生土建筑再生設計研究

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摘要:以傳統的生土建筑為研究對象,從生土建筑的特點及目前所面臨的問題進行分析總結,結合我國實際情況,在生態文明的視域下緊跟時代腳步,對生土建筑進行再生設計,在空間優化、加強結構設計、提高材料性能和強化管理等方面開展探索,建造滿足當代居住使用要求的新生土建筑,為我國生土建筑的進一步發展提供依據。

關鍵詞:生土建筑;生態文明;再生設計

隨著城市化進程的快速發展,社會能源的不斷消耗帶來了諸多的環境與生態問題。在十三屆全國人民代表大會第二次會議上,強調:堅持以加強生態建設為戰略重點,探索生態優先、綠色發展的優質發展新途徑。生土建筑因其獨特的物理性能,不僅擁有保溫隔熱、調節室內空氣溫濕度的能力,還有就地取材方便、成本低廉、維護簡單、低能耗、綠色環保等優點[1]。盡管專家從多角度肯定了生土建筑建筑的優點,然而傳統生土建筑自重大、墻體強度低、抗震不利、耐久性差、室內采光通風效果不佳等問題成為人們所拋棄的主要原因。如何在生態文明背景下,對傳統生土建筑進行再生設計,改善人們的人居環境,推動生態系統走向平衡,走可持續發展道路,成為了我國鄉村人居環境必須面對的研究課題。

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構的一種建筑形式[2]。生土建筑不僅在我國,在全球范圍內也是歷史悠久、分布廣泛,我國的生土建筑主要分為覆土式和獨立式兩大類。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立式結構,比如土坯房、土樓等。不管是生土建筑的類型還是規模上,我國都算是一個生土建筑大國,目前仍有約6000萬人居住在各種樣式的生土建筑中[1]。同時,生土建筑的適應性極強,可以融入當地的生態環境,承載不同地區的特色文化,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生土建筑的特點及存在的問題

2.1生土建筑的特點。生土作為建造房子的材料在世界各地已經沿襲了上千年,從生態的角度來講,這種建造材料建造出來的建筑有著其他建筑無法比擬的優勢。2.1.1覆蓋面廣、形式多樣。生土建筑是我國傳統建筑中的重要組成部分,我國的生土建筑分布廣泛,分布在各個氣候區和省份[4]。我國幅員遼闊,受氣候、地形、文化等諸多復雜因素的影響,在各民族勞動人民長期的實踐下,為適應當地的生態環境,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源廣泛,很容易找到適合蓋房子需要的土料,可根據不同地區生土土壤狀況就地取材,取材方便的同時大大降低了建造材料在搬運過程中人力物力的浪費和能源的損耗。生土建筑一般會依據當地的自然狀況、符合當地人文環境要求[5],進行適應性建造。2.1.3施工簡單、造價低廉。生土建筑因其結構較為簡單,不需要進行正規的設計,一般只是根據老匠人的經驗來建造,也不需要復雜的工具,由當地的農民自己準備工具、自己完成建造。生土建筑材料也相對簡單,主要材料是土、木、石,以土料作為墻體,以磚石作為基礎、以木作為結構來確保建筑的穩固性和安全性,人力物力成本較少,據統計,我國生土建筑的造價僅為普通磚砌建筑的20%[4]。2.1.4保溫節能、綠色環保。生土建筑因其建造材料的獨特物理性能,蓄熱能力和傳熱性能都很優異,生土建筑墻體可以儲蓄白天接收到的太陽熱量,然后在晚上釋放熱量,能有效地調節室內溫度,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,有效調節室內的濕度,同時墻體還具有吸聲、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”的生態循環過程。在建造之初使用的都是天然材料,對環境破壞極小;建造過程中也不會產生大量的建筑垃圾;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,生土建筑的可循環利用不僅有利于環境保護和生態平衡,還符合生態文明的可持續發展。2.2生土建筑存在的問題。生土建筑歷經滄桑,為人類提供遮風避雨的場所,隨著時代的發展,人民對于生活質量的高要求,生土建筑已經不能滿足現代人們的生活使用需求,其使用體驗也越來越差。2.2.1室內空間受限。由于材料性能和施工技術的限制,傳統生土建筑體量一般較小,開間設置也較小,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,無法滿足現代生活需求[4]。生產性輔助用房通常會直接搭建在原有建筑上,造成生土建筑的平、立面布局不規則,同時對空間的使用也不便。2.2.2室內環境差。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,只能在朝陽的單面開窗,獨立式生土建筑因為其整體性結構強度較低,開窗會較小,無法接收大量的日光和形成有效的自然通風,因此會出現室內采光通風效果不佳、容易起塵等現象,在以燒柴為主要生活能源的地區,更會因為排煙不暢造成室內空氣質量惡化,影響人們身體健康。2.2.3建造質量差。長期以來,生土建筑的建造缺乏科學的專業理論指導,人們對建造材料的性能缺乏足夠的認識,施工主要依靠建造人員的施工經驗,因此質量較難把握。其中,生土建筑自重大,建造結構體系較為簡單也是造成生土建筑質量差的主要原因,在遭受地基不均勻沉降或者自然災害時其抗彎、抗剪、抗折強度低,耐久性能較差,易發生墻體斷裂、倒塌等危險。

