這“土房子”能抗強(qiáng)震 還獲得了“建筑界奧斯卡”獎

在很多人的印象里，鄉(xiāng)土建筑中，設(shè)計(jì)和構(gòu)造合理的木結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，而與之“相伴相依”的土坯墻和夯土墻，因強(qiáng)度低、整體性差容易倒塌，成為地震時(shí)人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的“禍?zhǔn)?rdquo;。

然而，在云南魯?shù)榈卣馂?zāi)區(qū)恢復(fù)重建中，卻有兩幢夯土房不但在震后的瓦礫中“拔地而起”，其中一幢還獲得了2017年度有“建筑界奧斯卡”之稱的最佳世界建筑獎。評委會認(rèn)為，建筑師團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新方式，對全世界受到地震災(zāi)害困擾的地區(qū)都起到了示范性作用。“這個(gè)建筑很好地闡釋了無論是在貧窮還是富裕的地區(qū)，建筑與居民密不可分。”

地震災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建中的明星房

獲大獎的夯土房是由香港中文大學(xué)吳恩融教授等和昆明理工大學(xué)柏文峰教授領(lǐng)銜的“一專一村”團(tuán)隊(duì)幫助完成的，其房主是光明村的楊安國老人。

光明村地處昭通魯?shù)樯絽^(qū)，2014年地震前，這里超過九成以上的民居都是土房子。地震發(fā)生后，大部分夯土房被嚴(yán)重?fù)p壞，災(zāi)后重建時(shí)村民們紛紛建起了磚混房。楊安國老人家也不例外，但老人覺得磚混房牢固，就是不如土房子舒適。這時(shí)，老人的兒子楊慶廣作為施工隊(duì)成員，參與了恢復(fù)重建中第一幢夯土示范房的建造，就帶老人參觀了新式土房子。老人覺得它既結(jié)實(shí)敞亮，又保留了夯土房“冬暖夏涼”的優(yōu)點(diǎn)，心動了。

在兩所大學(xué)的幫助下，一幢造價(jià)僅為14萬元的夯土小屋落成了，滿足了老人的愿望。新房設(shè)計(jì)采用整體力學(xué)設(shè)計(jì)，緊湊布局，采光通風(fēng)良好，還有美觀的半室外中庭空間。雙層中空的玻璃窗和屋頂添加的隔熱層，可保證寒冬里室內(nèi)溫暖舒適。此外，衛(wèi)生間、廚房等設(shè)施也一應(yīng)俱全。相比同村的混凝土房屋，每平方米成本不超過1200元，節(jié)省達(dá)40%。

最讓人關(guān)注的是，振動臺抗震試驗(yàn)結(jié)果顯示，這幢傳統(tǒng)而又現(xiàn)代的兩層夯土建筑，完全可以滿足8度抗震設(shè)防要求。業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為，這幢本土技術(shù)、本土材料、本土工匠的建筑，為解決災(zāi)后恢復(fù)重建和農(nóng)村民居問題提供了經(jīng)濟(jì)、高效、可持續(xù)的支持方案。

自重減輕一半抗壓強(qiáng)度提高10倍

昆明理工大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院教授、云南生土建筑研究中心主任柏文峰所率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，是光明村獲獎“明星房”的技術(shù)持有者。

實(shí)心黏土磚是目前我國絕大部分邊遠(yuǎn)地區(qū)和小城鎮(zhèn)主要的墻體材料，其生產(chǎn)消耗大量耕地、煤炭和木材資源，污染空氣，破壞環(huán)境。

經(jīng)過長期的調(diào)研和實(shí)驗(yàn)，柏文峰教授發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)生土是這些地區(qū)最好的墻體建筑材料，關(guān)鍵是解決抗震問題。研究團(tuán)隊(duì)以生土為基料，以植物原生纖維和水泥為摻料，加水?dāng)嚢瑁?jīng)過液壓裝置壓制，再經(jīng)過養(yǎng)護(hù)、干燥，得到不同批次的纖維增強(qiáng)輕質(zhì)保溫生土材料塊體。令人驚異的是，這些土塊試樣被放到壓力機(jī)下，表現(xiàn)出延性破壞的特征，并且承載力一直增加到試樣完全被壓潰。每立方米干密度小于800千克的試樣，抗壓強(qiáng)度與增壓加氣混凝土立方體相同！同時(shí)，與傳統(tǒng)的土坯相比，在自重減輕22%至50%的情況下，抗壓強(qiáng)度提高10倍以上。“這種新型生土材料完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)土坯和實(shí)心黏土磚，作為村鎮(zhèn)居民的自承重墻體材料。”柏文峰說。

