間布置功能性房間的向心性設(shè)計(jì),能有效的防止室內(nèi)熱量快速散失,改善室內(nèi)熱環(huán)境[6]。3.3加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.3.1基礎(chǔ)地面設(shè)計(jì)。萬(wàn)層高樓起于平地,基礎(chǔ)的重要性不言而喻。傳統(tǒng)生土建筑因受到各方面的限制,常常會(huì)有不均勻沉降、地面受潮滲水的情況發(fā)生,既有居住安全隱患的存在又會(huì)影響生活質(zhì)量。新生土建筑在建造前對(duì)建造區(qū)域的土質(zhì)的承載強(qiáng)度進(jìn)行認(rèn)真論證,建造時(shí)要對(duì)基礎(chǔ)的土質(zhì)進(jìn)行夯實(shí),也可以采用當(dāng)?shù)刂苓叺拿瘉?lái)增加基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。處理松散的地基時(shí)可以適當(dāng)添加一些固化劑,不僅可以提高基礎(chǔ)的抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性和水穩(wěn)定性,而且還不會(huì)對(duì)生態(tài)性造成破壞[7]。3.3.2承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。承重結(jié)構(gòu)是生土建筑的重要骨架,是房屋穩(wěn)定性的重要保證。傳統(tǒng)生土建筑多采用木架構(gòu)體系和土木混合體系的承重結(jié)構(gòu),連接處理也較為簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性較差,在發(fā)生地震時(shí)會(huì)造成極大的損失。新時(shí)代生土建筑在采用木架構(gòu)承重體系時(shí),木架構(gòu)各個(gè)組件可以采用連接性較好的牢靠的榫卯結(jié)構(gòu),避免簡(jiǎn)單的鐵釘連接;還應(yīng)給木架構(gòu)預(yù)留足夠的形變空間,避免填充土墻與木框架發(fā)生碰撞造成結(jié)構(gòu)破壞。當(dāng)采用土木混合結(jié)構(gòu)體系的時(shí)候,墻體承受木梁的部分要局部加強(qiáng),避免墻體因局部受到過大壓強(qiáng)而被破壞[8]。為確保橫墻與縱墻的可靠連接可運(yùn)用新材料設(shè)置多道圈梁,增強(qiáng)墻體的穩(wěn)定性,避免墻體在地震的作用下發(fā)生失穩(wěn)破壞。3.3.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱損失占建筑熱損失的絕大部分,增強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫蓄熱性和整體性,對(duì)提高室內(nèi)熱環(huán)境舒適性和生土建筑的安全性具有非常重要的作用[9]。因此,提高圍護(hù)墻體保溫性可以考慮增加墻體的厚度,增大熱阻,減少冬季熱損失。其次,改善建造材料性質(zhì),可在生土材料中摻加一些保溫材料顆粒,再進(jìn)行夯實(shí),可增加墻體的熱阻,減少傳熱。采用多層玻璃門窗,門窗框架和墻壁之間的間隙可以填充諸如橡膠條之類的材料,以改善生土建筑的密封性,減少冷空氣的侵襲造成熱量散失。最后,減少不必要的開洞,控制合適的窗墻比、體形系數(shù)以減少對(duì)外散失熱量。同樣還可以利用磚材對(duì)墻體包面,或使用混合砂漿等抗沖刷材料進(jìn)行抹墻,進(jìn)一步提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能和抗雨水沖刷的能力。3.3.4頂層設(shè)計(jì)。屋頂作為建筑的第五立面,有著非常重要的作用,如何再生設(shè)計(jì)生土建筑的頂層來(lái)增加生土建筑的整體性、提高熱工性能和改善采光通風(fēng)是至關(guān)重要的[10]。整體強(qiáng)度上可以利用現(xiàn)階段的先進(jìn)建材作為支撐骨架,再覆以土料或者采用懸挑式屋頂來(lái)保持傳統(tǒng)文化特色,同時(shí)還可以保護(hù)墻體不受雨水的侵襲;熱工性能上可以在頂層鋪設(shè)保溫材料,或者在屋頂下設(shè)置吊頂形成空氣間層增加保溫;采光通風(fēng)上,在頂層增設(shè)明瓦或者可開啟玻璃天窗,既可以增加采光又可以改善通風(fēng)不暢的問題[11]。3.4提高材料性能。我們現(xiàn)在可以運(yùn)用物理手段和化學(xué)方法技術(shù)手段可以提高建筑材料的性能。對(duì)土料成分進(jìn)行分析,在素土中參入植物纖維,調(diào)整建造用土的配比,得出土料夯實(shí)的最優(yōu)級(jí)配,通過對(duì)含水率的控制和機(jī)械夯擊的力量控制提高土料抗剪、抗壓、抗彎性能[1]。在土料中添加適量的保溫顆粒、固化劑和防水組分,形成改性土料,提高墻體的保溫隔熱性能,同時(shí)解決生土墻體的耐水性差、抗凍性差等問題[7]。3.5強(qiáng)化施工管理生土建筑的建造不能在僅僅依靠經(jīng)驗(yàn),還需要科學(xué)有效的管理。建造材料不隨意從耕田或堆積土中取用,需要認(rèn)真甄別和篩選,去除土質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)[11]。在土坯墻砌筑中,要規(guī)范施工,土坯尺寸標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)化,砌筑時(shí)要錯(cuò)縫搭接,灰縫飽滿。改進(jìn)施工筑造所使用的器械,采用抗擊能力更強(qiáng)、更耐用的合金模板,夯筑工具采用電氣化工具,比如電鎬、氣動(dòng)電錘等,提高施工精度和效率,建造出來(lái)的房屋不管是外觀上的還是整體安全性上都有很多的提高[1]。完善施工體系,培養(yǎng)專業(yè)的施工隊(duì)伍,加強(qiáng)專業(yè)性的指導(dǎo),制定相應(yīng)的施工規(guī)范,鼓勵(lì)當(dāng)?shù)卮迕窕ブ越?這樣不僅解決了人工方面的不確定性,節(jié)約了成本,而且又培養(yǎng)了一批建造工匠。

4結(jié)語(yǔ)

如今,現(xiàn)代化和城鎮(zhèn)化考驗(yàn)著生土建筑建筑的可持續(xù)發(fā)展,使其面臨著衰敗甚至消亡的危機(jī)[12]。生土建筑作為一種低成本、低能耗的綠色環(huán)保建筑,其價(jià)值不應(yīng)該被否定,面對(duì)社會(huì)條件的巨變,它急需調(diào)整自身以適應(yīng)新的環(huán)境。在生態(tài)文明背景下對(duì)生土建筑建筑再生設(shè)計(jì)進(jìn)行探究,在科學(xué)選址、空間優(yōu)化、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)、材料性能提高、強(qiáng)化管理等方面提出一些具體策略,讓生土建筑重新煥發(fā)活力。將現(xiàn)代結(jié)構(gòu)體系和施工方式與傳統(tǒng)生土建筑相結(jié)合,發(fā)揚(yáng)生土建造的生態(tài)綠色優(yōu)勢(shì),在功能上滿足現(xiàn)代人們的生活需求,在技術(shù)上體現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)的特點(diǎn),在形式上保留民族文化記憶。

作者:喻鵬 王志勇 周明暢 段立英 單位:湖南工業(yè)大學(xué)