3生土建筑再生設計策略

在生態文明視域下,要遵循以人為本,自然和諧共生,適應再利用,地域性,生態美學等原則為基礎,結合各地區的不同氣候、地形地貌,對土的存在方式進行確定,設計出生態環保的現代生土建筑。3.1科學選址。新生土建筑在建造選址時不能像傳統生土建筑建造時那樣一味地追求風水好,而忽略安全因素。選址應該科學、有根據,在專業人士的指導下和相關部門的配合下,避免在地質災害易發區和低洼地段等處選址建房。3.2優化空間設計傳統生土建筑的小開間,一字型住房空間布置已不能滿足現代生活需求,我們不得不考慮傳統生土建筑的功能空間再設置問題。向心性的平面設計是一種由城市住宅戶型轉化而來的,重新優化的空間設計不僅提高了空間利用程度,還可以滿足大部分人的使用習慣和需求。據相關研究表明,圍繞主要空間布置功能性房間的向心性設計,能有效的防止室內熱量快速散失,改善室內熱環境[6]。3.3加強結構設計。3.3.1基礎地面設計。萬層高樓起于平地,基礎的重要性不言而喻。傳統生土建筑因受到各方面的限制,常常會有不均勻沉降、地面受潮滲水的情況發生,既有居住安全隱患的存在又會影響生活質量。新生土建筑在建造前對建造區域的土質的承載強度進行認真論證,建造時要對基礎的土質進行夯實,也可以采用當地周邊的毛石來增加基礎的穩定性。處理松散的地基時可以適當添加一些固化劑,不僅可以提高基礎的抗壓強度、抗滲性和水穩定性,而且還不會對生態性造成破壞[7]。3.3.2承重結構設計。承重結構是生土建筑的重要骨架,是房屋穩定性的重要保證。傳統生土建筑多采用木架構體系和土木混合體系的承重結構,連接處理也較為簡單,穩定性較差,在發生地震時會造成極大的損失。新時代生土建筑在采用木架構承重體系時,木架構各個組件可以采用連接性較好的牢靠的榫卯結構,避免簡單的鐵釘連接;還應給木架構預留足夠的形變空間,避免填充土墻與木框架發生碰撞造成結構破壞。當采用土木混合結構體系的時候,墻體承受木梁的部分要局部加強,避免墻體因局部受到過大壓強而被破壞[8]。為確保橫墻與縱墻的可靠連接可運用新材料設置多道圈梁,增強墻體的穩定性,避免墻體在地震的作用下發生失穩破壞。3.3.3圍護結構設計。圍護結構的熱損失占建筑熱損失的絕大部分,增強圍護結構的保溫蓄熱性和整體性,對提高室內熱環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,可在生土材料中摻加一些保溫材料顆粒,再進行夯實,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、體形系數以減少對外散失熱量。同樣還可以利用磚材對墻體包面,或使用混合砂漿等抗沖刷材料進行抹墻,進一步提高圍護結構的保溫性能和抗雨水沖刷的能力。3.3.4頂層設計。屋頂作為建筑的第五立面,有著非常重要的作用,如何再生設計生土建筑的頂層來增加生土建筑的整體性、提高熱工性能和改善采光通風是至關重要的[10]。整體強度上可以利用現階段的先進建材作為支撐骨架,再覆以土料或者采用懸挑式屋頂來保持傳統文化特色,同時還可以保護墻體不受雨水的侵襲;熱工性能上可以在頂層鋪設保溫材料,或者在屋頂下設置吊頂形成空氣間層增加保溫;采光通風上,在頂層增設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不暢的問題[11]。3.4提高材料性能。我們現在可以運用物理手段和化學方法技術手段可以提高建筑材料的性能。對土料成分進行分析,在素土中參入植物纖維,調整建造用土的配比,得出土料夯實的最優級配,通過對含水率的控制和機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,同時解決生土墻體的耐水性差、抗凍性差等問題[7]。3.5強化施工管理生土建筑的建造不能在僅僅依靠經驗,還需要科學有效的管理。建造材料不隨意從耕田或堆積土中取用,需要認真甄別和篩選,去除土質中的有機質[11]。在土坯墻砌筑中,要規范施工,土坯尺寸標準模數化,砌筑時要錯縫搭接,灰縫飽滿。改進施工筑造所使用的器械,采用抗擊能力更強、更耐用的合金模板,夯筑工具采用電氣化工具,比如電鎬、氣動電錘等,提高施工精度和效率,建造出來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,培養專業的施工隊伍,加強專業性的指導,制定相應的施工規范,鼓勵當地村民互助自建,這樣不僅解決了人工方面的不確定性,節約了成本,而且又培養了一批建造工匠。

4結語

如今,現代化和城鎮化考驗著生土建筑建筑的可持續發展,使其面臨著衰敗甚至消亡的危機[12]。生土建筑作為一種低成本、低能耗的綠色環保建筑,其價值不應該被否定,面對社會條件的巨變,它急需調整自身以適應新的環境。在生態文明背景下對生土建筑建筑再生設計進行探究,在科學選址、空間優化、結構加強、材料性能提高、強化管理等方面提出一些具體策略,讓生土建筑重新煥發活力。將現代結構體系和施工方式與傳統生土建筑相結合,發揚生土建造的生態綠色優勢,在功能上滿足現代人們的生活需求,在技術上體現現代工業的特點,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:湖南工業大學