地震天災(zāi)襲擊 為何多地古建筑仍屹立不倒？

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8月3日，云南魯?shù)榘l(fā)生6.5級(jí)地震，造成傷亡近4000人。然而，在8.09萬(wàn)間房屋倒塌、近23萬(wàn)人需要安置的同時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)魯?shù)樘以椿刈遴l(xiāng)拖姑村200多年歷史的清真寺卻幾乎完好無(wú)損，在災(zāi)后第二天正常開(kāi)放，供村民誦讀經(jīng)文，做禮拜。

獨(dú)樂(lè)寺觀音閣

拖姑清真寺

大同應(yīng)縣木塔

無(wú)獨(dú)有偶，1976年唐山地震，唐山附近的薊縣獨(dú)樂(lè)寺觀音閣仍安然無(wú)恙；2008年四川汶川地震，600多年歷史的報(bào)恩寺僅墻體開(kāi)裂，主體建筑仍沒(méi)有倒塌；2013年四川蘆山地震，位于震中的百年老宅張家大院僅僅脫落了幾塊磚瓦……它們?cè)谏奖赖亓训膹?qiáng)震中，以一道毅然矗立的身影，給后人無(wú)盡的啟示與思索。

柔性框架結(jié)構(gòu)具有彈性

拖姑清真寺位于魯?shù)榭h城往東10公里的桃源回族鄉(xiāng)拖姑村，是云南省五大古寺之一。它始建于雍正八年（1730年），1755年經(jīng)主寺阿訇賽煥章?tīng)款^，到四川、貴州、陜西、寧夏以及省內(nèi)各地募捐，相繼建起了喚醒樓、廂房等。目前寺內(nèi)建筑除被用作宗教場(chǎng)所外，還被用作教學(xué)用房等。

“當(dāng)時(shí)我在離桃源很近的威寧。地震發(fā)生的時(shí)候，威寧地動(dòng)山搖，就像篩子篩東西一樣，人都站不穩(wěn)。當(dāng)時(shí)我還想，拖姑清真寺完了。”在寺內(nèi)教書(shū)的老師馬關(guān)燦回憶道。但是當(dāng)他隨后趕回寺院時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)這座古老的寺院幾乎完好無(wú)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(dān)’橫加在殿堂的上方，以橫木連接四邊木柱，把整個(gè)殿堂各部分緊緊拉連成一體，而且整個(gè)建筑沒(méi)有用一顆釘子，榫卯環(huán)環(huán)相扣。”拖姑清真寺研究專(zhuān)家馬應(yīng)良這樣描述清真寺的獨(dú)特構(gòu)造。而在中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院高級(jí)工程師張之平看來(lái)，中國(guó)傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑各個(gè)構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)不用釘子連接而以榫卯相吻合的連接方式，使得木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)成富有彈性的框架，具有相當(dāng)?shù)膹椥院鸵欢ǔ潭鹊淖晕一謴?fù)能力。

“它是一個(gè)柔性的框架結(jié)構(gòu)，允許有一定的變動(dòng)以及這個(gè)變動(dòng)帶來(lái)的一定程度的變形，在地震荷載下通過(guò)變形釋放一部分地震能量，從而減小建筑的地震響應(yīng)。”張之平說(shuō)，當(dāng)然，如果變形超出建筑所能負(fù)載的限度，還是會(huì)導(dǎo)致其倒塌。

“木結(jié)構(gòu)建筑與地基之間的關(guān)系也能起到一定的穩(wěn)定作用。”張之平認(rèn)為，中國(guó)古代建筑整體為平擺浮筏式，它平時(shí)利用柱子和柱礎(chǔ)之間的摩擦力保持建筑的穩(wěn)定，在地震的水平力下，建筑可能晃動(dòng)一下，就能釋放地震能量，減少地震波對(duì)上部建筑的沖擊。“它像一個(gè)桌子擺在地上，地震來(lái)了，桌子晃動(dòng)幾下可以釋放一部分地震能量，也就是古語(yǔ)中所說(shuō)的‘房倒屋不塌’，既房子的某些構(gòu)件可能壞了，但是整體結(jié)構(gòu)還不至于倒塌。”張之平說(shuō)。

斗拱、升起、側(cè)腳等提高了木建筑的穩(wěn)定性

“我們祖先知道自己的能力不能與大型自然災(zāi)害抗衡，所以采用順應(yīng)自然、避讓自然的宗旨。對(duì)于地震，不采用以剛克剛，而采用以柔克剛的防震理念。”廣州大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院教授湯國(guó)華提綱挈領(lǐng)地說(shuō)。

而以湯國(guó)華多年從事古建筑維修的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，這種以柔克剛的防震理念具體體現(xiàn)在木建筑的造型、用材、構(gòu)造等中。“木建筑體型上小下大、上尖下拙，這可以降低形心和重心，有效避免地震引發(fā)的‘鞭端效應(yīng)’，減少地震對(duì)建筑的沖擊。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(gòu)造采用榫卯節(jié)點(diǎn)、斗拱分層等方式。地震時(shí)，靠木結(jié)構(gòu)內(nèi)部的自摩擦力和反向彈性力消耗地震能量。”湯國(guó)華表示。

