土木兵器譜之北腿——北方夯土建築

商代開始接受中原以外文化的影響，建築方法上把中原的夯土與南方木結構結合為中國建築方式的主流。——許倬雲《西周史》

中國文化自古存在著南北之分，中國武術一直就有南拳北腿之說。北派武術，日出於泰山之巔，空曠間，大開大合；南派武術，月懸於小橋之上，竹林間，短橋寸勁。土木建築亦有南北之分，南派伐木築屋，清新雅緻；北派夯土為屋，厚重古樸。

自周朝起，南北文化開始交融，南北建築方法互相交融，土（磚）與木成為建築材料的主流，因此才有土木工程一說。

本期介紹的正是由來已久的北腿—北方夯土建築。

【傳統夯土建築】

1.優點

（1）就地取材，建造成本低

傳統夯土建築所需土料在自然界大量存在，可以直接就地取用，省去了大量的材料運輸費用，很大程度降低房屋的建造成本。這也是傳統夯土建築在我國西北地區廣泛使用的一個重要原因。

（2）保溫隔熱性能好

土體本身的導熱性能和多孔性，決定了傳統夯土建築具有保溫、隔熱、儲能、調節室內溫濕度的能力，具有明顯的「冬暖夏涼」特性，是天然的節能型建築。

（3）綠色環保，可重複使用

傳統的混凝土、實心黏土磚等建築材料存在高能耗、高污染的缺點。而作為綠色環保的建築材料，傳統夯土材料能耗低，且在夯土建築拆除重建后土料可以重複使用。此外，年久的土牆使用過程中會吸收大量的氮，拆除后土料還可以作為肥料回歸土地。

2.存在的問題

（1）材料強度低，耐久性差

土體的材料強度低，被壓實之後，僅僅約為C20混凝土強度的1/20~1/10。而夯土為脆性材料，在極限荷載下發生脆性破壞，毫無徵兆，延性很差。夯土材料在自然條件下容易發生風蝕剝落、牆根鹽蝕及遭遇生物破壞而形成孔洞，同時，土體材料的防水、防潮性能較差，這些因素導致夯土牆體的耐久性能較差。

（2）整體性差

傳統夯土建築幾乎沒有採用任何抗震構造措施，夯土建築中未設置構造柱、圈樑，交接處未採取連接措施，縱橫牆之間形成豎向通縫，房屋的空間協調同變形能力較差。同時，由於牆體施工時上下板未採取交錯夯築，因此牆體的水平及豎向連接較弱，整個房屋的整體性較差，導致在地震作用下房屋容易破壞。

（3）施工粗糙

傳統夯土房屋在建造過程中，土料的選取比較隨意，不過篩選，土體中含有的雜質，如石子，雜草等有機質未取出，導致土體的顆粒級配不均勻。另外，在施工過程中，土料含水率的控制不好，若含水率過高，則牆體會產生許多干縮裂縫，若含水率過低，會降低土體的粘結性能，牆體的抗剪承載力將會減小。傳統夯土建築採用的是人工夯築 ，擊打能量不足，不同的工匠擊打能力不同，土體的夯實效果存在較大差異，因而牆體的承載能力存在較大差異。

【現代夯土建築】

1.對傳統夯土建築的改進

（1）夯土材料優化

現代夯土材料在傳統夯土建築單一土料的基礎上進行了改良，以土、砂、石、拌制的混合物作為建築的主要材料。其中，土料以黏土為主，砂選用中砂，碎石粒徑控制在20~30mm之間。選用土、砂、石按一定比例配合，材料含水率控制在9%~13%。對於需要採取防潮措施的牆底部、轉角處等位置，可在混合料中加入一定比例的水泥。

（2）夯築機具的革新

現代夯土建築技術中夯築工具以氣動搗固機代替了原有的手工夯錘，以空氣壓縮機作為動力，這種工具具有夯築能量大、頻率高、控制方便、節省人力等優點，其對土牆的夯擊壓力能達到0.5Mpa左右，大大提高了夯築牆體的密實度。

現代夯土採用機械模板，主要規格有三種，分別為「一」字型，「L」型，「T」型，其中「一」字型主要用於除拐角外牆體的夯築，「L」型主要用於牆拐角處牆體的夯築，「T」型主要用於縱橫牆交匯處的夯築。機械模板可按照需要在不同部位設置，相互拼接、搭配使用較為方便，其模數靈活、拆裝簡便、精確度高，對於提升房屋夯築質量有重要作用。

2.存在的問題

現代夯土建築在法國、德國、紐西蘭、澳大利亞等國家的研究、發展成熟，但是目前在國內研究較少，因而設計理論不成熟，加上土料本身材性缺陷的限制，其發展受到嚴重阻礙。其次，現代夯土建築的造價較高，並不適用於一般民居，目前在國內僅有少量運用於公共建築、旅遊景區、民俗改造等。

【注】本文部分圖片和資料來自北京建築工程大學穆鈞教授和西安建築科技大學周鐵剛教授團隊學術成果，如有侵權，請聯繫作者刪除。

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