中國木結(jié)構(gòu)古建筑的抗震性能

　　汶川大地震舉國震驚，在重災(zāi)區(qū)北川的一片廢墟中，傲然挺立著兩所震不塌的學(xué)校。家長和老師們泣謝建校功臣：是他們的責(zé)任心挽救了上千名學(xué)生的生命。這兩所學(xué)校向人們訴說著：地震災(zāi)害雖然難以預(yù)測，但是只要采取了足夠的防震措施，是可以把地震災(zāi)害的損失降到最低限度的。建筑物防震，這是一個古老的話題。中國很多古建筑，具有很強(qiáng)的抗震性能。

　　一、中國古建筑三個典型的抗震實例
　　
　　1.麗江古建筑強(qiáng)震中墻倒屋不塌。中國有句俗語叫“墻倒屋不塌”，是說那些木構(gòu)架的古房屋，墻倒了房頂卻不
　　會塌下來。1996年2月麗江大地震中，聯(lián)合國的專家親眼目睹了這一奇跡。
　　那一年，麗江地區(qū)發(fā)生7.0級地震，震中烈度達(dá)到九度，麗江古城遭受到嚴(yán)重破壞。有關(guān)方面在為麗江各族人民擔(dān)憂之余，還為另一件事?lián)鷳n：麗江古城最初建于宋末元初（公元12世紀(jì)末～13世紀(jì)初），距今大約有800年的歷史，至今保留了大片明清年代的居民建筑，均是土木結(jié)構(gòu)瓦屋面樓房，融合了納西、白、漢等民族建筑藝術(shù)的精華。當(dāng)年麗江古城申報“世界文化遺產(chǎn)”，受到聯(lián)合國科教文組織的高度重視，它派來實地考察的專家組已經(jīng)到了北京。在這節(jié)骨眼上麗江卻發(fā)生了如此強(qiáng)烈的地震，聯(lián)合國的專家還去不去？申報“世界文化遺產(chǎn)”還有沒有希望？文物局經(jīng)過研究決定，還是按原計劃考察麗江。一行人風(fēng)塵仆仆地趕到麗江，驚奇地發(fā)現(xiàn)，老城區(qū)并沒有想象的那樣破壞嚴(yán)重。許多新建的大樓倒塌了，新建道路被破壞了，老房子卻沒有倒。盡管墻有的裂了，有的倒了，可是那些老的構(gòu)架卻頑強(qiáng)地支撐著屋頂，保持著原來的形態(tài)。具有諷刺意義的是，幾棟新樓，因為破壞了古城風(fēng)貌，準(zhǔn)備拆除還沒來得及動工，就被地震震塌了。老城區(qū)的老路還是那樣蜿蜒曲折，玉泉河分成的無數(shù)支流還是那樣繞屋傍路地流淌。經(jīng)過大地震的洗禮，麗江老城區(qū)竟然頑強(qiáng)地顯示出勃勃生機(jī)！聯(lián)合國的專家被感動了，他們一致認(rèn)為，麗江的歷史、藝術(shù)和科學(xué)的價值還在，經(jīng)過修復(fù)，“世界文化遺產(chǎn)”申報依然有效！
　　2.應(yīng)縣木塔歷盡劫難近千年不倒。應(yīng)縣木塔即佛宮寺釋迦塔。建于遼清寧二年（1056年），即北宋至和三年，距今已有950余年。它是我國乃至全世界現(xiàn)存最早、最高的木塔。塔高67.31米，底層直徑30.27米。整個建筑由塔基、塔身、塔剎三部分組成。塔基分作上下兩層，下層為方形，上層為八角形。塔平面亦為八角形，外觀為五層六檐。內(nèi)部還有四個暗層，共高九層。
　　應(yīng)縣木塔整體構(gòu)架全部用松木和榆木建造。在結(jié)構(gòu)上采用雙層環(huán)形、空間框架。上層柱腳插在下層柱頭的枋上，并向內(nèi)遞收，形成一層比一層小的優(yōu)美輪廓。全塔在結(jié)構(gòu)上沒用一個鐵釘，全靠構(gòu)件互相卯榫咬合。柱子按內(nèi)外兩環(huán)布置，由于暗層柱間采用近似桁架的作法，外立面有四個面的柱間，設(shè)有斜撐，形成雙套筒式結(jié)構(gòu)。四個暗層形成四個剛性較大的環(huán)，猶如現(xiàn)代建筑中的圈梁，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性。柱腳間還有地拱等水平構(gòu)件，這樣明層通過柱、斗拱、梁枋的連接形成一個柔性層，與暗層的環(huán)一剛一柔，剛?cè)嵯酀?jì)，也就大大加強(qiáng)了抗震性能。
　　據(jù)歷史記載，元順帝時大震七日，木塔巋然不動。明王朝時期，山西靈丘一帶曾發(fā)生烈度為九級的強(qiáng)震，房屋倒坍，人死幾千，而木塔無損。1926年，山西軍閥混戰(zhàn)，塔遭炮擊200余發(fā)，塔身彈痕累累，卻巍然不倒。
