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傳統(tǒng)木構(gòu)建筑的抗震特性

2010-03-27 11:30    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  通過(guò)對(duì)震災(zāi)區(qū)的調(diào)查研究,木結(jié)構(gòu)的古建筑能在震災(zāi)中大部分幸存下來(lái),它們?yōu)槭裁淳哂锌拐鹉芰δ?本文?ldquo;以柔克剛”東方哲學(xué)的基本理念,矩形平面設(shè)計(jì),采用檐柱、金柱、門(mén)檻等相連接的結(jié)構(gòu)形式,闡述了傳統(tǒng)木構(gòu)建筑的抗震特性。

  中國(guó)木構(gòu)建筑,從浙江余姚河姆渡使用穿逗榫卯結(jié)構(gòu)開(kāi)始,距今已有六、七千年的歷史。進(jìn)入先秦時(shí)期已較為成熟,宏偉的秦都咸陽(yáng)宮殿和彌山跨谷綿延300里的阿房宮,證明秦國(guó)建造技術(shù)在戰(zhàn)國(guó)晚期居其他各國(guó)的領(lǐng)先水平。秦統(tǒng)一后,集六國(guó)之精英,建筑技術(shù)有了更好的發(fā)展,從咸陽(yáng)一號(hào)宮殿的想像復(fù)原,說(shuō)明秦國(guó)已具有解決大體量高臺(tái)座的技術(shù)。從秦漢到清末的兩千多年間,中國(guó)建筑在多民族和外來(lái)文化的滲透、融合后,技術(shù)和藝術(shù)都不斷成熟,成為獨(dú)具風(fēng)貌的中國(guó)傳統(tǒng)建筑。唐宋以來(lái),伴隨文化交流,中國(guó)建筑傳到了日本、韓國(guó)、越南和東南亞各國(guó),為了有別于以希臘、羅馬為代表的歐洲古典建筑,中國(guó)建筑被公認(rèn)為亞洲文化圈的典型代表。

  中國(guó)傳統(tǒng)建筑就結(jié)構(gòu)形式分類(lèi),可分為磚石結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、磚木混合結(jié)構(gòu)和生土建筑等幾種形式。磚石結(jié)構(gòu)多用于陵墓和高塔;磚木混合結(jié)構(gòu)多用于民居和祠堂,尤以安徽、浙江、福建使用較多;生土建筑主要指西北黃土高原的窯洞和夯土建筑;木結(jié)構(gòu)是中國(guó)傳統(tǒng)建筑使用最多的結(jié)構(gòu)形式,是中國(guó)傳統(tǒng)建筑的精華。所謂磚木結(jié)構(gòu),一般是指以木排架為受力系統(tǒng),以磚石砌山墻(自承重)或局部外隔墻及窗臺(tái)以下的墻裙。

  磚木混合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)主體是木結(jié)構(gòu)排架,由于磚墻不承擔(dān)上部屋頂?shù)暮奢d,它只擔(dān)負(fù)隔墻的功能,因此,即使墻壁倒塌,也不影響主體建筑的使用,故民間有“墻倒屋不塌”之說(shuō)。

  縱觀歷史,中國(guó)傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑因地震原因而倒塌的記載,極為少見(jiàn),查閱史書(shū)或地方志,木建筑的毀壞主要是天災(zāi)(雷擊起火),人禍(戰(zhàn)爭(zhēng)、兵燹、焚香燒紙失火),或因潮濕、蟲(chóng)蛀,導(dǎo)致木構(gòu)架糟朽、傾覆。北魏洛陽(yáng)的永寧寺塔,高數(shù)十丈,天晴時(shí)百里之外可見(jiàn)。因雷擊起火,無(wú)法救助,全城百姓流著淚看它變成了灰燼。楚霸王攻陷秦都咸陽(yáng)后,一把火把咸陽(yáng)燒成焦土,大火三月不絕。歷代的農(nóng)民起義,無(wú)不是把封建帝王的宮室、城池“打得稀巴爛,再踏上一支腳”!陳勝、吳廣如此,張獻(xiàn)忠有過(guò)之而無(wú)不及,天府之國(guó)的成都,被破壞成虎狼橫行的廢墟。堂堂一省的行政中心,被迫借閬中辦公。緊臨地震區(qū)的山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔,高30多m,全木結(jié)構(gòu),建成至今900余年,經(jīng)多次地震,至今尚在。四川平武報(bào)恩寺,建成迄今500余年,經(jīng)歷數(shù)次強(qiáng)烈地震,包括松潘7.2級(jí)地震和今年5.12汶川8級(jí)地震,報(bào)恩寺雖有破損,但并未倒塌。都江堰二王廟是此次地震的重災(zāi)區(qū),由于震害嚴(yán)重,屋頂大部分損壞,小青瓦屋頂滑落,隔墻倒塌。只要沒(méi)有臺(tái)地滑坡,木構(gòu)架只是歪斜變形,很少全部震塌。由此可以證明,全木結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)建筑,確實(shí)具有抗拒地震的能力。

