整體浮筏式基礎(chǔ),、斗栱、榫卯:抗擊地震的關(guān)鍵
我國(guó)古代很少建造平面復(fù)雜的建筑,，主要采用長(zhǎng)寬比小于2:1的矩形,。規(guī)則的平面形態(tài)和結(jié)構(gòu)布局有利于抗震。傳統(tǒng)建筑往往是中間的一間(當(dāng)心間)最大,，兩側(cè)的次間,、梢間等依次縮小面寬,，這樣的設(shè)計(jì)非常有利于抵抗地震的扭矩。
中國(guó)古代建筑一般由臺(tái)基,、梁架,、屋頂構(gòu)成，高等級(jí)的建筑在屋頂和梁柱之間還有一個(gè)斗栱層,。中國(guó)古代建筑的臺(tái)基用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)語(yǔ)言描述,，堪稱(chēng)“整體浮筏式基礎(chǔ)”,，好比是一艘大船載著建筑漂浮在地震形成的“驚濤駭浪”中,，能夠有效地避免建筑的基礎(chǔ)被剪切破壞，減少地震波對(duì)上部建筑的沖擊,。中國(guó)傳統(tǒng)建筑的梁架一般采用抬梁式構(gòu)造,，在構(gòu)架的垂直方向上，形成下大上小的結(jié)構(gòu)形狀,，實(shí)踐證明這種構(gòu)造方式具有較好的抗震性能,。優(yōu)雅的大屋頂是中國(guó)古代傳統(tǒng)建筑最突出的形象特征之一，而且對(duì)提高建筑的抗震能力也做出過(guò)相當(dāng)?shù)呢暙I(xiàn),。形成大屋頂(尤其是廡殿頂,、歇山頂?shù)?需要復(fù)雜結(jié)構(gòu)和大量構(gòu)件，大大增加了屋頂乃至整個(gè)構(gòu)架的整體性,；龐大的屋頂以其自重壓在柱網(wǎng)上,，也提高了構(gòu)架的穩(wěn)定性。
斗栱是中國(guó)古代建筑抗震的又一位重要戰(zhàn)士,，在地震時(shí)它像汽車(chē)的減震器一樣起著變形消能的作用,。歷史上，很多帶斗栱的建筑都能抵御強(qiáng)烈地震,，比如山西大同的華嚴(yán)寺,，在沒(méi)有斗栱的低等級(jí)附屬建筑被破壞殆盡的情況下，帶斗栱的主要殿堂仍能幸存,，充分說(shuō)明了斗栱對(duì)抗震的貢獻(xiàn),。斗栱但能起到“減震器”的作用，而且被各種水平構(gòu)件連接起來(lái)的斗栱群能夠形成一個(gè)整體性很強(qiáng)的“剛盤(pán)”,，按照“能者多勞”的原則把地震力傳遞給有抗震能力的柱子,，大大提高了整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性。
除了這些較顯著的手法外,，中國(guó)古代傳統(tǒng)建筑中還使用了大量的其他技術(shù)措施,，這些措施是古建筑抗震的關(guān)鍵。比如榫卯的使用:榫卯是極為精巧的發(fā)明,，我們的祖先早在7000年前就開(kāi)始使用,，這種不用釘子的構(gòu)件連接方式,，使得中國(guó)傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)成為超越了當(dāng)代建筑排架、框架或者剛架的特殊柔性結(jié)構(gòu)體,，不但可以承受較大的荷載,，而且允許產(chǎn)生一定的變形，在地震荷載下通過(guò)變形吸收一定的地震能量,，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng),。又比如柱子的生起、側(cè)腳等技法降低了建筑的重心,，并使整體結(jié)構(gòu)重心向內(nèi)傾斜,，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；柱頂,、柱腳分別與闌額,、地袱以及其他的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接，使柱架層形成一個(gè)閉合的構(gòu)架系統(tǒng),，用現(xiàn)代術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō),，就是形成上、下圈梁,，有效地制止了柱頭,、柱腳的移動(dòng)，增強(qiáng)了建筑構(gòu)架的整體性,。