以柔克刚——中国古建筑的抗震智慧
我国是世界上的多地震国家之一,早在3000多年前,就有关于地震的记载。千百年来,我国古代劳动人民在与地震灾害斗争的过程中积累了丰富的抗震经验。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。
抗击地震的关键:
整体浮筏式基础、榫卯、斗拱、梁
中国古代建筑采用的是“以柔克刚”的思维,通过种种巧妙的措施,其目标是以最小的代价,将强大的自然破坏力消弥至最小程度。
整体浮筏式基础
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。
榫卯
榫卯是极为精巧的发明,我们的祖先早在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。
斗拱
斗栱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。历史上,很多带斗栱的建筑都能抵御强烈地震,而且被各种水平构件连接起来的斗栱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。
梁架
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,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。
中国古代建筑抗震实例
应县木塔
应县木塔,位于山西省应县,建于公元1056年,塔高67.3米,底层直径30.3米,是世界上现存唯一最古老最高大的纯木结构楼阁式建筑。全塔结构上没用一颗铁钉,全靠木结构和54种斗拱卯榫咬合叠垒而成。堪称世界古木建筑的典范。
曾经历1626年灵丘7级地震,身处7度区而毫发无损。
紫禁城
古代皇城紫禁城也是中国古代抗震的典范,建成600多年以来,紫禁城经历了200多场、极具破坏性的地震,但每一次都能全身而退,在风雨之中屹立不倒。
拖姑清真寺
拖姑清真寺位于云南昭通市鲁甸县城东部约10公里的桃源回族乡拖姑村,始建于雍正八年(1730年)。
2014年8月3日,云南鲁甸“8.03”6.5级强震后,拖姑清真寺依然完好无损。
这些古代“以柔克刚”的抗震技术正是中国千百年来的智慧体现!
在千百年前我们的祖先就能建造出如此庄严美丽而坚固耐久的建筑,充分显示出当时的匠人对数学、力学、材料学、结构学的深入研究,除此之外对地震的破坏机理已有了相当的了解,抗震经验已积累到了很高的水平,既令人惊奇,也令人自豪。