传统村落民居生土建筑营造工艺及其优化应用研究

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传统生土建筑因其取材便利、造价低廉、环保节能及建造简单,目前在我国农村地区仍大量存在并被使用着。随着经济的快速发展和城镇化进程的加快,同时生土建筑自身耐候性、结构安全性、室内光和热环境舒适性差等问题使其正逐渐被砖混结构房屋所替代。因此,总结生土建筑的传统营造技术,并从安全性与节能性角度提出技术优化措施,解决阻碍其传承和发展的顽疾尤为重要。论文通过现有文献和实地考察资料,梳理与总结了生土建筑的形态特征、营造技术,针对现存的质量与能耗问题从生土材料性能改善、设计与构造、营造工艺三方面提出优化措施。最后,借助Ecotect软件对节能技术进行数值模拟并对比分析,得出各气候区最适宜的节能改造技术。通过查阅相关资料和实地调研访谈,对传统窑洞建筑、夯土和土坯建筑的构造形式、营建过程与做法进行详细记录与总结。调查发现,现存生土建筑在安全性方面存在墙体受侵蚀破坏严重、墙体裂缝普遍存在、挑梁与檐檩变形严重、建筑抵抗震害能力差等问题。有针对性的提出优化措施:生土材料改性方面,通过抗剪与抗压强度及抗冲刷性能试验得出,粘土中单掺细砂、植物纤维、玻璃纤维和水玻璃以及细砂与其它改性剂互掺均能提高其性能。各改性剂的最优配比为:细砂40%、植物纤维0.5%、玻璃纤维0.5%、水玻璃8%;并根据改性土力学性能与抗冲刷性提升效果得出改性剂的优选原则;建筑设计、构造及营造工艺方面:对生土房屋的层数与高度、墙体高厚比、房屋局部尺寸设计限值,采取墙体纵横向加筋、增设圈梁和构造柱及门窗洞口加固的方法提高生土房屋的抗震性能,通过增加土的预处理工序、采用新型高效夯筑工具、使用更合理的夯筑与砌筑方法、采用土墙面层钢丝网加固及加强屋架与墙体、屋架各构件之间的连接性来提高房屋的整体性与抗震性能。现存生土建筑节能方面存在的问题:室内采光差、围护结构保温隔热性能与围和性差、窗墙比普遍偏小、能源利用方式粗犷等。通过各气候区典型生土建筑在节能技术下的能耗模拟与数值分析,得出最适宜节能技术:严寒干旱较强辐射区,首先宜采用厚重型外墙,其次是附加阳光间,最后采用厚重型屋面;寒冷干旱强辐射区,附设阳光间效果最好,其次采用厚重型外墙,然后是屋面加保温层;夏热冬冷低辐射区,首先宜用屋顶加保温层,其次是采用厚重的围护墙体,最后是用节能外窗;炎热湿润强辐射区,宜采用厚重型外墙,其次增大窗户面积加强通风。最后,增设吊顶、采用单纯增大窗墙比和更换窗框材料的做法,对各气候区建筑的保温隔热效果影响均较小。
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