解密中國古代建築的抗震智慧(圖)

font print 人氣: 9390
【字號】    
   標籤: tags: ,

【大紀元6月22日訊】與西方磚石結構建築的「以剛克剛」不同,中國傳統的木結構建築在抵抗地震衝擊力時,採用的是「以柔克剛」的思維,通過種種巧妙的措施,其目標是以最小的代價,將強大的自然破壞力消彌至最小程度。我國許多古代建築都成功地經受過大地震的考驗,如天津薊縣獨樂寺觀音閣、山西應縣木塔等建築,千百年來均經歷過多次地震仍然傲然屹立。當代建築設計以抵禦9度地震為目標,而我國傳統的木結構建築基本上能達到這個要求,而且其代價遠遠小於西方的「剛」,不能不讓人歎服”柔”的力量。

柔性的框架結構:牆倒屋不塌

中華民族不但自文明伊始就睿智地選擇了木材等有機材料作為結構主材,而且發展形成了世界上歷史最悠久、持續時間最長、技術成熟度最高的結構體系——柔性的框架體系。我國木結構技術的發展,若僅從浙江余姚河姆渡遺址算起,迄今至少已有近7000年的歷史。作為對比,西方數千年中一直採用承重牆體系,直到工業革命以來、近現代科學技術發展之後,才意識到框架結構的優越性,遂開始大規模地普及,更值得玩味的是,這種框架體系仍然是「以剛克剛」。而中國的傳統木結構,具有框架結構的種種優越性,如「牆倒屋不塌」的功效,但其柔性的連接,又使得它具有相當的彈性和一定程度的自我恢復能力。這次汶川大地震中,許多文物建築的牆體均不同程度地受損,但主體結構仍未倒塌,就是這種柔性框架結構抗震能力的表現。

整體浮筏式基礎、斗栱、榫卯:抗擊地震的關鍵

我國古代很少建造平面複雜的建築,主要採用長寬比小於2:1的矩形。規則的平面形態和結構佈局有利於抗震。傳統建築往往是中間的一間(當心間)最大,兩側的次間、梢間等依次縮小面寬,這樣的設計非常有利於抵抗地震的扭矩。


七千年前的榫卯 (國家地理)

中國古代建築一般由台基、梁架、屋頂構成,高等級的建築在屋頂和樑柱之間還有一個斗栱層。中國古代建築的台基用現代結構語言描述,堪稱「整體浮筏式基礎」,好比是一艘大船載著建築漂浮在地震形成的「驚濤駭浪」中,能夠有效地避免建築的基礎被剪切破壞,減少地震波對上部建築的衝擊。中國傳統建築的梁架一般採用抬梁式構造,在構架的垂直方向上,形成下大上小的結構形狀,實踐證明這種構造方式具有較好的抗震性能。優雅的大屋頂是中國古代傳統建築最突出的形象特徵之一,而且對提高建築的抗震能力也做出過相當的貢獻。形成大屋頂(尤其是廡殿頂、歇山頂等)需要複雜結構和大量構件,大大增加了屋頂乃至整個構架的整體性;龐大的屋頂以其自重壓在柱網上,也提高了構架的穩定性。

斗栱是中國古代建築抗震的又一位重要戰士,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,很多帶斗栱的建築都能抵禦強烈地震,比如山西大同的華嚴寺,在沒有斗栱的低等級附屬建築被破壞殆盡的情況下,帶斗栱的主要殿堂仍能倖存,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,大大提高了整個結構的安全性。


轉角結構(國家地理)

