與生土民居相比,坐落在昆工呈貢校區(qū)的“生土中心”可以算是座龐大的建筑,以至于只看到它的照片時誤以為它用了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),而夯土墻只是非結(jié)構(gòu)的表皮。其實,無論是承重還是抗震,它都完全依靠那些厚重而神性的夯土墻。
如果有一點神性,當然也是建筑師賦予的。
開放的中庭里整齊地矗立著兩列高大的夯土墻,像是在舉行某種宗教儀式。它們共同托起狹長的混凝土板,居然像是在傳遞某種與死亡有關的神秘祭品。日光和藍天顯然削弱了關于神性的胡思亂想:想象一下,如果是在黑夜,配合璀璨的星光,這些厚重的土墻和空靈的竹屋蓋一定能夠激發(fā)出更加宏大的騷氣。
中庭兩側(cè)各有一排二層的夯土房。素土墻面的質(zhì)感和原木樓蓋相得益彰,甚至連夯土模板的細密橫紋都似乎有意與木檁的節(jié)奏相呼應。
生而為土,氣質(zhì)卻一點兒不土。不但可以駕馭工作室的簡約,用于居住空間也是極好的。厚重的土墻制造出心理上的安寧,保溫、調(diào)濕、隔熱、隔音等物理性能更是非工業(yè)材料可比。
然而,跋涉四千里去看它,只為了寫些酸文嗎?除了詩和遠方,除了宇宙星光,我們難道不該追求一些生活的茍且嗎?
神性的“墻廊”你等一等,別以為頭上頂一塊兒板我就看不出你們其實在玩兒多米諾骨牌。在地震引起的地面晃動下,這些高大厚重的夯土墻在下圖所示的y方向會像多米諾骨牌一樣倒掉嗎?
如果墻底和墻頂與混凝土基礎和頂板沒有使用鋼筋連接,每片夯土墻近似于一個浮放的矩形搖擺體。這里面有兩個有意思的問題:一是浮放搖擺體傾覆的“尺寸效應”;二是頂部蓋板的作用。
先來看第一個問題。這些夯土墻的厚度是0.6米,高度我忘記問了,按每層3.6米的層高,姑且算作7.2米高吧。這樣,高寬比達到12,感覺很容易傾覆的樣子。
然而,早在半個多世紀之前,“世界地震工程之父”之一(世界地震工程有好幾個爸爸這件事一直是個謎)的housner教授就指出,搖擺體的傾覆不但與高寬比(b/h)有關,還與它的絕對尺寸有關:高寬比相同時,越大的東西越不容易倒。size matters!
根據(jù)housner的公式,在抗傾覆方面,這些巨大的夯土墻和1.2米高的24墻是一樣的。這樣是不是就放心一些了?
再來看第二個問題。在一排搖擺體上面壓一根梁,有助于提高它們的抗傾覆能力嗎?能提高多少?
不妨拿樂高來做一些小實驗。在兩個樂高塊兒上壓一個橫梁,對于防止它們傾覆的作用好像有點兒作用。
加大橫梁的重量會怎么樣呢?好像確實會好一些。但是這個實驗非常粗糙,最大的槽點在于地面運動輸入——我的雙手。倒不倒基本靠手感。
但是沒關系,我們還有力學。makris指出,在搖擺體上壓一根梁確實有助于防止傾覆,壓得梁越重,抗傾覆能力越強,增強的程度可以表現(xiàn)為等效尺寸的增大(下式)。
式中,r是搖擺體重心到旋轉(zhuǎn)點之間的距離,對于均勻質(zhì)量的矩形搖擺體就是它的對角線長度的一半;gama是壓梁的質(zhì)量和所有搖擺體質(zhì)量之比;r'則是考慮了壓梁影響的等效尺寸。
根據(jù)這個公式,當gama在零到無窮大之間取值時,r'在r到1.5r之間取值。剛才的樂高實驗里兩根柱子的總質(zhì)量是6.8g,壓梁的質(zhì)量是5.5g,6個鋼珠的質(zhì)量是42.9g。所以三次實驗的gama分別是0、0.8和7.1。根據(jù)makris的公式,后兩次實驗的等效的r'分別是r的1.3倍和1.47倍;再根據(jù)housner的公式,抗傾覆能力分別提高了14%和20%。
回到生土中心,與又高又大的夯土墻相比,上面壓著的混凝土板和竹屋蓋的重量很小,因此對于提高這些夯土墻的抗傾覆能力的作用將非常有限。不過無所謂啦,反正它們相當于1.2米高的24墻,不太容易被晃倒吧。
此外,這些夯土墻是不是浮放的搖擺體也很成問題。據(jù)陪我參觀的田姐介紹,每片墻的四角還是各有一根鋼筋的,另外好像端部與混凝土基礎和頂板交界處也是埋了一些連接鋼筋的。這就把一個如古希臘神廟般單純的搖擺問題,變成了先彎后搖或者干脆不搖的問題。
當然,這兩列神圣“墻廊”的外援也不可忽視。它們并非孤零零地站在中庭里,而是通過頂部的混凝土板與外立面的橫墻相連,從而把自己的命運和這片橫墻聯(lián)系在了一起。如果混凝土板與橫墻上的混凝土頂梁連接可靠,那么這個命運交匯點的受力想必會比較集中。