中国古代土结构

土结构是人类最早应用的居住结构类型之一。原始人类以石器、棍棒等简单工具,模拟天然岩洞,掏挖洞穴作为栖身之所。随着工具与技术的改进,继掏挖方式之后,又出现了夯筑、制墼等技术,推动了中国古代以土结构为主的城市、水利、房屋建筑的发展。

土结构大体上可分为掏挖式、夯筑式与砌筑式。

掏挖式土结构

由掏挖而成的各种洞穴。其形式主要有横穴与竖穴两种。横穴(后来发展为窑洞)一般就土崖开挖,洞穴的上部挖成半圆拱形,拱上土重和其他荷载沿拱趾传递于基土。这种土窑洞适用于中国西北地区的黄土地带,至今在河南、山西、陕西、甘肃等省,土窑洞仍然是民居形式之一(见彩图)。小洞穴只有几平方米,大洞穴可达几十平方米。其规模大小,主要取决于土质和使用要求,即拱的跨度大小随土的性质而不同。为了改善居住条件,延长使用年限,在土窑洞口安装门窗,加砌砖脸,也有在土拱内加砌拱形砖衬的。竖穴是由地面向下开挖而成,口小下大,截面呈“墴”状,也称袋状穴,穴边土的侧压力沿环状穴壁分布于周围土层。在使用中穴口覆以遮盖物,以防雨雪侵入。竖穴在使用中逐步演变成半穴,继而成浅穴,最后完全上升到地面,形成了各种地上建筑的原型。但用作贮藏物品的竖穴(井窖),至今在中国北方农村中仍在使用。掏挖式土结构,简便易行,经济实用,并具有保温、节能、隔声等优点,所以具有很好的使用价值

中国甘肃黄土高原的窑洞民居 夯筑式土结构

使用夯杵,将土捣筑坚固,加大密实度,改善土的结构,以提高其承载能力,可作为房屋的承重结构,也可作为围护结构。夯筑式土结构,对中国古代建筑的发展具有重大意义。

原始夯土都是无模夯筑,工具也无定型。从山东龙山文化遗址中所发现的夯土遗迹来看,可能是用石块、棍棒等夯筑的。氏族社会晚期至奴隶社会早期的夯土城垣,采用先将土分层夯筑后再将两侧面加以整削成型。甘肃敦煌石窟区仍保存有夯筑土塔(图1)。河南淮阳贮粮台留存有新石器时代用版筑的古城遗址,城内有土坯垒砌的房址。河南郑州一带商朝中期遗址中,发现有采用版筑的墙体。所谓版筑,即在夯土墙的两侧及两端以木板或圆木为模、并将两端锁紧,然后填土夯实;根据夯筑体需要的长度,将模板水平移动;夯实一层后,再将模板提升,夯筑另一层;直至需要的夯筑高度为止。可见中国古代已有提升模板施工的原始雏型。由无模夯土发展到版筑,是夯土结构的一个演变过程,不仅节约了工程量,加快了施工进展,同时也进一步提高了夯筑结构的强度。自氏族社会出现夯筑式结构以来,随着技术的发展和工具的改进,其应用范围也不断扩大,直至明代以前的数千年中,除历代城市的城墙外,秦、汉朝的长城大都用夯土筑成。宫室或民居的墙体、高大而坚实的台基和古代水利工程中的堤坝等,也是用夯土结构建筑。明、清两代,在福建、两广部分地区的住宅,也有用夯土作为承重结构的三层土筑楼房,夯土承重外墙厚约1米左右,福建永安住宅即是一例,其剖视图如图2。直至近代,某些地区也仍然有用夯土建造的房屋和墙垣。

夯筑土塔 永安住宅剖视 砌筑式土结构

土砌体所用的砌块分为“土墼”和“土坯”两种。土墼是用最佳含水量的潮湿土,放入木模中经夯筑形成。土坯则是用水和好的湿泥,放入木模中经抹平形成;在制作中也往往有加入草筋者;它们经自然干燥后即可用来砌筑。墼或坯大约产生在龙山文化晚期,在商、周时期的建筑遗址中,都曾发现有墼或坯的砌体;敦煌、西安等地汉朝的土坯墙也多有发现;新疆发现有唐、五代时期用土坯砌筑的圆形穹窿结构,直径达10米以上;不仅说明中国古代砌筑式土结构的广泛使用,更可看出当时砌筑技术的水平。墼或坯的规格虽然因时代、地区之不同而有所不同,但一般都是以便于制作、搬运和砌筑决定其尺度。墼或坯一般多以立砌为主,间以平卧的砌筑方法,这是因为墼或坯平卧砌筑较易折断;立砌时仅在上下两端用泥浆粘结,砌块的吸水面小,不致因吸水过多而软化降低结构的承载能力。