　　3.獨樂寺觀音閣傲然屹立于唐山大地震。天津薊縣獨樂寺觀音閣，始建年代已無史料可查，重修于遼圣宗統(tǒng)和二年（公元984年），距今已有一千多年歷史，是世界上現(xiàn)存建筑時間最早的高層樓閣式木結(jié)構(gòu)建筑物。它外觀二層，實為三層，中間一層為暗層，高23米。地基是用黃土和灰沙夯打而成的，既堅固結(jié)實，又有一定的彈性。觀音閣的整個結(jié)構(gòu)既美觀又科學(xué)。全閣有立柱兩層，外檐柱18根，內(nèi)檐柱10根。各層檐柱之間又有梁枋互相連接，構(gòu)成內(nèi)外兩圈，外圈檐柱構(gòu)成的外框套著內(nèi)層檐柱構(gòu)成的內(nèi)框。內(nèi)外兩個框架之間又以短橫梁相連。這種結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)了觀音閣抵御地震帶來的水平推力破壞的能力。據(jù)專家們測量，進(jìn)深和閣高尺度之間的比例，大約為四比三。這種比例使得觀音閣即使被強(qiáng)烈的地震所搖晃，也不至于失去重心。為容納龐大的泥塑觀音菩薩像，觀音閣內(nèi)部修成了一個空井。為避免空井結(jié)構(gòu)影響高層樓閣的穩(wěn)定性，在井口安裝了斜撐，還把三個井口中的一個由四邊形改作成六角形。
　　千余年來，獨樂寺經(jīng)歷了無數(shù)次地震，其中清康熙到乾隆年間薊縣附近就發(fā)生了三次強(qiáng)烈地震，史記“薊縣城官廨民舍無一幸存，觀音閣獨不圮?！?976年7月28日唐山大地震，震中離薊縣只有幾十公里。在這次大地震中，唐山、豐南、天津、三河、薊縣等地，房屋倒塌無數(shù)。在地震發(fā)生的時候，有人聽到觀音閣中的梁架咯咯作響，也有人看到觀音閣的屋頂來回擺動。專家們震后考察得知，觀音閣中用以連接觀音泥塑像和柱子之間的大鐵索已被拉斷。但是，菩薩像沒有倒，觀音閣也沒有倒。由此證明，它的抗震能力是多么卓絕！
　　
　　二、中國古建筑的四大抗震法寶
　　
　　1.建筑材料以木材為主。以木構(gòu)架結(jié)構(gòu)為主要的結(jié)構(gòu)方式。按中國古代的陰陽五行學(xué)說，木為五行之首，木氣屬陽，與季節(jié)的春對應(yīng)，主生發(fā)，是自然生命力旺盛的象征。土屬陰，土生木，土地上建木屋乃陰陽合和之處，最適合人居住。故古人最喜以木建房。木材柔韌，富有彈性，以木材建造的梁柱式結(jié)構(gòu)，可以讓巨大的震動能量消失在彈性很強(qiáng)的結(jié)點上。所以木建筑有很強(qiáng)的防震性能。
　　2.榫卯技術(shù)。榫卯是兩部件結(jié)合的一種技術(shù)。一部件制成凸出狀稱榫頭，另一部件制成凹下狀稱榫眼，榫頭、榫眼尺寸相當(dāng)，將榫頭用力打進(jìn)榫眼，兩部件就緊密結(jié)合了。中國古代建筑的木構(gòu)架基本做法是由立柱、橫梁、順檁、地拱等主要構(gòu)件建造而成，各個構(gòu)件之間的結(jié)點以榫卯相吻合，構(gòu)成富有彈性的框架。再以闌額、由額、柱頭枋、蜀柱、攀間、搭牽、檁、椽等諸多構(gòu)件強(qiáng)化聯(lián)系。這樣的框架結(jié)構(gòu)有極強(qiáng)的抗震能力，據(jù)說在地震中被平推數(shù)尺也不散架。
　　3.斗拱。斗拱是中國古代木建筑特有的構(gòu)件，由水平放置的方形斗、弓形的拱以及斜置的昂組成。安裝在立柱上挑出，將屋檐的大面積荷載傳遞到立柱上。由于斗拱具有較好的彈性，它像汽車的減震器一樣消減了地震的部分沖擊力，保護(hù)構(gòu)架的安全。
　　4.臺基。建筑物下筑臺基，在新石器時期即已出現(xiàn)。臺基一般是由夯土筑成，外包磚石。這樣的臺基形成了一個結(jié)實的整體且富有彈性。建筑物的柱子并不埋在夯土里，而是置于石頭或銅器為底的臺上。地震中，臺基的彈性能夠消除部分沖擊力，堅實的整體性則有效地保護(hù)建筑的基礎(chǔ)，使它不被剪切破壞。臺基上的建筑物也可以臺基為依托通過彈性形變、縱跳橫挪等方法來消解地震能量，保護(hù)自身安全。
　　充滿智慧的中華民族，在與地震災(zāi)害的長期斗爭中，創(chuàng)造性地使用了四大法寶，使我國的古建筑的抗震性能舉世矚目，也為現(xiàn)代建筑的抗震措施提供了借鑒的資料和樣板。