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谁说土房子就不能抗震?
#文艺

在经历2008年那次撼动全国的猛烈摇晃之后,地震和灾后重建成了越来越多人关注的话题。很多人都曾经问过,为什么我们国家的地震死伤人数会比某些西方发达国家高出许多?部分原因还得从不同地区的建筑类型说起。

土房子的功与过

地震中房屋造成的人员伤亡,最直接的原因就是建筑物支撑结构失去作用,导致建筑物的屋顶、楼板、墙体等部分垮塌。2008年的汶川地震,2014年的云南鲁甸地震,以及2015年刚刚发生的尼泊尔地震,都造成了相当大数量的房屋倒塌和人员伤亡。在这些地方,生土建筑是比较常见的建筑类型,地震中“土房子”密集的地方也往往是重灾区。有统计显示,云南鲁甸地震中倒塌的房屋至少80%是土坯房[1]

云南鲁甸地震中垮塌的夯土民居。图片来源:丽丽安欢乐多

以传统技艺修建的土房子,抗震性能确实不太好。因为生土材料是一种韧性很小的材料,虽然抗压能力还不错,但抗弯强度(抵抗弯曲不断裂的能力)和抗剪强度(抵抗剪切破坏的强度)都比较差,如果只用生土作为建筑的承重构件,容易造成房屋在地震中“土崩瓦解”,损害人民群众的生命财产安全。

因此,各地方建设部门纷纷制定灾后重建策略,不许再建土房子。村民也是“谈土色变”,摒弃传统,重建的时候选择了砖混结构(砖+钢筋混凝土)的房屋。于是我们看到,越来越多的砖混结构房屋代替了地域特色鲜明的传统民居。住上砖房似乎也象征着摆脱贫困奔小康的美好幸福生活。

灾后重建,土房还是砖房?

砖混结构的房屋有钢筋混凝土的梁柱框架,页岩砖或空心砖的填充墙体,结构的整体性和建筑材料的强度都比较理想,设计建造得当的话,设计建造得当的话,设计建造得当的话——重要的事说三遍——确实可以满足抗震设防的需求。但是,在农村地区,砖混结构的房屋就真的是一个普遍适用的最佳解决方案了么?

并不是。

到过农村地区的同学可能对土房子并不陌生。这些利用未经焙烧的土壤或简单加工的原状土作为主体材料的建筑,被称为“生土建筑”。由于造价低廉,冬暖夏凉,建造过程也很环保,土房子成为全世界发展中国家人民喜闻乐见的民居形式。


四川凉山州会理县马鞍桥村,一个典型的夯土民居村落。图片来源:丽丽安欢乐多

那些一直沿用土房的地区,往往都是偏远贫困的山区,交通不便,运输物资成本也很高。在灾后,建材价格本来就飞涨,一块砖成本5毛,运到村子里可能又变成了7毛,甚至1元。这对本来就不富裕的村民来说,往往是一笔沉重的经济负担。很多人因为没有足够的资金,一直住在帐篷或者严重损毁的危房里,迟迟不能开始重建。即使完成了重建,却也背上了沉重的贷款。

其次,对建造土房了如指掌的村民,却未必懂得建造(抗震的)砖房。一些灾后重建的砖房虽然用了砖和水泥,但省钱省在了刀刃上,抗震性能大打折扣。如果再来一次地震,很有可能发生更严重的后果[2]

再者,不管是水泥,还是空心砖,这些建材的生产和运输都会产生一定的污染和碳排放。而且和土房比起来,砖房的热工性能较差,冬天需要燃烧更多的煤或柴火来取暖,夏天需要开更多的风扇或空调(如果村民有的话)来制冷。这些也都会造成更多的能耗和碳排放,也最给村民增加更多的经济负担。

另外,西部很多山村都是少数民族聚居区,建筑依山就势错落有致,地域特色鲜明。然而,灾后重建往往划定一块区域,给个样板房,一套图纸建全村。村民只能搬离自己的家园,远离自家的农田,住到只有几十平米的重建房,没有了牛棚猪圈,没有了堆放农具谷物的空间,虽然恢复了重建,却没有办法恢复生产,恢复生活,真是再也回不去了……

汶川地震后的某村重建民居。图片来源:丽丽安欢乐多

土房抗震,我可以!

那么,我们真的要和经济、环保、特色鲜明、适合村民日常生活的土房子说再见了吗?其实,建筑学和土木工程的专家们已经想出了让土房子能抗震的办法。例如2008年开始的四川会理马鞍桥村灾后重建和2014年开始的云南鲁甸光明村灾后重建当中,香港中文大学、西安建筑科技大学、昆明理工大学等多所高校就合作研究和实践了一种新的抗震夯土建筑技术。这种技术简单易懂,操作也不太难,很适合村民学习和使用。

首先,你需要一个稳固的基础。过去马鞍桥村的村民盖房子对地基不太重视,混凝土的使用也不普及,所以地震一来,地基就先分崩离析了,地基上面的墙体当然也没法Hold住。因此,如果非要用一点水泥才能保证房子的稳固,那一定得是用在基础上。

然后,在土墙里面嵌入一些构造柱和圈梁,可以把土墙“撑住”,就好像肉里面有了骨头,即使激烈摇晃,屋顶和楼板也可以被支撑住,不至于倒下来砸到小朋友和花花草草了。

红色部分代表的地基、构造柱和圈梁,形成一个具有整体性的框架结构。图片来源:丽丽安欢乐多

有了“骨头”还不够,还要提高“肉”的强度,让“肉”更结实。比如,在土料里面加入非常少量的石灰或者水泥(5%左右),就可以大大提高土墙的强度。另外,你还在用木质的夯锤手工夯土么?Out啦!赶紧换成铁质夯锤,或者用小型机械代替手工,这样也可以大大提高夯筑的紧实度,让墙体更坚实。

