解密中国古代建筑的抗震智慧

riverman

解密中国古代建筑的抗震智慧(组图) 9 C9 c$ J% D$ X t 国家地理

　　以柔克刚的思想，是中华民族的传统智慧。举世闻名的太极拳 ( b+ ^2 C9 E2 e6 A

　　就是这种思想的直接产物

　　而中国传统木结构建筑抗震防震的方法

　　堪称“建筑版太极拳” + W5 g" m* I& K( { ^& S( B

　　与西方砖石结构建筑的“以刚克刚”不同，中国传统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。我国许多古代建筑都成功地经受过大地震的考验，如天津蓟县独乐寺观音阁、山西应县木塔等建筑，千百年来均经历过多次地震仍然傲然屹立。当代建筑设计以抵御9度地震为目标，而我国传统的木结构建筑基本上能达到这个要求，而且其代价远远小于西方的“刚”，不能不让人叹服“柔”的力量。

　　柔性的框架结构：墙倒屋不塌 ; M) Z$ V4 o2 Q/ ?( U# {) g

　　中华民族不但自文明伊始就睿智地选择了木材等有机材料作为结构主材，而且发展形成了世界上历史最悠久、持续时间最长、技术成熟度最高的结构体系 —柔性的框架体系。我国木结构技术的发展，若仅从浙江余姚河姆渡遗址算起，迄今至少已有近7000年的历史。作为对比，西方数千年中一直采用承重墙体系，直到工业革命以来、近现代科学技术发展之后，才意识到框架结构的优越性，遂开始大规模地普及，更值得玩味的是，这种框架体系仍然是“以刚克刚”。而中国的传统木结构，具有框架结构的种种优越性，如“墙倒屋不塌”的功效，但其柔性的连接，又使得它具有相当的弹性和一定程度的自我恢复能力。这次汶川大地震中，许多文物建筑的墙体均不同程度地受损，但主体结构仍未倒塌，就是这种柔性框架结构抗震能力的表现。 4 X) ?- E# }* m' q% N1 u

 

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七千年前的榫卯 9 ^8 C! d; k% Z \

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转角结构

 

　　整体浮筏式基础、斗栱、榫卯：抗击地震的关键

　　我国古代很少建造平面复杂的建筑，主要采用长宽比小于2:1的矩形。规则的平面形态和结构布局有利于抗震。传统建筑往往是中间的一间(当心间)最大，两侧的次间、梢间等依次缩小面宽，这样的设计非常有利于抵抗地震的扭矩。

　　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。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，实践证明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(尤其是庑殿顶、歇山顶等)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。 9 q' U7 R$ Y- p5 _

　　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，比如山西大同的华严寺，在没有斗栱的低等级附属建筑被破坏殆尽的情况下，带斗栱的主要殿堂仍能幸存，充分说明了斗栱对抗震的贡献。斗栱但能起到“减震器”的作用，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。 0 Y/ h# L i# y" `5 K

　　除了这些较显著的手法外，中国古代传统建筑中还使用了大量的其他技术措施，这些措施是古建筑抗震的关键。比如榫卯的使用：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。又比如柱子的生起、侧脚等技法降低了建筑的重心，并使整体结构重心向内倾斜，增强了结构的稳定性；柱顶、柱脚分别与阑额、地袱以及其他的结构构件连接，使柱架层形成一个闭合的构架系统，用现代术语来说，就是形成上、下圈梁，有效地制止了柱头、柱脚的移动，增强了建筑构架的整体性。梁架系统通过阑额、由额、柱头枋、蜀柱、攀间、搭牵、梁、檩、椽等诸多构件强化了联系，显著增强了结构的整体性；柱子与柱础的结合方式能显著地减少柱底与柱础顶面之间的摩擦，进而有效地产生隔震作用；在高大的楼阁中，如独乐寺观音阁、应县木塔等，都在暗层中设有斜撑，大大强化了构架对水平冲击波反复作用的抵抗能力；在外檐柱间设置较厚的墙体，起到现代建筑中“剪力墙” 的作用诸如此类，举不胜举，大到建筑群体的布局处理，小到构件断面的尺寸设计，处处都展示出古代工匠们在抗震设计方面的知识和匠心。