用同樣的方法，研究團(tuán)隊(duì)用精密模板夯筑了新型夯土墻體。為驗(yàn)證其建筑抗震能力，研究團(tuán)隊(duì)又分別進(jìn)行了夯土墻房屋和土坯墻房屋的抗震試驗(yàn)。他們建造了3.3米高、3.6米寬的夯土墻建筑放置在振動臺上，通過振動臺模擬地震時(shí)的地面運(yùn)動，觀察夯土墻建筑的破壞。當(dāng)結(jié)構(gòu)振動臺峰值加速度為0.4g時(shí)（相當(dāng)于8度大震），夯土墻輕微開裂，試驗(yàn)建筑完好；當(dāng)結(jié)構(gòu)振動臺峰值加速度為0.62g時(shí)（相當(dāng)于9度大震），夯土墻墻角、門窗洞口出現(xiàn)數(shù)條小裂縫，試驗(yàn)建筑完好；當(dāng)結(jié)構(gòu)振動臺峰值加速度為0.9g時(shí)（振動臺極限加速度，超9度大震），夯土墻墻角、門窗洞口的數(shù)條小裂縫未明顯擴(kuò)展，試驗(yàn)建筑完好。

在云南元江抗剪試驗(yàn)中，一層夯土建筑承受了0.9g峰值加速度的振動臺試驗(yàn)后仍保持完整，二層新型抗震夯土建筑滿足8度抗震設(shè)防要求，說明新型抗震夯土建筑技術(shù)能夠滿足村莊民居的抗震要求，可以實(shí)現(xiàn)小震不壞，中震可修，大震不倒。

云南昆明、四川米易等地的生土建筑也得到了相似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

綠色建筑正在西南各地示范推廣

柏文峰認(rèn)為，建筑是文化的載體，樣式豐富多彩的生土建筑，是我們保留和傳承傳統(tǒng)優(yōu)秀文化的重要組成部分。從鄉(xiāng)土建筑可持續(xù)營造的角度衡量，生土建筑具有突出的生態(tài)效益和普遍的地域適應(yīng)性，就地取材、施工簡易、成本低廉、熱工性能良好等都是它的優(yōu)點(diǎn)，關(guān)鍵是提高生土建筑抗震能力、改善耐久性，豐富其建筑表現(xiàn)力，在現(xiàn)代建筑技術(shù)的條件下，改善工藝，完全可以“揚(yáng)長避短”。

加之生土是天然的絕熱材料，導(dǎo)熱系數(shù)約為重砂漿砌筑黏土空心磚砌體的五分之一，是有廣泛應(yīng)用價(jià)值的廉價(jià)建筑材料。在高海拔的香格里拉藏區(qū)和在夏熱冬暖的元江河谷，研究團(tuán)隊(duì)所建的示范建筑已證實(shí)，生土建筑可有效減少對生物質(zhì)資源和水電在保暖、隔熱、降溫方面的消耗，是典型的綠色建筑，正在西南各地示范推廣。

在住建部頒布的《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中，就推進(jìn)農(nóng)村建筑節(jié)能方面提出，在有條件的農(nóng)村地區(qū)推廣輕型鋼結(jié)構(gòu)、現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)、現(xiàn)代夯土結(jié)構(gòu)等新型房屋。

而在云南省，當(dāng)?shù)卦谕七M(jìn)農(nóng)村危房改造和抗震安居工程時(shí)也提出，按照“安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀”的要求，運(yùn)用傳統(tǒng)建筑工藝和材料，推廣新型抗震夯土、鋼結(jié)構(gòu)等經(jīng)濟(jì)實(shí)用技術(shù)。在傳統(tǒng)村落、歷史文化名村及其他重點(diǎn)村落的農(nóng)村危房改造和抗震安居工程建設(shè)中，要嚴(yán)格落實(shí)有關(guān)保護(hù)措施，處理好保護(hù)與建設(shè)改造的關(guān)系，使村落文化遺產(chǎn)得到有效保護(hù)。

柏文峰說，綠色建筑的曙光在前方。

(來源：科技日報(bào) 趙漢斌)