除了這些較顯著的手法外,中國古代傳統建築中還使用了大量的其他技術措施,這些措施是古建築抗震的關鍵。比如榫卯的使用:榫卯是極為精巧的發明,我們的祖先早在7000年前就開始使用,這種不用釘子的構件連接方式,使得中國傳統的木結構成為超越了當代建築排架、框架或者剛架的特殊柔性結構體,不但可以承受較大的荷載,而且允許產生一定的變形,在地震荷載下通過變形吸收一定的地震能量,減小結構的地震響應。又比如柱子的生起、側腳等技法降低了建築的重心,並使整體結構重心向內傾斜,增強了結構的穩定性;柱頂、柱腳分別與闌額、地袱以及其他的結構構件連接,使柱架層形成一個閉合的構架系統,用現代術語來說,就是形成上、下圈梁,有效地制止了柱頭、柱腳的移動,增強了建築構架的整體性。

梁架系統通過闌額、由額、柱頭枋、蜀柱、攀間、搭牽、梁、檁、椽等諸多構件強化了聯繫,顯著增強了結構的整體性;柱子與柱礎的結合方式能顯著地減少柱底與柱礎頂面之間的摩擦,進而有效地產生隔震作用;在高大的樓閣中,如獨樂寺觀音閣、應縣木塔等,都在暗層中設有斜撐,大大強化了構架對水平衝擊波反覆作用的抵抗能力;在外簷柱間設置較厚的牆體,起到現代建築中「剪力牆」的作用諸如此類,舉不勝舉,大到建築群體的佈局處理,小到構件斷面的尺寸設計,處處都展示出古代工匠們在抗震設計方面的知識和匠心。

應縣木塔:中國古代建築抗震能力的傑出代表

山西應縣佛宮寺釋迦塔(應縣木塔)是中國古代傳統建築傑出抗震能力的集中代表。這座木塔是當今世界現存最高的木結構建築,竣工於1056年,處於大同盆地地震帶上。木塔建成200多年即遭受大震,餘震連續7天,木塔附近的房屋全部倒塌,而木塔巋然不動;在此後的近千年中,木塔經歷了多次大地震的考驗而安然無恙。在戰亂之際,木塔還承受過200餘發炮彈的轟擊,亦無大損。

木塔之所以有如此傑出的抗震能力,在於前述諸多抗震技法的綜合和提高:木塔平面是規則的正八角形,利於抵抗地震波產生的扭曲力;木塔高達4.4米的磚石基座堅實、穩定,形成一個「浮筏」,承載著全塔的重量(約1300噸);木塔內梁與柱的連接完全通過斗栱完成,各種構件則通過榫卯連接,全塔的主要構件不用一釘一鉚,這種連接形式類似於半固結半活鉸的狀態,能承受較大的彎矩;構架水平分層,在地震波中的垂直衝擊波攻擊下,可以通過「彈跳」的方式消解巨大的破壞能量;構架的整體性有力地抵抗旋轉波,所有的柱子都用頂部的梁枋連結成一個筒形的框架,保證了構架的穩定性;柱子之間砌築有厚實的牆體,牢牢地「抱」住各柱子,增加了構架的整體性,而且這些牆體能作為剪力牆發揮作用;立柱側腳、平面逐層縮小,有效地降低了塔的重心,並使整體結構重心向內傾斜,增強了塔的穩定性,這樣既使塔身形成美麗的曲線,又能把水平的地震衝擊力分解成垂直方向的壓力;周邊有一圈柱廊,各圈柱廊被水平構件連接成一個剛中帶柔的整體;為了加固結構框架,在八邊形木塔的四個斜向應面上,自上而下採用了剪刀撐做法。

整座木塔表現出結構、技術與藝術形象的高度和諧,表裡如一,這是中國古代木結構建築,也是我們中華民族的「傳統美德」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築,充分顯示出當時的匠人對數學、力學、材料學、結構學的研究已經相當深入,而且對地震的破壞機理已有了相當的瞭解,抗震經驗已積累到了很高的水平,既令人驚奇,也令人自豪。

文章來源:中國國家地理

(http://www.dajiyuan.com)

