土房子的功與過
地震中房屋造成的人員傷亡,最直接的原因就是建筑物支撐結構失去作用,導致建筑物的屋頂、樓板、墻體等部分垮塌。2008年的汶川地震,2014年的云南魯?shù)榈卣穑约?015年剛剛發(fā)生的尼泊爾地震,都造成了相當大數(shù)量的房屋倒塌和人員傷亡。在這些地方,生土建筑是比較常見的建筑類型,地震中“土房子”密集的地方也往往是重災區(qū)。有統(tǒng)計顯示,云南魯?shù)榈卣鹬械顾姆课葜辽?0%是土坯房。
以傳統(tǒng)技藝修建的土房子,抗震性能確實不太好。因為生土材料是一種韌性很小的材料,雖然抗壓能力還不錯,但抗彎強度(抵抗彎曲不斷裂的能力)和抗剪強度(抵抗剪切破壞的強度)都比較差,如果只用生土作為建筑的承重構件,容易造成房屋在地震中“土崩瓦解”,損害人民群眾的生命財產(chǎn)安全。
因此,各地方建設部門紛紛制定災后重建策略,不許再建土房子。村民也是“談土色變”,摒棄傳統(tǒng),重建的時候選擇了磚混結構(磚+鋼筋混凝土)的房屋。于是我們看到,越來越多的磚混結構房屋代替了地域特色鮮明的傳統(tǒng)民居。住上磚房似乎也象征著擺脫貧困奔小康的美好幸福生活。
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災后重建,土房or磚房?
磚混結構的房屋有鋼筋混凝土的梁柱框架,頁巖磚或空心磚的填充墻體,結構的整體性和建筑材料的強度都比較理想,設計建造得當?shù)脑挘ㄖ匾氖抡f三遍),確實可以滿足抗震設防的需求。
但是,在農(nóng)村地區(qū),磚混結構的房屋就真的是一個普遍適用的最佳解決方案了么?
并沒有……
說起土房子(生土建筑),到過農(nóng)村地區(qū)的童鞋可能對它并不陌生。生土建筑指利用未經(jīng)焙燒的土壤或簡單加工的原狀土作為主體材料的建筑。它造價低廉(就地取材不用深加工),熱工性能好(冬暖夏涼),建造過程很環(huán)保(不焙燒、無排放),是全世界范圍內發(fā)展中國家廣大人民群眾喜聞樂見的民居形式。
四川涼山州會理縣馬鞍橋村,一個典型的夯土民居村落
首先,一直沿用土房的地區(qū),往往都是偏遠貧困的山區(qū),交通不便,運輸物資成本也很高。災后建材價格本來就飛漲,一塊磚成本5毛錢,運到村子里可能又變成了7毛錢,甚至1元。這對本來就不富裕的村民來說,往往是一筆沉重的經(jīng)濟負擔。
很多人因為沒有足夠的資金,一直住在帳篷或者嚴重損毀的危房里,遲遲不能開始重建。即使完成了重建,卻也背上了沉重的貸款。
其次,對建造土房了如指掌的村民,卻未必懂得建造(抗震的)磚房。一些災后重建的磚房雖然用了磚和水泥,但省錢省在了刀刃上,抗震性能大打折扣。如果再來一次地震,很有可能發(fā)生更嚴重的后果。
汶川地震后的某村重建民居
再次,不管是水泥,還是空心磚,這些建材的生產(chǎn)和運輸都會產(chǎn)生一定的污染和碳排放。而且和土房相比,磚房的熱工性能較差,冬天需要燃燒更多的煤或柴火來取暖,夏天需要開更多的風扇或空調(如果村民有的話)來制冷。這些都會造成更多的能耗和碳排放,也給村民增加了更多的經(jīng)濟負擔。
另外,西部很多山村都是少數(shù)民族聚居區(qū),建筑依山就勢、錯落有致,地域特色鮮明。然而災后重建往往劃定一塊區(qū)域,給個樣板房,一套圖紙建全村。
村民只能搬離自己的家園,遠離自家的農(nóng)田,住到只有幾十平米的重建房,沒有了牛棚豬圈,沒有了堆放農(nóng)具谷物的空間,雖然恢復了重建,卻沒有辦法恢復生產(chǎn),恢復生活。
土房抗震,我可以!
