建筑结构 | 土木系不土不木，夯土墙又高又大！

因微信公众号调整了推送规则，如果您想继续接收本公众号的内容，请将“建筑结构”公众号设为星标，并多点文尾的“在看”和“赞”。

星标设置：进入公众号主页，点击右上角「. . .」，点击「设为星标」，公众号名旁就会出现黄色五角星（Android 和 iOS 用户操作相同）。

来源：哲设计。

多年后才回过神儿来，当年有师兄在土木建管系学生戏剧节上喊出“土木系不土也不木”的口号时，他或许是认真的：土木四年，我们既没学土房子，也没学木房子。

这种缺失可能也为有朝一日对生土建筑一见钟情埋下了伏笔。

与生土民居相比，坐落在昆工呈贡校区的“生土中心”可以算是座庞大的建筑，以至于只看到它的照片时误以为它用了钢筋混凝土框架结构，而夯土墙只是非结构的表皮。其实，无论是承重还是抗震，它都完全依靠那些厚重而神性的夯土墙。

如果有一点神性，当然也是建筑师赋予的。

开放的中庭里整齐地矗立着两列高大的夯土墙，像是在举行某种宗教仪式。它们共同托起狭长的混凝土板，居然像是在传递某种与死亡有关的神秘祭品。日光和蓝天显然削弱了关于神性的胡思乱想：想象一下，如果是在黑夜，配合璀璨的星光，这些厚重的土墙和空灵的竹屋盖一定能够激发出更加宏大的骚气。

中庭两侧各有一排二层的夯土房。素土墙面的质感和原木楼盖相得益彰，甚至连夯土模板的细密横纹都似乎有意与木檩的节奏相呼应。

生而为土，气质却一点儿不土。不但可以驾驭工作室的简约，用于居住空间也是极好的。厚重的土墙制造出心理上的安宁，保温、调湿、隔热、隔音等物理性能更是非工业材料可比。

然而，跋涉四千里去看它，只为了写些酸文吗？除了诗和远方，除了宇宙星光，我们难道不该追求一些生活的苟且吗？

--------------------华丽的分割线--------------------

神性的“墙廊”你等一等，别以为头上顶一块儿板我就看不出你们其实在玩儿多米诺骨牌。在地震引起的地面晃动下，这些高大厚重的夯土墙在下图所示的y方向会像多米诺骨牌一样倒掉吗？

如果墙底和墙顶与混凝土基础和顶板没有使用钢筋连接，每片夯土墙近似于一个浮放的矩形摇摆体。这里面有两个有意思的问题：一是浮放摇摆体倾覆的“尺寸效应”；二是顶部盖板的作用。

先来看第一个问题。这些夯土墙的厚度是0.6米，高度我忘记问了，按每层3.6米的层高，姑且算作7.2米高吧。这样，高宽比达到12，感觉很容易倾覆的样子。

然而，早在半个多世纪之前，“世界地震工程之父”之一（世界地震工程有好几个爸爸这件事一直是个谜）的Housner教授就指出，摇摆体的倾覆不但与高宽比（b/h）有关，还与它的绝对尺寸有关：高宽比相同时，越大的东西越不容易倒。Size matters!

根据Housner的公式，在抗倾覆方面，这些巨大的夯土墙和1.2米高的24墙是一样的。这样是不是就放心一些了？

再来看第二个问题。在一排摇摆体上面压一根梁，有助于提高它们的抗倾覆能力吗？能提高多少？

不妨拿乐高来做一些小实验。在两个乐高块儿上压一个横梁，对于防止它们倾覆的作用好像有点儿作用。

加大横梁的重量会怎么样呢？好像确实会好一些。但是这个实验非常粗糙，最大的槽点在于地面运动输入——我的双手。倒不倒基本靠手感。

但是没关系，我们还有力学。Makris指出，在摇摆体上压一根梁确实有助于防止倾覆，压得梁越重，抗倾覆能力越强，增强的程度可以表现为等效尺寸的增大（下式）。

式中，R是摇摆体重心到旋转点之间的距离，对于均匀质量的矩形摇摆体就是它的对角线长度的一半；gama是压梁的质量和所有摇摆体质量之比；R'则是考虑了压梁影响的等效尺寸。

根据这个公式，当gama在零到无穷大之间取值时，R'在R到1.5R之间取值。刚才的乐高实验里两根柱子的总质量是6.8g，压梁的质量是5.5g，6个钢珠的质量是42.9g。所以三次实验的gama分别是0、0.8和7.1。根据Makris的公式，后两次实验的等效的R'分别是R的1.3倍和1.47倍；再根据Housner的公式，抗倾覆能力分别提高了14%和20%。

回到生土中心，与又高又大的夯土墙相比，上面压着的混凝土板和竹屋盖的重量很小，因此对于提高这些夯土墙的抗倾覆能力的作用将非常有限。不过无所谓啦，反正它们相当于1.2米高的24墙，不太容易被晃倒吧。

此外，这些夯土墙是不是浮放的摇摆体也很成问题。据陪我参观的田姐介绍，每片墙的四角还是各有一根钢筋的，另外好像端部与混凝土基础和顶板交界处也是埋了一些连接钢筋的。这就把一个如古希腊神庙般单纯的摇摆问题，变成了先弯后摇或者干脆不摇的问题。

当然，这两列神圣“墙廊”的外援也不可忽视。它们并非孤零零地站在中庭里，而是通过顶部的混凝土板与外立面的横墙相连，从而把自己的命运和这片横墙联系在了一起。如果混凝土板与横墙上的混凝土顶梁连接可靠，那么这个命运交汇点的受力想必会比较集中。

不过，参观个土房子都能想起两条公式，也是始料未及。感谢万丽老师和迟辛安老师的引荐；感谢田芳老师耐心细致的讲解。

参考文献

---

1. Housner, George W. The behavior of inverted pendulum structures during earthquakes. Bulletin of the Seismological Society of America, 1963, 53(2): 403-417.

2. Makris, Nicos. A half-century of rocking isolation. Earthquakes and Structures, 2014, 7(6): 1187-1221.

温馨提示

1）文中部分图片来自于网络，版权归原作者及原出处所有。如涉侵权或原版权所有者不同意转载，请及时联系我们，以便立即删除。

2）转载须知：原创内容转载及开白要求请后台回复“转载”查看。

近期关注

直播平台

学堂·订阅·查新

在线教育课程

欢迎关注微博及短视频平台

联系我们

投稿/转载：QQ:80327128;Tel:[phone]

招商/合作：QQ:2099526103;Tel:[phone]

订阅/发行：QQ:605811676；Tel:[phone]

↓↓↓点击“阅读原文”免费注册“结构·云学堂”，享受海量学习资源。

你在看我吗？