整體浮筏式基礎(chǔ)、斗栱,、榫卯:抗擊地震的關(guān)鍵
我國古代很少建造平面復(fù)雜的建筑,，主要采用長寬比小于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)計非常有利于抵抗地震的扭矩。
中國古代建筑一般由臺基,、梁架,、屋頂構(gòu)成，高等級的建筑在屋頂和梁柱之間還有一個斗栱層,。中國古代建筑的臺基用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)語言描述,，堪稱“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,，減少地震波對上部建筑的沖擊。中國傳統(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)雅的大屋頂是中國古代傳統(tǒng)建筑最突出的形象特征之一,，而且對提高建筑的抗震能力也做出過相當?shù)呢暙I。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,。
斗栱是中國古代建筑抗震的又一位重要戰(zhàn)士，在地震時它像汽車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烈地震，比如山西大同的華嚴寺,，在沒有斗栱的低等級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,，充分說明了斗栱對抗震的貢獻。斗栱但能起到“減震器”的作用,，而且被各種水平構(gòu)件連接起來的斗栱群能夠形成一個整體性很強的“剛盤”,，按照“能者多勞”的原則把地震力傳遞給有抗震能力的柱子，大大提高了整個結(jié)構(gòu)的安全性,。
除了這些較顯著的手法外,，中國古代傳統(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年前就開始使用，這種不用釘子的構(gòu)件連接方式,，使得中國傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)成為超越了當代建筑排架,、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,，使柱架層形成一個閉合的構(gòu)架系統(tǒng)，用現(xiàn)代術(shù)語來說,，就是形成上,、下圈梁，有效地制止了柱頭,、柱腳的移動,，增強了建筑構(gòu)架的整體性。梁架系統(tǒng)通過闌額,、由額,、柱頭枋、蜀柱,、攀間,、搭牽、梁,、檁,、椽等諸多構(gòu)件強化了聯(lián)系，顯著增強了結(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,，進而有效地產(chǎn)生隔震作用；在高大的樓閣中,，如獨樂寺觀音閣,、應(yīng)縣木塔等，都在暗層中設(shè)有斜撐,，大大強化了構(gòu)架對水平?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,，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,，處處都展示出古代工匠們在抗震設(shè)計方面的知識和匠心,。
應(yīng)縣木塔:
中國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)是中國古代傳統(tǒng)建筑杰出抗震能力的集中代表。這座木塔是當今世界現(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,；在此后的近千年中,，木塔經(jīng)歷了多次大地震的考驗而安然無恙。在戰(zhàn)亂之際,，木塔還承受過200余發(fā)炮彈的轟擊,，亦無大損。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4.4米的磚石基座堅實,、穩(wěn)定,，形成一個“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斗栱完成,，各種構(gòu)件則通過榫卯連接，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“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美麗而堅固耐久的建筑，充分顯示出當時的匠人對數(shù)學,、力學,、材料學、結(jié)構(gòu)學的研究已經(jīng)相當深入,，而且對地震的破壞機理已有了相當?shù)牧私?，抗震?jīng)驗已積累到了很高的水平，既令人驚奇,，也令人自豪,。（來源:中國國家地理雜志）
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作者：
李華東 葛川
編輯：
傅文濤
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