生态文明建设背景下我国生土建筑抗震性能研究

邓金鹏

甘肃工业职业技术学院

1 引言

在传统的村落或偏远城镇中，生土建筑是比较传统的建筑方式，用以进行建筑的原材料生土是没有经过焙烧的，常常在经过简单加工之后便可以用以建筑。生土经常在经过居民们的简单加工后便可以使用，由于其所具有的就地取材，低耗能低污染等特点而被广为使用，但生土建筑抗震性能极差，地震时很容易造成巨大的破坏。在当前生态文明环境的建设之下，为了提高本土生态文明特色，对一些生土建筑进行加固便有着重要意义。

2 生土建筑的概况

和现代钢筋混凝土为原材料所建立的高楼大厦相比较，生土建筑无论从取材或是筑建方面都显得十分便捷简单。其中，生土建筑体现了人类千百年间对于地域气候和生态环境的适应与改变，是最原始、最具生态理念的建筑。经过具体调查得出大部分的生土建筑住宅空间十分有限，采光性能也并不强，最重要的是其抗震性能和防水性能极差，在这样的条件下，生土建筑逐渐被居民们所放弃，去追寻更稳固、安全的现代建筑。生土建筑的建造技艺学习主要依靠坊间居民口口相传，没有相应的书籍和资料记载过生土建筑的建筑方式与工法技艺。现代社会发展速度飞速，生土建筑的工法技艺也正在现代高楼大厦的包围之下悄然消失。由于生土建筑的施工特点与取材便捷，其有利于建设稳定的生态环境，在很大程度上非常符合我国当前所大力支持的低碳环保建设。生土材料中所包含着的围护结构热惰性具有调节温度的作用，保温性能比较突出的地方在于墙和窗户等围护结构，这种结构能够为居民提供冬暖夏凉的居住环境。这种在现代看来相对古老的建筑却拥有着超人的智慧和创造力，十分具有生态环保潜能。

3 各个类型生土建筑抗震结构特征

根据生土建筑的承重结构和承重方式，可以对比较常见的几种生土建筑进行分类划分。目前较为常见的生土建筑结构可以分为以下五种类型，木架承重型生土建筑、墙体承重型生土建筑、混合承重型生土建筑、窑洞以及土坯拱房。这些类型的生土建筑分布在全国各地，其中混合承重型生土建筑在宁夏银川平原一带出现的比较多且普遍，而且相对的建筑范围分布十分广泛。相对的，南部一些山区出现的生土建筑一般为窑洞或者墙体承重型生土建筑。下面以此五种类型为主，展开介绍。

3.1 木架承重型生土建筑

梁和柱在一般情况下是木架承重型生土建筑的支撑材料，各个节点之间所支撑的稳定程度和牢固程度直接决定了木架承重型生土建筑的承重能力和抗震能力。如果想要使得生土建筑横面抗震性能增加，那么最好选择穿斗木架结构。因为穿斗木架结构所具有的韧性与柔软材质都有非常良好的抗震作用。在大部分生土建筑中经常使用到的原材料为黄土，其黏合性较差，与梁和柱结合的部位缺少一定的黏合措施与抗震构造。所以当地震时受力方向以竖向为主时，墙体便会感受到压力，产生水平裂痕或直接断裂，如果振幅过大，还会产生墙体坍塌等情况的发生。当墙体在地震过程中多受到的压力为水平线，那么在地震的压力之下墙头便很容易产生“X”形的裂痕，若是墙体所受到的压力过大时，墙体便会产生45°的斜裂缝，严重的情况下还会产生墙角内扇及隔墙闪落等更具危险程度的情况。而部分地区会由于木材缺少的情况产生，所以便无法构建木架承重型生土建筑。

3.2 墙体承重型生土建筑

生土建筑的墙体承受了整个建筑的重量和压力，这样的建筑类型一般称为墙体承重型生土建筑，在大部分墙体承重生土建筑中，屋顶的建设材料一般都是采用梁或者檩条支撑的，所以对于荷载的重量十分集中。墙体承重能力的稳定和牢固程度都有着加强墙体承重型生土建筑的抗震性能的作用，而墙体的稳定强度与其建造的材料和工艺有着很大关系。在生土建筑施工之前，首先要选取合适的施工材料，若想保证生土建筑抗震性能强，必须在其修建工艺上采取更为细致的建造手法。为了使墙体建筑材料的黏合性够强，南方一些地区居民在修建生土建筑时便会在材料中添加糯米，以此来增加建筑承重墙体的黏性和抗震能力。因此提高生土建筑材料的黏合性与抗压性能对墙体承重型生土建筑来说，有着非常重要的作用。

3.3 混合承重型生土建筑

混合承重型生土建筑是指屋顶的建造方式是由木架承重型生土建筑结构与墙体承重生土建筑结构等几种不同类型的构造方式所结合起来的。混合型承重生土建筑同时具有了木架建筑结构与墙体承重结构的优点，但在真正遇到地震的时候反倒是其进行结合连接之处最先容易遭受到破坏，它们的连接点抗震能力极差，所以如果想加强混合承重型生土建筑的抗震能力，便可以从其结合之处切入，以修建更加稳固的结合点为目的进行相关研究，只要解决掉这一点，混合承重型生土建筑便是抗震能力比较强的一种结构。