上:2009年马鞍桥村重建中,村民正在用一头木、一头铁的夯锤夯筑墙体。下:2014年光明村灾后重建中,村民正在使用手持式电动夯土机。图片来源:丽丽安欢乐多

另外,在土墙里面加入一些竹筋和木销,也可以起到一定的拉结作用,就好像在混凝土里面加入钢筋,可以让墙体不那么容易“崩坏”。

马鞍桥村的工人正在放置竹筋和木销。图片来源:丽丽安欢乐多

合理设置防震缝也可以起到一定的抗震作用。简单来说就是把两个形态差别比较大的建筑体量分开,不要连在一起。这样如果地震来了,两个部分摇晃的节奏不一样,就可以你晃你的,我晃我的,不会互相影响和牵扯。

马鞍桥第一户重建房:两层楼和一层楼的连接处设置了防震缝。图片来源:丽丽安欢乐多

到底有多靠谱?做个实验看看

说了那么多,以上的措施是否真的可以让夯土建筑在地震多发地区免于一死,重获新生呢?为了理据服,抗震土房还得经过实验的检验。

首先是检测墙体的强度,实验室里的检验方法是从夯好的墙体切取土块,用机器剪切或压土块,直至将其破坏,测试土块的抗剪强度和抗压强度。

另一种更为真实准确的方法,是直接进行墙片的现场抗剪实验。在马鞍桥村,结构工程师们进行了这种实验:首先在一个混凝土做的框架上夯筑几片墙体(可以调整每片墙体里石灰/水泥的配比,进行比较)。然后用千斤顶对墙体进行顶推(混凝土框架起到支撑千斤顶反力的作用),看多大的力量可以破坏墙体。

马鞍桥村项目的抗压和抗剪实验。红色的那个是千斤顶。图片来源:丽丽安欢乐多

这些方法你还是看得不过瘾?那只好“放大招”了——还有一种比较炫酷的实验叫做“振动台实验”。就是做一个简单的1:1的小土房子,然后放在一个可以模拟各种地震波的大振动台上,实验人员一声令下,振动台就开始摇晃,看看是否能把上面的土房震坏掉。鲁甸光明村项目进行的振动台实验,模拟了各种不同类型的地震波,还特别添加了模拟鲁甸地震的“鲁甸波”。实验结束后,小土房子安然无恙。

在昆明理工大学进行的振动台实验现场,左侧为土坯砖房,右侧为夯土房。图片来源:丽丽安欢乐多

总之,经过各种实验的科学检验,不管是在四川的马鞍桥村,还是在云南的光明村,新型的抗震土房都完全可以满足当地抗震设防的要求[2][3]

授之以渔,土木再生

采用抗震土房恢复重建还有什么好处呢?在节能低碳环保之外,它还有一个好处就是顺便清理和回收利用了地震废墟中的土和废料,可以实现原址重建,不必再占用新的土地。此外,这种在传统建筑的基础上做简单改良的方式,经济,易学,很容易被当地老百姓掌握,乃至传承和发扬光大。

在马鞍桥村重建之后,家园还是那个家园,村庄还是那个村庄,邻居还是那些邻居,田地在周边,牛棚、猪圈、鸡舍、粮仓、院落,一样没少,没有欠下高额贷款,没有被迫搬迁,而家园更安全更舒适了[4]

重建后的马鞍桥村。村庄很好地保留了地域特色,没有占用新的土地,也避免了千篇一律的“样板房”。图片来源:丽丽安欢乐多

2010年的马鞍桥村,重建完成后,村民开始插秧了。图片来源:丽丽安欢乐多

而在云南鲁甸光明村,第一户重建房已经完工,户主杨大姐又可以恢复往日平静的生活了。更多的重建工作正在进行中。

2015年春,杨大姐的新家。图片来源:丽丽安欢乐多

不过,在大规模、快速、标准化的灾后重建和新农村建设中,抗震生土建筑的使用和推广依然缓慢而艰辛。一方面,地方政府对这种技术缺乏足够的了解和认识,另一方面,建筑领域也缺乏相应的专业规范和标准。对政府部门和大众的宣传、对施工人员的技术培训、对相关规范的科研制定,也都需要更多投入和时间。开展示范项目,仅仅是迈出了第一步。

现代建筑材料和技术在我们习以为常的都市生活中固然便利易得。但是今天,中国仍然有近一半的人口居住在农村,他们中的相当一部分生活在偏远贫困的山区。在高唱“城市让生活更美好”的同时,我们也应该知道,城市模式不是唯一的答案,科学研究不仅要为城市解决问题,也要为乡村解决问题。

这都是我们肩负的责任。

(编辑:Calo)

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参考文献:

  1. 新京报,云南鲁甸地震倒塌房屋至少80%是土坯房
  2. 杨华.(2010).灾后重建背景下夯土墙结构民居抗震试验研究与示范.西安建筑科技大学硕士学位论文.
  3. 昆明理工大学云南省抗震研究所云南省抗震工程技术研究中心(2015).新型土坯墙房屋地震模拟振动台试验研究报告.
  4. 万丽,吴恩融,穆钧.(2011)住房和城乡建设部重点项目—马鞍桥村灾后重建示范.生态城市与绿色建筑.夏季刊.p58-62.

文章题图:丽丽安欢乐多