　　应县木塔： $ F- l% L2 o) X

　　中国古代建筑抗震能力的杰出代表

　　山西应县佛宫寺释迦塔(应县木塔)是中国古代传统建筑杰出抗震能力的集中代表。这座木塔是当今世界现存最高的木结构建筑，竣工于1056年，处于大同盆地地震带上。木塔建成200多年即遭受大震，余震连续7天，木塔附近的房屋全部倒塌，而木塔岿然不动；在此后的近千年中，木塔经历了多次大地震的考验而安然无恙。在战乱之际，木塔还承受过200余发炮弹的轰击，亦无大损。木塔之所以有如此杰出的抗震能力，在于前述诸多抗震技法的综合和提高：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；木塔高达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栱完成，各种构件则通过榫卯连接，全塔的主要构件不用一钉一铆，这种连接形式类似于半固结半活铰的状态，能承受较大的弯矩；构架水平分层，在地震波中的垂直冲击波攻击下，可以通过“弹跳”的方式消解巨大的破坏能量；构架的整体性有力地抵抗旋转波，所有的柱子都用顶部的梁枋连结成一个筒形的框架，保证了构架的稳定性；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；周边有一圈柱廊，各圈柱廊被水平构件连接成一个刚中带柔的整体；为了加固结构框架，在八边形木塔的四个斜向应面上，自上而下采用了剪刀撑做法。

　　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，也是我们中华民族的“传统美德”之一。在近千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、结构学的研究已经相当深入，而且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。 ~) z; ~* p* C7 i5 z# N7 C

 

析津志

1997年兵器工业出版社出版了一本<中国震迹旅游>,这本书介绍了中国古代建筑的抗震,其中古塔,古桥居多,值得一看.

飞的鱼

博大精深的建筑文化

光明

QUOTE:

以下是引用析津志在2008-6-23 16:23:04的发言：

1997年兵器工业出版社出版了一本<中国震迹旅游>,这本书介绍了中国古代建筑的抗震,其中古塔,古桥居多,值得一看.

哪儿有卖的？听说有一本介绍北京历史上地震的书？

宿城小雪

嘉靖34年地震死了83万人，那都是住古建筑里死的，我怎么没看到智慧在哪？

油油

QUOTE:

以下是引用瞌睡虫在2008-6-24 12:36:41的发言：
嘉靖34年地震死了83万人，那都是住古建筑里死的，我怎么没看到智慧在哪？

就是

油油

那个家伙没钱修，也没办法修

只能耗着

水星_2006

真巧，刚去了一趟应县木塔回来，那真是史上最旧的塔，因为没人敢维修，就让它那么耗着。。。连漆都是剥落的。。。反而是它周遭一圈的新建筑，显得它怪怪的。。。

Tyger

能抗震，但叫智慧就不恰当了。

什么叫智慧？为了避免地震，针对之研制的建筑技术。

没有证据表明先人是为了防震研究出木构建筑，最多算歪打正着，建筑附带有防震功能。

要是古人能有很好的石构技术，也许他们宁可用石头屋子，毕竟火灾比地震频繁些

油油

只是木材的材质和石材之间的区别而已

木头本来就是有弹性的，榫卯固定，自然有空间摆动而不坍塌

可钢筋水泥就不同，一旦震动就会倒塌

这是两种材料的区别

钢架交叉类似榫卯来固定的结构一样结实

日本的学校就是实例

油油

西方国家的建筑材料同样是石料，也没听说人家地震死那么多人啊

别找客观理由了，就是建筑本身建造的有问题

灾区不照样有学校的建筑纹丝不动吗，难道也是木头的？？？

宿城小雪

建筑用心营造都可以抗震，近年我们国家就是忽略这些了，无论民宅还是公共设施都是胡乱发包，导致悲剧不可避免。农村的民宅自古就不抗震，这是习惯产生的后果。

油油

QUOTE:

以下是引用瞌睡虫在2008-6-24 12:21:20的发言：
建筑用心营造都可以抗震，近年我们国家就是忽略这些了，无论民宅还是公共设施都是胡乱发包，导致悲剧不可避免。农村的民宅自古就不抗震，这是习惯产生的后果。