3.4 窑洞

窑洞的建造方式相对其他来说较为简便，以土体挖空的形式来将一个完整的窑洞挖出来，从而产生室内空间。也正是因为这个原因，导致其抗震能力很差，在1920年的海原地震中，窑洞的坍塌率升到了百分之七十。窑洞的前半段也就是窑洞脸，由于其缺少充足的支撑能力，坍塌的几率比较大，对窑洞的窑脸和前端位置进行加固，能够直接保证其抗震性能转为稳定，这两个位置是窑洞保持稳定的关键位置。窑洞分布比较集中的地方在南海地区，由于窑洞所具有造价低廉，结构简单等特点，在一段时间内较为流行，成了大部分西海居民的首选建筑。

3.5 土坯拱房

土坯拱房是通过拱脚与墙壁之间的作用力将房顶支撑起来的，房顶的荷载重量也来自于此。拱顶所具有的垂直作用力和侧推力是墙体能够稳定的原因，一般情况下，墙体最需要的便是稳定性，墙体的基础稳定性能基本决定了最终建筑的抗震性能好坏。

4 生土建筑抗震构造措施

4.1 不同类型的生土建筑拥有不同的侧重点

木架承重型生土建筑能够拥有支撑力的原因是靠加强墙体与梁柱，一般施工者都会使用钢丝网和柳条来为支撑点进行加固，由于可以看出生土建筑在很多时候都是以一个有机的整体而存在的。靠设置圈梁和构造柱来增加墙体承重型生土建筑抗震和支撑，这样的方式有利于加强墙体的黏合程度，在面对地震时也不会像其他没有构造的生土建筑一样脆弱。除此之外，若想加强墙体黏合度，还可以通过在土中加入杂草碎渣或者黏性增强剂，这种方式可以增加墙体的整体黏合程度。混合结构生土建筑的建造方式与其他几种相差不大，可以在门洞或者窗户的位置设置过梁。最后一种生土建筑是土坯拱房，土坯拱房在建设时主要依靠加强墙体与拱形屋顶的连接强度，在建造过程中，可以采用钢筋等材料进行构建，并减轻屋顶荷载量，设置圈梁和构造柱。

4.2 具体部位的构建措施和要求

关于宅基地的选择方式最好采用科学的方式来进行，居民在选择之前要先根据地区地域特征和地质情况进行分析，再选择出最适合建造房屋的位置。以宁夏地区为例，宁夏一带的土质是典型的失陷性黄土地质地带，根据这一特点，在进行房屋建设时最好能够选择在平坦坚实的黄土塬中，并且需要地区能够正常用水排水。此外，在关于地基的选择方面要注意选择坚实的土质以保证生土建筑的稳定性。采用地圈梁的形式可以建设出更好的地基质量，对于基础条件有着非常重要的稳定作用，防止基础地基的不均匀沉降而对建筑造成一定的损失和伤害。如果经济预算较低，可以采用毛石、卵石为基础材料，在确定建筑宽度时，最好不要将宽度定得过小。房屋基础外表面可以做防水处理，以延长其使用寿命，保证房屋不被侵蚀。

4.3 结构体系

生土建筑的平面布局一般都是以规整想左右式房屋为主，均衡性和完整性是建设生土建筑时需要保证的结构，生土建筑不适合建造多层，也不能有过多的凸出和复杂结构。生土建筑墙体厚度也有一定的要求，其外墙厚度要在400mm以上，内墙厚度也要在250mm以上，房屋的结构建造以及总高度不同，所参考的房屋层高取值也有所不同。在进行房屋建筑时，需要保证单层房建高度不应超过4m，若高度超过这个数值，那么很容易造成建筑抗压能力不稳定。墙体的抗震能力可以通过抗震加固来实现，需要作为关键点的便是墙体的约束力，地震时墙体会受到很大的拉扯力从而会产生墙体裂缝或坍塌，这时之前所提供的墙体约束力便能很好地对剧烈晃动的墙里起到稳固牵扯的作用。除了墙体约束力，圈梁也是施工过程中可以加入其中的构造之一，将其应用至生土建筑中，也能十分有效地增强房屋的抗震性能。

4.4 墙体及各构建间的构造措施

构造柱的存在能够在地震来临时起到延缓房屋开裂的产生，在墙体的承载力达到了一定程度之后便可以产生房体塑型作用。构造柱的设置可以使普通墙体具有延伸性，延长墙体破坏时间。另外，构造柱可以在墙体受到侵蚀时起到支撑作用，在进行房屋建造时最好不要采用容易受到风雨侵蚀的构造柱，最好选择其他质量更佳的构造柱来进行建造，以此来提升生土建筑墙体的耐久性。构造柱与墙体进行连接时所接触的部位为连接点，连接点可以使用钢筋或者荆条来进行构造。墙体内1000mm 的位置为加固最佳位置，可以将钢筋或荆条筑入其中，也可以起到加固的作用。墙体内部水平和竖直方向的加强可以通过采用竹子、藤条、芦草、钢丝网等各种类型的材料来进行，从而提高生土建筑的抗震性能。

5 结束语

作为一种传统的民居，生土建筑工程在我国一些城镇仍有所存在，目前生土建筑在国内外皆有所研究并且也取得了一定的研究成果，但我国一些偏远山村对于生土建筑防震知识还是没有普及到。对于这种情况可以进行系统化的规范研究，再由专业人员深入至未完善防震装置的地区进行防震知识传授。在生态文明建设背景下，对于抗震性能较差的生土建筑房屋进行抗震加强是具有深刻意义的，只要采取科学的方式建设生土建筑，完全可以满足抗震需求，对于居民的安全居住起到了十分重要的作用。