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觀點│為何部分古建震中屹立不倒

日期:2016/12/14 10:55:08      編輯:古代建築

拖姑清真寺位於魯甸縣城往東10公裡的桃源回族鄉拖姑村,是雲南省五大古寺之一。它始建於雍正八年(1730年),1755年經主寺阿訇賽煥章牽頭,到四川、貴州、陝西、寧夏以及省內各地募捐,相繼建起了喚醒樓、廂房等。目前寺內建築除被用作宗教場所外,還被用作教學用房等。

 

“當時我在離桃源很近的威寧。地震發生的時候,威寧地動山搖,就像篩子篩東西一樣,人都站不穩。當時我還想,拖姑清真寺完了。”在寺內教書的老師馬關燦回憶道。但是當他隨後趕回寺院時,卻發現這座古老的寺院幾乎完好無損。

“拖姑清真寺用圓柱和橫梁交接而成,殿堂有36根大圓木柱支撐,兩根大‘抬擔’橫加在殿堂的上方,以橫木連接四邊木柱,把整個殿堂各部分緊緊拉連成一體,而且整個建築沒有用一顆釘子,榫卯環環相扣。”拖姑清真寺研究專家馬應良這樣描述清真寺的獨特構造。而在中國文化遺產研究院高級工程師張之平看來,中國傳統木結構建築各個構件之間的節點不用釘子連接而以榫卯相吻合的連接方式,使得木結構建築構成富有彈性的框架,具有相當的彈性和一定程度的自我恢復能力。

 

“它是一個柔性的框架結構,允許有一定的變動以及這個變動帶來的一定程度的變形,在地震荷載下通過變形釋放一部分地震能量,從而減小建築的地震響應。”張之平說,當然,如果變形超出建築所能負載的限度,還是會導致其倒塌。

 

“木結構建築與地基之間的關系也能起到一定的穩定作用。”張之平認為,中國古代建築整體為平擺浮筏式,它平時利用柱子和柱礎之間的摩擦力保持建築的穩定,在地震的水平力下,建築可能晃動一下,就能釋放地震能量,減少地震波對上部建築的沖擊。“它像一個桌子擺在地上,地震來了,桌子晃動幾下可以釋放一部分地震能量,也就是古語中所說的‘房倒屋不塌’,既房子的某些構件可能壞了,但是整體結構還不至於倒塌。”張之平說。

斗拱、升起、側腳等提高了木建築的穩定性

“我們祖先知道自己的能力不能與大型自然災害抗衡,所以采用順應自然、避讓自然的宗旨。對於地震,不采用以剛克剛,而采用以柔克剛的防震理念。”廣州大學建築與城市規劃學院教授湯國華提綱挈領地說。

 

而以湯國華多年從事古建築維修的經驗來看,這種以柔克剛的防震理念具體體現在木建築的造型、用材、構造等中。“木建築體型上小下大、上尖下拙,這可以降低形心和重心,有效避免地震引發的‘鞭端效應’,減少地震對建築的沖擊。材料采用木材,輕而有彈性,木材又多選擇更輕、彈性更好的杉木、松柏。構造采用榫卯節點、斗拱分層等方式。地震時,靠木結構內部的自摩擦力和反向彈性力消耗地震能量。”湯國華表示。


“斗栱是中國古代建築避震的一個重要設計,在地震時它一方面像汽車的減震器一樣發生垂直彈性變形以減少振動的豎向傳遞,另一方面,通過各種水平構件連接起來的斗栱群,形成整體水平彈性力以減少振動的水平傳遞,這樣保護了古建築最重要的構成部分——大屋頂的相對穩定,使得整個古建築不至於傾倒。”湯國華以至少經過8次6.0級地震仍屹立不倒的山西大同應縣木塔,他說,應縣木塔的八角形框架、塔內上下層的連接都使得其具有很大的穩固性,而其最大的獨特之處就是通過無數斗拱的巧妙組合使得塔身避開風振力和地震力的頻率,在地震力作用下不與其抗衡而輕微扭轉避讓,減少地震響應。

 

 

斗栱示意圖

湯國華認為,我國的木結構建築無論宮殿還是民居,整體造型是內聚設計,如柱子的側腳、排列在屋架上的檩條在兩端山牆節點都有升起,這種做法把承重構件及其上部荷載的重量分力內聚,加強抵抗外傾倒塌的破壞力。“我曾經在汶川地震後考察過二王廟,當時發現:凡是在經濟困難時期曾經用磚柱代替木柱、用鋼筋混凝土梁代替木梁的構件,在地震中都斷裂或者倒塌,因為磚柱和鋼筋混凝土梁架既重又沒有彈性,反而在地震中增加了有害的慣性力。”

 

“除了這些顯著的手法,中國古代傳統建築中還使用了大量其他技術措施,比如柱頂、柱腳分別與闌額、地袱以及其他構件連接,形成閉合的構架系統,增強了結構的整體抗衡力。”湯國華表示。

呼吁加強調查研究

“木建築中蘊涵了很多先人的智慧,確實比磚石結構建築抗震。”中國文化遺產研究院副院長侯衛東說,但並不是有這樣的特性,就表示木建築都能在地震中屹立不倒。侯衛東認為,即使在震區,不同地方的地質條件不一樣,地震對古建築帶來的影響也不同,這與古建築本身以及所處的環境密切相關。“建築的大小、柱子的高低、層高都會影響它的抗震能力,而且建築是在山頂、山坡,或者是在山腳,地震導致的結果都不同。”

 

“什麼樣的條件會導致什麼結果,一座古建築是否需要針對地震進行修繕,地震對它的影響有多大?這些都需要科學的調查和依據,但是很遺憾,我們在這方面做得很少,大家都停留在感性判斷的階段,沒有科學依據。”張之平呼吁對這方面的調查研究趕緊行動起來。

 

而對多方面解釋了木建築獨特構造的湯國華也表示,對於這些結論,他也是憑多年修繕各種古建築的經驗領悟出來,很多觀點還沒有經過實驗的證實。“關於古建築的防震原理,我國的研究至今很不深入,很難有權威之說,而對於古建築的各種科學原理,前人的智慧尚未有系統的總結。這幾年多地發生地震,對於古建築防震的研究也應該重視起來。”

 

對於抗震預防,侯衛東表示,現在還沒有統一的標准。“其實很多古建築的維修與抗震要求不相符,因為古建築有其本身的結構、設計,現在假如為抗震加一些構件,就不能保證其真實性。古建築的精華之處就在於每一棟都是獨特的,需要有詳細的測繪以及量身定制的實施方案。”侯衛東說。

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