“斗栱是中國(guó)古代建筑避震的一個(gè)重要設(shè)計(jì)，在地震時(shí)它一方面像汽車(chē)的減震器一樣發(fā)生垂直彈性變形以減少振動(dòng)的豎向傳遞，另一方面，通過(guò)各種水平構(gòu)件連接起來(lái)的斗栱群，形成整體水平彈性力以減少振動(dòng)的水平傳遞，這樣保護(hù)了古建筑最重要的構(gòu)成部分——大屋頂?shù)南鄬?duì)穩(wěn)定，使得整個(gè)古建筑不至于傾倒。”湯國(guó)華以至少經(jīng)過(guò)8次6.0級(jí)地震仍屹立不倒的山西大同應(yīng)縣木塔，他說(shuō)，應(yīng)縣木塔的八角形框架、塔內(nèi)上下層的連接都使得其具有很大的穩(wěn)固性，而其最大的獨(dú)特之處就是通過(guò)無(wú)數(shù)斗拱的巧妙組合使得塔身避開(kāi)風(fēng)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(zhuǎn)避讓?zhuān)瑴p少地震響應(yīng)。

湯國(guó)華認(rèn)為，我國(guó)的木結(jié)構(gòu)建筑無(wú)論宮殿還是民居，整體造型是內(nèi)聚設(shè)計(jì)，如柱子的側(cè)腳、排列在屋架上的檁條在兩端山墻節(jié)點(diǎn)都有升起，這種做法把承重構(gòu)件及其上部荷載的重量分力內(nèi)聚，加強(qiáng)抵抗外傾倒塌的破壞力。“我曾經(jīng)在汶川地震后考察過(guò)二王廟，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)：凡是在經(jīng)濟(jì)困難時(shí)期曾經(jīng)用磚柱代替木柱、用鋼筋混凝土梁代替木梁的構(gòu)件，在地震中都斷裂或者倒塌，因?yàn)榇u柱和鋼筋混凝土梁架既重又沒(méi)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(guó)古代傳統(tǒng)建筑中還使用了大量其他技術(shù)措施，比如柱頂、柱腳分別與闌額、地袱以及其他構(gòu)件連接，形成閉合的構(gòu)架系統(tǒng)，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體抗衡力。”湯國(guó)華表示。

呼吁加強(qiáng)調(diào)查研究

“木建筑中蘊(yùn)涵了很多先人的智慧，確實(shí)比磚石結(jié)構(gòu)建筑抗震。”中國(guó)文化遺產(chǎn)研究院副院長(zhǎng)侯衛(wèi)東說(shuō)，但并不是有這樣的特性，就表示木建筑都能在地震中屹立不倒。侯衛(wèi)東認(rèn)為，即使在震區(qū)，不同地方的地質(zhì)條件不一樣，地震對(duì)古建筑帶來(lái)的影響也不同，這與古建筑本身以及所處的環(huán)境密切相關(guān)。“建筑的大小、柱子的高低、層高都會(huì)影響它的抗震能力，而且建筑是在山頂、山坡，或者是在山腳，地震導(dǎo)致的結(jié)果都不同。”

“什么樣的條件會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果，一座古建筑是否需要針對(duì)地震進(jìn)行修繕，地震對(duì)它的影響有多大？這些都需要科學(xué)的調(diào)查和依據(jù)，但是很遺憾，我們?cè)谶@方面做得很少，大家都停留在感性判斷的階段，沒(méi)有科學(xué)依據(jù)。”張之平呼吁對(duì)這方面的調(diào)查研究趕緊行動(dòng)起來(lái)。

而對(duì)多方面解釋了木建筑獨(dú)特構(gòu)造的湯國(guó)華也表示，對(duì)于這些結(jié)論，他也是憑多年修繕各種古建筑的經(jīng)驗(yàn)領(lǐng)悟出來(lái)，很多觀點(diǎn)還沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。“關(guān)于古建筑的防震原理，我國(guó)的研究至今很不深入，很難有權(quán)威之說(shuō)，而對(duì)于古建筑的各種科學(xué)原理，前人的智慧尚未有系統(tǒng)的總結(jié)。這幾年多地發(fā)生地震，對(duì)于古建筑防震的研究也應(yīng)該重視起來(lái)。”

對(duì)于抗震預(yù)防，侯衛(wèi)東表示，現(xiàn)在還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。“其實(shí)很多古建筑的維修與抗震要求不相符，因?yàn)楣沤ㄖ衅浔旧淼慕Y(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)，現(xiàn)在假如為抗震加一些構(gòu)件，就不能保證其真實(shí)性。古建筑的精華之處就在于每一棟都是獨(dú)特的，需要有詳細(xì)的測(cè)繪以及量身定制的實(shí)施方案。”侯衛(wèi)東說(shuō)。

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