梁架系統(tǒng)通過(guò)闌額,、由額、柱頭枋,、蜀柱,、攀間、搭牽,、梁,、檁、椽等諸多構(gòu)件強(qiáng)化了聯(lián)系,，顯著增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性,；柱子與柱礎(chǔ)的結(jié)合方式能顯著地減少柱底與柱礎(chǔ)頂面之間的摩擦，進(jìn)而有效地產(chǎn)生隔震作用,；在高大的樓閣中,，如獨(dú)樂(lè)寺觀音閣、應(yīng)縣木塔等,，都在暗層中設(shè)有斜撐,，大大強(qiáng)化了構(gòu)架對(duì)水平?jīng)_擊波反復(fù)作用的抵抗能力；在外檐柱間設(shè)置較厚的墻體，起到現(xiàn)代建筑中“剪力墻”的作用諸如此類(lèi),，舉不勝舉,，大到建筑群體的布局處理，小到構(gòu)件斷面的尺寸設(shè)計(jì),，處處都展示出古代工匠們?cè)诳拐鹪O(shè)計(jì)方面的知識(shí)和匠心,。
應(yīng)縣木塔:
中國(guó)古代建筑抗震能力的杰出代表
山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔(應(yīng)縣木塔)是中國(guó)古代傳統(tǒng)建筑杰出抗震能力的集中代表。這座木塔是當(dāng)今世界現(xiàn)存最高的木結(jié)構(gòu)建筑,，竣工于1056年,，處于大同盆地地震帶上。木塔建成200多年即遭受大震,，余震連續(xù)7天,，木塔附近的房屋全部倒塌，而木塔巋然不動(dòng),；在此后的近千年中,，木塔經(jīng)歷了多次大地震的考驗(yàn)而安然無(wú)恙,。在戰(zhàn)亂之際,，木塔還承受過(guò)200余發(fā)炮彈的轟擊，亦無(wú)大損,。木塔之所以有如此杰出的抗震能力,，在于前述諸多抗震技法的綜合和提高:木塔平面是規(guī)則的正八角形，利于抵抗地震波產(chǎn)生的扭曲力,；木塔高達(dá)4.4米的磚石基座堅(jiān)實(shí),、穩(wěn)定，形成一個(gè)“浮筏”,，承載著全塔的重量(約1300噸),；木塔內(nèi)梁與柱的連接完全通過(guò)斗栱完成，各種構(gòu)件則通過(guò)榫卯連接,，全塔的主要構(gòu)件不用一釘一鉚,，這種連接形式類(lèi)似于半固結(jié)半活鉸的狀態(tài)，能承受較大的彎矩,；構(gòu)架水平分層,，在地震波中的垂直沖擊波攻擊下，可以通過(guò)“彈跳”的方式消解巨大的破壞能量,；構(gòu)架的整體性有力地抵抗旋轉(zhuǎn)波,，所有的柱子都用頂部的梁枋連結(jié)成一個(gè)筒形的框架，保證了構(gòu)架的穩(wěn)定性,；柱子之間砌筑有厚實(shí)的墻體,，牢牢地“抱”住各柱子，增加了構(gòu)架的整體性，而且這些墻體能作為剪力墻發(fā)揮作用,；立柱側(cè)腳,、平面逐層縮小，有效地降低了塔的重心,，并使整體結(jié)構(gòu)重心向內(nèi)傾斜,，增強(qiáng)了塔的穩(wěn)定性，這樣既使塔身形成美麗的曲線,，又能把水平的地震沖擊力分解成垂直方向的壓力,；周邊有一圈柱廊，各圈柱廊被水平構(gòu)件連接成一個(gè)剛中帶柔的整體,；為了加固結(jié)構(gòu)框架,，在八邊形木塔的四個(gè)斜向應(yīng)面上，自上而下采用了剪刀撐做法,。
整座木塔表現(xiàn)出結(jié)構(gòu),、技術(shù)與藝術(shù)形象的高度和諧，表里如一,，這是中國(guó)古代木結(jié)構(gòu)建筑,，也是我們中華民族的“傳統(tǒng)美德”之一。在近千年前我們的祖先就能建造出如此莊嚴(yán)美麗而堅(jiān)固耐久的建筑,，充分顯示出當(dāng)時(shí)的匠人對(duì)數(shù)學(xué),、力學(xué)、材料學(xué),、結(jié)構(gòu)學(xué)的研究已經(jīng)相當(dāng)深入,，而且對(duì)地震的破壞機(jī)理已有了相當(dāng)?shù)牧私猓拐鸾?jīng)驗(yàn)已積累到了很高的水平,，既令人驚奇,，也令人自豪。（來(lái)源:中國(guó)國(guó)家地理雜志）
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作者：
李華東 葛川
編輯：
傅文濤
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