那么,我們真的要和經(jīng)濟、環(huán)保、特色鮮明、適合村民日常生活的土房子說再見了嗎?其實,專家已經(jīng)想出了讓土房子能抗震的辦法。
例如,2008年開始的四川會理馬鞍橋村災后重建和2014年開始的云南魯?shù)楣饷鞔鍨暮笾亟ǎ谙愀壑形拇髮W、西安建筑科技大學、昆明理工大學等多所高校的合作下,研究和實踐了一種新的抗震夯土建筑技術。這種技術簡單易懂,操作方便,很適合村民學習和使用。
紅色部分代表地基、構造柱和圈梁,形成一個具有整體性的框架結構
首先,你需要一個穩(wěn)固的基礎。過去馬鞍橋村的村民蓋房子的時候對地基不太重視,混凝土的使用也不普及,所以一旦發(fā)生地震發(fā)生,地基就先分崩離析了,地基上面的墻體當然也沒法Hold住。
因此,如果非要用一點水泥才能保證房子的穩(wěn)固,那一定是用在基礎上。
然后,在土墻里嵌入一些構造柱和圈梁,可以把土墻“撐住”,就好像肉里有了骨頭,即使激烈搖晃,屋頂和樓板也可以被支撐住,不至于倒下來砸到小盆友和花花草草了。
2009年馬鞍橋村重建中,村民正在用一頭木、一頭鐵的夯錘夯筑墻體
有了“骨頭”還不夠,還要提高“肉”的強度,讓“肉”更結實。比如,在土料里面加入非常少量的石灰或者水泥(5%左右),就可以大大提高土墻的強度。
另外,你還在用木質的夯錘手工夯土么?那你就Out啦!趕緊換成鐵質夯錘或者用小型機械代替手工,這樣也可以大大提高夯筑的緊實度,讓墻體更堅實。
2014年光明村災后重建中,村民正在使用手持式電動夯土機
另外,在土墻里加入一些竹筋和木銷,也可以起到一定的拉結作用,就好像在混凝土里加入鋼筋,可以讓墻體不那么容易“崩壞”。
馬鞍橋村的工人正在放置竹筋和木銷
合理設置防震縫也可以起到一定的抗震作用。簡單來說就是把兩個形態(tài)差別比較大的建筑體量分開。這樣如果地震來了,兩個部分搖晃的節(jié)奏不一樣,就可以你晃你的,我晃我的,不會互相影響和牽扯。(腦海里浮現(xiàn)出一個聲音:“音浪,太強,不晃,會被撞到地上”)
馬鞍橋第一戶重建房:兩層樓和一層樓的連接處設置了防震縫
到底有多靠譜?做個實驗看看
以上的措施是否真的可以讓夯土建筑在地震多發(fā)地區(qū)免于一死,重獲新生?為了理據(jù)服,抗震土房還得經(jīng)過實驗的檢驗。
首先是檢測墻體的強度,實驗室里檢驗的方法是從夯好的墻體切取土塊,用機器剪切或壓土塊,直至將其破壞,測試土塊的抗剪強度和抗壓強度。
另一種更為真實準確的方法是直接進行墻片的現(xiàn)場抗剪實驗。在馬鞍橋村,結構工程師進行了這種實驗:首先在一個混凝土做的框架上夯筑幾片墻體(可以調整每片墻體里石灰/水泥的配比,進行比較)。然后用千斤頂對墻體進行頂推(混凝土框架起到支撐千斤頂反力的作用),看多大的力量可以破壞墻體。
馬鞍橋村項目的抗壓和抗剪實驗(紅色的那個就是千斤頂了)
這些方法你還是看得不過癮?那只好“放大招”了。還有一種比較炫酷的實驗叫做“振動臺實驗”。就是做一個簡單的1:1的小土房子,然后放在一個可以模擬各種地震波的大振動臺上,實驗人員一聲令下,振動臺就開始搖晃,呦,呦,切克鬧!看看是否能把上面的土房玩壞掉。
魯?shù)楣饷鞔屙椖窟M行的振動臺實驗,模擬了各種不同類型的地震波,還特別添加了模擬魯?shù)榈卣鸬?rdquo;魯?shù)椴?ldquo;。實驗結束后,小土房子安然無恙。
在昆明理工大學進行的振動臺實驗現(xiàn)場,左側為土坯磚房,右側為夯土房
總之,經(jīng)過各種實驗的科學檢驗,不管是在四川的馬鞍橋村,還是在云南的光明村,新型的抗震土房都完全可以滿足當?shù)乜拐鹪O防的要求。
授之以漁,土木再生
采用抗震土房恢復重建還有什么好處呢?節(jié)能低碳環(huán)保之外,它還有一個好處就是順便清理和回收利用了地震廢墟中的土和廢料,可以實現(xiàn)原址重建,不必再占用新的土地。
此外,這種在傳統(tǒng)建筑的基礎上做簡單改良的方式,經(jīng)濟、易學,很容易被當?shù)乩习傩照莆?,甚至傳承和發(fā)揚光大。在恢復重建的過程中,村民學會了一項謀生技能,獲得了收入,增加了自信。
在馬鞍橋村重建之后,家園還是那個家園,村莊還是那個村莊,鄰居還是那些鄰居,田地在周邊,牛棚、豬圈、雞舍、糧倉、院落,一樣沒少,沒有欠下高額貸款,沒有被迫搬遷,只是家園更安全舒適了。
重建后的馬鞍橋村
馬鞍橋村重建后,村莊很好地保留了地域特色,沒有占用新的土地,也避免了“樣板房”的千篇一律。
2010年的馬鞍橋村,重建完成后,村民開始插秧了
不過,在大規(guī)模、快速、標準化的災后重建和新農(nóng)村建設中,抗震生土建筑的使用和推廣依然緩慢艱辛。一方面,地方政府對這種技術缺乏足夠地了解和認識;另一方面,建筑領域也缺乏相應的專業(yè)規(guī)范和標準。
對政府部門和大眾的宣傳、對施工人員的技術培訓、對相關規(guī)范的科研制定,也都需要花費更多投入和時間。開展示范項目,僅僅是邁出了第一步。
現(xiàn)代建筑材料和技術在我們習以為常的都市生活中固然便利易得,但是今天,中國仍然有近一半的人口居住在農(nóng)村,他們中的相當一部分生活在偏遠貧困的山區(qū)。
在高唱“城市讓生活更美好”的時候,我們也應該知道,城市模式不是唯一的答案,科學研究不僅要為城市解決問題,也要為鄉(xiāng)村解決問題,這都是我們肩負的責任。