正点

古代建筑存世的虽然经典

但不能说它就是抗震的智慧之所在

应县木塔建于清宁二年，１０５６年，是辽王朝最后一个建筑，建造者在建造的时候肯定没想那么多

水塘小妖

关于古建抗震，节选梁思成先生的《中国建筑的特征》谈谈拙见。
　　
　　(二)历用构架制之结构原则既以木材为主，此结构原则乃为“梁柱式建筑”之“构架制”。以立柱四根，上施梁枋，牵制成为一“间”(前后横木为枋，左右为梁)，梁可数层重叠称“梁架”。每层缩短如梯级，逐级增高称“举折”，左右两梁端，每级上承长，直至最上为脊，故可有五、七至十一不等，视梁架之层数而定。每两之间，密布栉篦并列之椽，构成斜坡屋顶之骨干；上加望板，始覆以瓦葺。四柱间之位置称“间”。通常一座建筑物均由若干“间”组成。此种构架制之特点，在使建筑物上部之一切荷载均由构架负担；承重者为其立柱与其梁枋，不借力于高墙厚壁之垒砌。建筑物中所有墙壁，无论其为砖石或为木板，均为“隔断墙”(Curtain Wall)，非负重之部分。是故门窗之分配毫不受墙壁之限制，而墙壁之设施，亦仅视分隔之需要。欧洲建筑中，惟现代之钢架及钢筋混凝土之构架在原则上与此木质之构架建筑相同。所异者材料及科学程度之不同耳。中国建筑之所以能自热带以至寒带；由沙漠以至两河流域及滨海之地，在极不同之自然环境下始终适用，实有赖于此构架制之绝大伸缩性也。
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　　有句话说：墙倒屋不塌，愚以为抗震问题的关键在于是否框架结构，其中砖石的框架结构借助钢筋水泥，当然是否抗震要看钢筋水泥的质量，比如这次地震中的漩口中学、北川中学，大家看到钢筋细若铁丝，水泥不够细和纯等；梁柱式木构古建筑抗震要看梁架结构设计和木料的质量，没有绝对的抗震，只是相对而言这种伸缩性对地震晃动具有一定的容忍能力，晃动太过剧烈的话也没有办法。民宅和官式建筑的梁架结构肯定也有不同，抗震性能自然不同，再有，我觉得既然木构的墙壁不承重，在晃动中就有可能倾覆，而造成一定人员伤亡，有些人也会认为墙倒了古建筑就是完蛋了。
　　
　　至于古建筑是否具有抗震的智慧，我觉得，仍然可以用梁思成先生的这篇文章中的话来说明，“古代原始建筑，如埃及、巴比伦、伊琴、美洲及中国诸系，莫不各自在其环境中产生，先而胚胎，粗具规模，继而长成，转增繁缛。其活动乃赓续的依其时其地之气候、物产材料之供给；随其国其俗、思想制度、政治经济之趋向；更同其时代之艺文、技巧、知识发明之进退，而不自觉。”
　　
　　这大概类似于达尔文的进化论吧，古建筑在传袭演进的过程中，肯定会对防灾害有所顾忌，才具备有我们所看到的特征，这不是我们所能臆测的。反过来说，现代人的房子设计时要求具有一定抗震级别，也是这么多世纪人类“进化”“适者生存”的结果吧。所以我觉得不要把自己和古人分开讨论，我们只是处于历史河流的不同区段和流域而已，某天，我们也会成为所谓的古人，我们的房子也会成为所谓的古建筑，也许未来某次大地震后，我们的子孙，子子孙孙也会探讨我们的房子是否具有抗震的智慧，也许他们会以汶川地震近七万人死在古建筑里作为一个论据，来讽刺古建筑的智慧吧。
　　
　　
　　国家地理杂志为普及古建筑文化做了一个好的尝试，他们找到一个很好的选题角度，但是论证却并不够深刻和精辟，例证也不够充分，不过留给人无数讨论和思辨的空间，从这个角度说，这个选题还是成功的，呵呵

析津志

QUOTE:

以下是引用lgg在2008-6-25 8:51:35的发言：

哪儿有卖的？听说有一本介绍北京历史上地震的书？

是有一本,其中有不少唐山地震后北京文物古迹损毁的照片.

GOD北京人

古代建筑是以故构架为主.墙体为辅.(说白了就是挡风用的)所以才有了这么一句话"房倒屋不塌"建筑都是榫卯构造的,其之间还有空隙.这样可以减震.

GOD北京人

应县木塔是中国最早的塔式建筑,应该没记错的话是建于辽代,因为时间久远,再加上中国古建筑都是以木为构架.所以好多构架都以粘在一起.所以很难施工维修.专家以研究好几年至今没有消息.

封建卫道士

可能是木头的应力比较好吧