古人抗震建筑绝招

2014年02月25日

    在各种自然灾害中，地震灾害可谓“群害之首”。中国是一个多地震的国家之一，然而，中国许多古代建筑都成功地经受过大地震的考验，如天津蓟县独乐寺观音阁、山西应县木塔等建筑，千百年来均经历过多次地震仍然傲然屹立。古建筑为何能抗震？它们又是怎么抗震的？

天津蓟县独乐寺曾经历了28次地震

    绝招一：古建筑的台基堪称整体浮筏式基础

    中国古代很少建造平面复杂的建筑，主要采用长宽比小于2∶1的矩形。规则的平面形态和结构布局有利于抗震。传统建筑往往是中间的一间(当心间)最大，两侧的次间、梢间等依次缩小面宽，这样的设计非常有利于抵抗地震的扭矩。

    中国古代建筑一般由台基、梁架、屋顶构成，高等级的建筑在屋顶和梁柱之间还有一个斗栱层。中国古代建筑的台基用现代结构语言描述，堪称“整体浮筏式基础”，好比是一艘大船载着建筑漂浮在地震形成的“惊涛骇浪”中，能够有效地避免建筑的基础被剪切破坏，减少地震波对上部建筑的冲击。中国传统建筑的梁架一般采用抬梁式构造，在构架的垂直方向上，形成下大上小的结构形状，实践证明这种构造方式具有较好的抗震性能。优雅的大屋顶是中国古代传统建筑最突出的形象特征之一，而且对提高建筑的抗震能力也做出过相当的贡献。形成大屋顶(尤其是庑殿顶、歇山顶等)需要复杂结构和大量构件，大大增加了屋顶乃至整个构架的整体性；庞大的屋顶以其自重压在柱网上，也提高了构架的稳定性。

    绝招二：斗拱是古建筑抗震中的又一位重要“战士”

    斗拱是中国古代建筑抗震的又一位重要“战士”，在地震时它像汽车的减震器一样起着变形消能的作用。它是由若干斗形的木块和弓形的短枋木相互交接组合而成的构件，用在柱头顶或额枋之上，起着承托梁架和出挑屋檐的作用。当地震发生时，屋顶与柱之间的若干组内外檐斗拱像弹簧层一样起着变形消能的作用，从而大大减少了建筑物的破坏程度。历史上，很多带斗拱的建筑都能抵御强烈地震，比如山西大同的华严寺，在没有斗拱的低等级附属建筑被破坏殆尽的情况下，带斗拱的主要殿堂仍能幸存，充分说明了斗拱对抗震的贡献。斗拱但能起到“减震器”的作用，而且被各种水平构件连接起来的斗拱群能够形成一个整体性很强的“刚盘”，按照“能者多劳”的原则把地震力传递给有抗震能力的柱子，大大提高了整个结构的安全性。

    绝招三：榫卯是抗击地震的关键

    除了这些较显著的手法外，中国古代传统建筑中还使用了大量的其他技术措施，这些措施是古建筑抗震的关键。比如榫卯的使用，榫卯是极为精巧的发明，我们祖先早在7000年前就开始使用，这种不用钉子的构件连接方式，使得中国传统的木结构成为超越了当代建筑排架、框架或者刚架的特殊柔性结构体，不但可以承受较大的荷载，而且允许产生一定的变形，在地震荷载下通过变形吸收一定的地震能量，减小结构的地震响应。

    还有如柱子的生起、侧脚等技法降低了建筑的重心，并使整体结构重心向内倾斜，增强了结构的稳定性；柱顶、柱脚分别与阑额、地袱以及其他的结构构件连接，使柱架层形成一个闭合的构架系统，用现代术语来说，就是形成上、下圈梁，有效地制止了柱头、柱脚的移动，增强了建筑构架的整体性。梁架系统通过阑额、由额、柱头枋、蜀柱、攀间、搭牵、梁、檩、椽等诸多构件强化了联系，显著增强了结构的整体性；柱子与柱础的结合方式能显著地减少柱底与柱础顶面之间的摩擦，进而有效地产生隔震作用；在高大的楼阁中，如独乐寺观音阁、应县木塔等，都在暗层中设有斜撑，大大强化了构架对水平冲击波反复作用的抵抗能力；在外檐柱间设置较厚的墙体，起到现代建筑中“剪力墙”的作用诸如此类，举不胜举，大到建筑群体的布局处理，小到构件断面的尺寸设计，处处都展示出古代工匠们在抗震设计方面的知识和匠心。

    在保存至今的众多古代木结构建筑中，天津蓟县的独乐寺和山西应县木塔在抗震方面的表现尤其突出。独乐寺位于天津蓟县盘山脚下，始建于唐代，寺内的观音阁和山门重建于辽代。自重建以后千余年来，独乐寺曾经历了28次地震，其中清康熙十八年(1679年)三河、平谷发生8级以上强震，“蓟县城官廨民舍无一幸存，观音阁独不圮。”1976年唐山大地震，蓟县城内房屋倒塌不少，观音阁及山门的木柱略有摇摆，观音像胸部的铁条被拉断，但整个大木构架安然无恙。

    独乐寺观音阁之所以在多次强震中屹立不倒，主要是斗拱起了作用，观音阁的斗拱设计十分巧妙，在没有一颗钉子固定的情况下，通过七层木块的相互交织，达到了相互连接固定的作用，这样在地震出现时能及时减缓外部的压力，具有很强的抗震性能。

    山西应县木塔位于山西省应县城西北佛宫寺内，建于辽清宁二年(1056年)，应县木塔处于大同盆地地震带，建成近千年来，经历过多次大地震的考验。据史书记载，在木塔建成200多年之时，当地曾发生过6.5级大地震，余震连续7天，木塔附近的房屋全部倒塌，只有木塔岿然不动。上世纪初军阀混战的时候，木塔曾被200多发炮弹击中，除打断了两根柱子外，别无损伤。

    木塔之所以有如此杰出的抗震能力，在于前述诸多抗震技法的综合和提高：木塔平面是规则的正八角形，利于抵抗地震波产生的扭曲力；木塔高达4.4米的砖石基座坚实、稳定，形成一个“浮筏”，承载着全塔的重量(约1300吨)；木塔内梁与柱的连接完全通过斗拱完成，各种构件则通过榫卯连接，全塔的主要构件不用一钉一铆，这种连接形式类似于半固结半活铰的状态，能承受较大的弯矩；构架水平分层，在地震波中的垂直冲击波攻击下，可以通过“弹跳”的方式消解巨大的破坏能量；构架的整体性有力地抵抗旋转波，所有的柱子都用顶部的梁枋连结成一个筒形的框架，保证了构架的稳定性；柱子之间砌筑有厚实的墙体，牢牢地“抱”住各柱子，增加了构架的整体性，而且这些墙体能作为剪力墙发挥作用；立柱侧脚、平面逐层缩小，有效地降低了塔的重心，并使整体结构重心向内倾斜，增强了塔的稳定性，这样既使塔身形成美丽的曲线，又能把水平的地震冲击力分解成垂直方向的压力；周边有一圈柱廊，各圈柱廊被水平构件连接成一个刚中带柔的整体；为了加固结构框架，在八边形木塔的四个斜向应面上，自上而下采用了剪刀撑做法。（来源：中国文化网）