揭秘木結(jié)構(gòu)古建的抗震性能

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　  絕招一：古建筑的臺基堪稱整體浮筏式基礎

　  我國古代很少建造平面復雜的建筑，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”，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)龋┬枰獜碗s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。

　  絕招二：斗拱

　  斗拱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。它是由若干斗形的木塊和弓形的短枋木相互交接組合而成的構(gòu)件，用在柱頭頂或額枋之上，起著承托梁架和出挑屋檐的作用。當?shù)卣鸢l(fā)生時，屋頂與柱之間的若干組內(nèi)外檐斗拱像彈簧層一樣起著變形消能的作用，從而大大減少了建筑物的破壞程度。歷史上，很多帶斗拱的建筑都能抵御強烈地震，比如山西大同的華嚴寺，在沒有斗拱的低等級附屬建筑被破壞殆盡的情況下，帶斗拱的主要殿堂仍能幸存，充分說明了斗拱對抗震的貢獻。斗拱但能起到“減震器”的作用，而且被各種水平構(gòu)件連接起來的斗拱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。

　  絕招三：榫卯是抗擊地震的關(guān)鍵

　  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。

　  還有如柱子的生起、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；柱子與柱礎的結(jié)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(chǎn)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(gòu)架對水平?jīng)_擊波反復作用的抵抗能力；在外檐柱間設置較厚的墻體，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。