如果您有新聞線索或資料給大紀元,請進入安全投稿爆料平台。
related article
  • (大紀元記者文華綜合報導)6月14日發生在日本東北地區的裡氏7.2級地震,儘管地動山搖,山崩地陷,導致5個堰塞湖的出現,但人員傷亡量不大。目前已知九人死亡,受傷者逾兩百人。對比一個月前汶川地震的巨大傷亡,專家解讀說,除地震威力僅為四川地震的1/16外,震央人口少,樓宇抗震能力強,有效的預警系統這三方面的共同作用,促使了人口傷亡數量的降低。
  • 當地時間6月14日發生在日本東北地區的裡氏7.2級地震,儘管地動山搖,山崩地陷,導致5個堰塞湖的出現,但人員傷亡量不大。目前已知九人死亡,受傷者逾兩百人。對比一個月前汶川地震的巨大傷亡,專家解讀說,除地震威力僅為四川地震的1/16外,震央人口少,樓宇抗震能力強,有效的預警系統這三方面的共同作用,促使了人口傷亡數量的降低。(圖片來源:Getty Images)
  • 汶川地震導致一個個學校的學生成片死於豆腐渣工程,殺人部部長周濟又在惺惺作態。6月15日的《新京報》報稱:「教育部部長周濟日前表示,在設計上要提高學校的抗震標準,學校建築抗震標準應高於民用建築最高標準,要把學校建成最堅固最安全的地方。」
  • 在2008年5月12號,中國四川省汶川縣發生裡氏8級地震之後,中國立刻從事抗震救災的工作。據中國官方的新華社發表的到6月10號的災情數字顯示,這次地震給災區已經造成了6萬9千1百46人死亡,37萬4千零72人受傷,1萬7千5百16人失蹤。新華社在另外的報導中指出,累計受害災民高達4千5百71萬多人。財物和經濟的損失更是以數以千億的人民幣來計算。 (m2008-06-16-voa78.cfm)
  • 在地震救災的最初時段,時間就是生命,早一刻把人從廢墟堆裏救出來,就多一份生還的希望。並且一旦超過72小時救人黃金時間,絕大多數人就失去了存活的可能。這是抗震救人的基本常識,一般人不用想都會明白。
  • 動筆之時,恰恰是汶川大地震的滿月祭日。連日股市的暴跌也無法轉變自己對地震帶來的諸多現象的反思:預報與掩蓋;教學樓、辦公樓和書記的別墅;死難孩子的父母之苦來自何處;「多難興邦」的忽悠 掩蓋著什麼真相;「中國特色」的抗震慶功會之罪惡;……
  • (自由亞洲電台記者安培報導)四川大地震發生已經1個多月了。中國宣傳部門的官員又開始要求各地抗震救災報導弘揚「主旋律」。分析人士認為,中國進一步收緊了地震後稍微放鬆的新聞控制。
  • 轉發文章:6月6日,山東《齊魯晚報》A26版"青未了"副刊發表作者名為王兆山的"詞二首",第一首"江城子 廢墟下的自述"以廢墟下遇難者的口吻,感歎國家人民抗震救災的努力,面對"黨疼國愛"和"民族大愛",發出了"縱做鬼,也幸福"和"親歷死也足"的感慨!並表達了"只盼墳前有屏幕,看奧運,同歡
    呼"的願望。筆者讀後,卻感覺胸中如堵,難受至極!在災區人民面對親人罹難,仍心如刀絞之時,作者卻借死難者之口拍生者馬屁,實在不恰當的很!將詞拿給筆者同事看,紛紛以為不妥!打電話到該刊編輯部表達反對意見,指出該詞立意和思想有問題,編輯卻說筆者這種說法還是第一次聽到,他瞭解到的反應卻是"很多人都說好"!不過該編輯還是對筆者的意見表示了感謝。
  • 風水局中的天花板!每一處都精心設計。天安門是仙凡兩界通道?皇帝為什麼是「九五之尊」?
  • 明末三斬龍脈事件,誰笑到最後?為什麼袁世凱的「龍座」要後移三米?紫禁城中軸連接泰山?
評論