  木結(jié)構(gòu)為什么具有抗震能力呢?有如下的一些措施,對(duì)抗拒震害是有益的;

  1.以柔克剛:這是東方哲學(xué)的基本理念。大禹治水用疏不用堵;漢張良,以鄉(xiāng)音瓦解楚霸王十萬(wàn)雄兵;諸葛亮用兵“攻心為上,攻城次之”和清初孝莊皇太后一杯酒勸降洪承疇,為清初的社會(huì)穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)以及看似柔軟的東方太極拳,卻可對(duì)抗西方如狼似虎的拳擊等等,皆是“以柔克剛”的典型例子。中國(guó)傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的接頭,不用剛接用榫卯,不加鐵釘用木銷(xiāo),使榫卯連接處具有一定的延伸性,可以消解外力。斗拱更是消震的重要構(gòu)件,它像汽車(chē)的減震器一樣,當(dāng)遭受地震時(shí),破壞力從地基開(kāi)始,通過(guò)柱子、斗拱、梁架、穿枋等多個(gè)接點(diǎn)的釋放,傳達(dá)到屋頂時(shí),震害已大大減輕,因此,只要地基不出現(xiàn)滑坡,一般都只會(huì)構(gòu)架偏移,瓦面滑落,不會(huì)整體倒塌。此次汶川8級(jí)強(qiáng)震,青城山的古建筑受震害破壞較小,多是瓦片滑落。但后世用磚混結(jié)構(gòu)添建的建筑,倒塌較多。二王廟震害嚴(yán)重,主要是山體滑坡造成的。離堆公園內(nèi)的伏龍觀古建筑群,由于地基未出現(xiàn)滑坡,木構(gòu)架僅有少量變形,屋面瓦片大面積滑落。不需大動(dòng)干戈,用打牽的傳統(tǒng)工藝,就可將排架扶正,對(duì)松動(dòng)的榫卯適當(dāng)修理,重新蓋上瓦頂,就可繼續(xù)使用。

  2.平面圖形規(guī)整、簡(jiǎn)潔,一般均為矩形,進(jìn)深較大,符合現(xiàn)代抗震規(guī)范的要求。保存迄今有500年以上歷史的建筑:唐代山西五臺(tái)山南禪寺大殿,佛光寺大殿;山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔;河北薊縣觀音閣山門(mén)及大殿;四川平武報(bào)恩寺和新津觀音寺;以及北京明清故宮等建筑都具有這樣的特點(diǎn)。

  3.重視側(cè)腳、收分:傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的檐柱和金柱,在垂直方向大都向房屋的中心傾斜;高層樓閣建筑,柱子層層內(nèi)收,使建筑立面呈下大上小之勢(shì)。再加上屋頂采用比較穩(wěn)定的三角形,更增強(qiáng)了建筑的穩(wěn)定性。

  4.重視對(duì)水平風(fēng)力的轉(zhuǎn)遞、消解:比較考究的木建筑,在檁條下還另加一根比受力檁條小一些的小檁條,有的稱(chēng)拉纖,有的叫牽條。它與排架上的短柱用榫頭連接,以使排架增強(qiáng)橫向剛度。當(dāng)建筑跨度較大時(shí),在相當(dāng)于屋架下弦之處,還要增加幾根拉纖,以加大屋架的橫向剛度,抵抗從山墻方向傳來(lái)的橫向荷載。山西應(yīng)縣釋迦塔采用“明五暗四”增加結(jié)構(gòu)剛度的措施,創(chuàng)造了經(jīng)歷多次六級(jí)以上的地震,九百年不倒的世界奇跡。近代歐美國(guó)家的高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范,有可能是借鑒了該建筑的構(gòu)造措施而制定的。

  5.門(mén)檻(又稱(chēng)地扶,有的大型建筑還專(zhuān)門(mén)作藏于地面以下的暗地扶。日本木建筑的抗震措施之一,就是室內(nèi)地平以下,用地扶縱橫連接,以加強(qiáng)整體剛度。清水寺是最典型的例子)是約束變形的關(guān)鍵:傳統(tǒng)建筑的門(mén)檻,用料粗壯結(jié)實(shí),它位于檐柱或金柱之間,把柱子緊緊的卡住,與上部額枋的共同作用,猶如現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的圈梁,使建筑物的整體性能更為加強(qiáng)。

  6.欠入方式不同。柱子與柱礎(chǔ)(四川叫磉蹬)之間,不用嵌入,采用較為平整的金屬躓板或硬木軟磉過(guò)渡,此種連接方式,能顯著減少柱底和柱礎(chǔ)表面的摩擦力,避免水平剪切力的破壞。

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