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古代建筑抗震分析

我国是一个多地震的国家。然而,我国许多古代建筑都成功地经受过大地震的考验,干百年来仍然傲然屹立。古建筑为何能抗震?它们有什么抗震奥秘呢?
  
  奇迹1:广西合甫县四排楼
  
  广西合浦县山口镇有一座古代建筑,名叫四排楼,
  全楼为两层,主要承重结构为36根圆柱,圆柱间又有72根木梁联系,梁柱均由卯榫连接,无一钉一铁。站在楼下仰望,木条上下左右穿插,令人眼花缭乱。数百年来,这里经历多次地震,强台风更是难以计数,但楼阁安然无恙,故被称为“抗震阁”。
  
  奇迹2:天津蓟县独乐寺
  
  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。
  
  奇迹3:山西应县木塔
  
  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,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。上世纪初军阀混战时,木塔曾被200多发炮弹击中,除打断了两根柱子外,别无损伤。
  
  古建筑抗震的工艺
  
  与西方砖石结构建筑的“以刚克刚”不同,中国古代的木结构建筑在抵抗地震冲击力时,采用的是“以柔克刚”的思维,通过种种巧妙工艺的措施,其目标是以最小的代价,将强大的自然破坏力消弭至最小程度。
  我们以应县木塔为例,看看我们老祖先超人的智慧和工艺吧,
  木材是一种质轻、力学性能好的建筑材料,它具有一定的柔性,在外力的作用下比较容易应变,但在一定程度内又有恢复原形的能力,应县木塔的材质正是利用了木结构的特点,并发挥到了极致。
  应县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,其高达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,斗拱在地震时能像汽车的减震器一样起着变形消能的作用,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。
  木塔内部各种构件通过卯榫连接,不用一钉一铆。这种不用钉子的连接方式,不但可以承受较大的荷载,而且在地震时通过变形吸收一定的地震能量,减小关键部位以至整体结构的负荷。
  木塔的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。
  整座木塔表现出结构、技术与艺术形象的高度和谐,表里如一,这是中国古代木结构建筑工艺的一大杰作,也是它在地震中屹立不倒的原因。

来源:南方古建筑设计院

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