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土房子也能抗强震

发布时间:2018-02-01 浏览次数: 来源:科技日报 文字显示: 打印

在很多人的印象里,乡土建筑中,设计和构造合理的木结构具有良好的抗震性能,而与之“相伴相依”的土坯墙和夯土墙,因强度低、整体性差容易倒塌,成为地震时人员伤亡和财产损失的“祸首”。

然而,在云南鲁甸地震灾区恢复重建中,却有两幢夯土房不但在震后的瓦砾中“拔地而起”,其中一幢还获得了2017年度有“建筑界奥斯卡”之称的最佳世界建筑奖。评委会认为,建筑师团队的创新方式,对全世界受到地震灾害困扰的地区都起到了示范性作用。“这个建筑很好地阐释了无论是在贫穷还是富裕的地区,建筑与居民密不可分。”

地震灾区恢复重建中的明星房

获大奖的夯土房是由香港中文大学吴恩融教授等和昆明理工大学柏文峰教授领衔的“一专一村”团队帮助完成的,其房主是光明村的杨安国老人。

光明村地处昭通鲁甸山区, 2014年地震前,这里超过九成以上的民居都是土房子。地震发生后,大部分夯土房被严重损坏,灾后重建时村民们纷纷建起了砖混房。杨安国老人家也不例外,但老人觉得砖混房牢固,就是不如土房子舒适。这时,老人的儿子杨庆广作为施工队成员,参与了恢复重建中第一幢夯土示范房的建造,就带老人参观了新式土房子。老人觉得它既结实敞亮,又保留了夯土房“冬暖夏凉”的优点,心动了。

在两所大学的帮助下,一幢造价仅为14万元的夯土小屋落成了,满足了老人的愿望。新房设计采用整体力学设计,紧凑布局,采光通风良好,还有美观的半室外中庭空间。双层中空的玻璃窗和屋顶添加的隔热层,可保证寒冬里室内温暖舒适。此外,卫生间、厨房等设施也一应俱全。相比同村的混凝土房屋,每平方米成本不超过1200元,节省达40%。

最让人关注的是,振动台抗震试验结果显示,这幢传统而又现代的两层夯土建筑,完全可以满足8度抗震设防要求。业内专家普遍认为,这幢本土技术、本土材料、本土工匠的建筑,为解决灾后恢复重建和农村民居问题提供了经济、高效、可持续的支持方案。

自重减轻一半抗压强度提高10倍

昆明理工大学建筑与城市规划学院教授、云南生土建筑研究中心主任柏文峰所率领的团队,是光明村获奖“明星房”的技术持有者。

实心黏土砖是目前我国绝大部分边远地区和小城镇主要的墙体材料,其生产消耗大量耕地、煤炭和木材资源,污染空气,破坏环境。

经过长期的调研和实验,柏文峰教授发现,传统生土是这些地区最好的墙体建筑材料,关键是解决抗震问题。研究团队以生土为基料,以植物原生纤维和水泥为掺料,加水搅拌,经过液压装置压制,再经过养护、干燥,得到不同批次的纤维增强轻质保温生土材料块体。令人惊异的是,这些土块试样被放到压力机下,表现出延性破坏的特征,并且承载力一直增加到试样完全被压溃。每立方米干密度小于800千克的试样,抗压强度与增压加气混凝土立方体相同!同时,与传统的土坯相比,在自重减轻22%至50%的情况下,抗压强度提高10倍以上。“这种新型生土材料完全可以代替传统土坯和实心黏土砖,作为村镇居民的自承重墙体材料。”柏文峰说。

用同样的方法,研究团队用精密模板夯筑了新型夯土墙体。为验证其建筑抗震能力,研究团队又分别进行了夯土墙房屋和土坯墙房屋的抗震试验。他们建造了3.3米高、3.6米宽的夯土墙建筑放置在振动台上,通过振动台模拟地震时的地面运动,观察夯土墙建筑的破坏。当结构振动台峰值加速度为0.4g时(相当于8度大震),夯土墙轻微开裂,试验建筑完好;当结构振动台峰值加速度为0.62g时(相当于9度大震),夯土墙墙角、门窗洞口出现数条小裂缝,试验建筑完好;当结构振动台峰值加速度为0.9g时(振动台极限加速度,超9度大震),夯土墙墙角、门窗洞口的数条小裂缝未明显扩展,试验建筑完好。

在云南元江抗剪试验中,一层夯土建筑承受了0.9g峰值加速度的振动台试验后仍保持完整,二层新型抗震夯土建筑满足8度抗震设防要求,说明新型抗震夯土建筑技术能够满足村庄民居的抗震要求,可以实现小震不坏,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实验结果。

绿色建筑正在西南各地示范推广

柏文峰认为,建筑是文化的载体,样式丰富多彩的生土建筑,是我们保留和传承传统优秀文化的重要组成部分。从乡土建筑可持续营造的角度衡量,生土建筑具有突出的生态效益和普遍的地域适应性,就地取材、施工简易、成本低廉、热工性能良好等都是它的优点,关键是提高生土建筑抗震能力、改善耐久性,丰富其建筑表现力,在现代建筑技术的条件下,改善工艺,完全可以“扬长避短”。

加之生土是天然的绝热材料,导热系数约为重砂浆砌筑黏土空心砖砌体的五分之一,是有广泛应用价值的廉价建筑材料。在高海拔的香格里拉藏区和在夏热冬暖的元江河谷,研究团队所建的示范建筑已证实,生土建筑可有效减少对生物质资源和水电在保暖、隔热、降温方面的消耗,是典型的绿色建筑,正在西南各地示范推广。

在住建部颁布的《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》中,就推进农村建筑节能方面提出,在有条件的农村地区推广轻型钢结构、现代木结构、现代夯土结构等新型房屋。

而在云南省,当地在推进农村危房改造和抗震安居工程时也提出,按照“安全、实用、经济、美观”的要求,运用传统建筑工艺和材料,推广新型抗震夯土、钢结构等经济实用技术。在传统村落、历史文化名村及其他重点村落的农村危房改造和抗震安居工程建设中,要严格落实有关保护措施,处理好保护与建设改造的关系,使村落文化遗产得到有效保护。

柏文峰说,绿色建筑的曙光在前方。