掩土建築

從舊石器時代人們就已經住着天然洞穴和人丁地下建築。其原因常常是為了抵禦室外惡劣的天氣，另外也是為了省出地面以便從事農業或舉行禮儀等活動，同時還為了禦敵。無論是為了什麼，人們已體會到地下掩敲住所中能提供比室外舒適得多的微氣候。與地面非掩土建築相比，掩土建築有如下優點：

（1）節能節地。

（2）微氣候較穩定。

（3）防震、防火、防風、防塵暴、隔聲好。

（4）可減輕或防止放射性污染及大氣污染的侵人。

（5）潔淨（醫學菌落試驗已證實）。

（6）安靜，有利於創作及推理思維。

（7）有利於人體新陳代謝的平衡。

（8）較安全（歹徒入户途徑少）。

（9）維修面少。

（10）有利於生態平衡及保護自然風景。 ^[2] 

地下建築的主要優點來自土壤的熱工性質。厚重的土層所起的隔熱作用使室內温升很低，不同的土壤導熱性也不同，主要取決於物理結構（岩石、碎石或細土）、化學組成（無機和有機成分）、土的含濕度以及土壤密度等。無論在哪裏，設計者和建築者對現場都必須進行仔細的研究，以便為地下房屋確定合適的深度，從而保證室內得到所要求的日温和季温。

（1）如果房屋要求恆温，那就應該建在恆温線以下；如果允許波動，則可建議將建築物地平放在恆温線以上。

（2）隨地理位置、土壤性質的不同恆温線深度也不同，據實測及有關資料記錄：恆温線在地表下4~16m範圍變動。

（3）設計者和建造者對現場還應考慮下列問題

1.與現場所處天頂方向有關的太陽輻射日波動和年波動情況，斜面的，東、西、南、北面上的。當然，太陽入射還與現場的絕對和相對標高有關。

2.土壤性質，即土壤的物理和化學組成。土壤在嚴酷氣候條件下產生的動態變化（特別是幹早區）常引起土壤和岩石在很短的時間間隔內產生收縮和膨脹，引起岩石塌方並形成山腳地帶。這是人們熟知的於旱地區的一種現象。考慮到所有這些因素，設計者和建築者就會了解每一具體現場不同深度的温度波動的動態。

覆土建築與掩土建築，是同一類型建築的不同名稱。但為了敍述方便，本節特使用覆土建築來敍述不含窯洞在內的所有掩土建築，覆土建築是一個總稱，它包括生土建築、土坯房以及各種類型的地下、半地下的建築等。這是一種最古老的建築形式，但直到現今，還是有它較強的生命力，充分説明這種建築具有較大的優越性。目前我國西北一帶黃土高原地區住在各種生土建築中的居民至少還有一億以上。這些建築一般都具有冬噯夏涼、堅固適用的優點，有不少建築的質量相當高。

覆土建築概括起來可分為三種建造形式，即地面以上、地面以下與半露半埋，如下圖1所示。

覆土建築的最大特點是其房間的温度比較穩定。一般在地面以下450~600mm深度時，一天間的温度差即不明顯。下圖2為不同深度的土壤在一年期間所能出現的温度差。從下圖2可以看出，當在地面以下2m時，在一年的時期裏，還可有12℃左右的年平均温度之差，一直要深到地面以下8m左右時，在一年的時期裏，其温度才能基本保持不變。一般地下層的温度都可以從同一深度的地下水的温度測得，它是隨着地區的不同而有所高低的。

當需要計算地下室牆體的保温性能時，當然應把牆體外面覆土的保温作用也算進去，其方法是應以外牆裏皮在覆土的標高位置為圓心，從要求計算的位置起到室外地面作弧線，則弧線的長即可作為土層厚度來做保温計算的依據（下圖3）。一般情況下，在地下室的牆體加設保温層，至多從地面起向下90~180cm的深度已足夠，沒有必要再繼續下延。

總的來説，覆土建築的內部是冬暖夏涼的但當夏天時，室內表面往往容易出現討厭的凝結水，而且易使建築裝修和其他材料遭受損失。因此在進行構造設計時，必須對一些必要的結點設置隔蒸汽層。

中國窯洞是材料最少，建造最簡單，歷史最長，迄今仍有幾千萬人居住的掩土建築。根據場地劃分，中國窯洞可分為靠山窯洞與下沉式窯洞；根據承重材料劃分，中國窯洞可分為黃土窯洞、岩石窯洞、石砌窯洞、土坯窯洞與磚拱窯洞。下圖4所示為靠山天井院式窯洞建築平面圖。

自20世紀80年代以來，科研工作者對中國、埃及、突尼斯等穴居歷史較長的國家掩土建築尋源結果，在有關建築設計原理與方法方面得到了不少啓發，其中，中國沉式黃土窯洞為開發淺層地下空間提供了可靠的依據，如

（1）經測温查明，下沉式窯洞地面一般均在地表下6m，而黃土地層深6m的温度年波動正好與室外空氣年波動出現180°的相位差，即室外最冷月份（1~2月）該地層温度卻處於最高峯處（16.5℃左右），室外最熱月份（7~8月）該地層温度卻處於最低峯處（14.5℃左右），這就是窯洞冬暖夏涼的主要原因之一。

（2）像下沉式窯洞這樣的淺層地下空間不僅具有良好的地温及較厚土層的圍護作用，而且日照、通風、採光、居住者心理對外界信息（特別是日、月、星辰、晴、陰、雨、雪）的感受與在傳統地面建築無大差別，同日時又不像中、深層地下空間那樣會遇到建造期地下水等的處理問題以及日照、通風、採光、緊急疏散與外界心理信息相通等難題。

（3）設計、建造比地面高層建築及中、深層地下空間均較簡易。 ^[3]