在中國古老廣袤的土地上,那些保存至今的古建筑是我國傳統(tǒng)建筑文化的瑰寶,也是歷史的見證者和記錄者。然后歷經(jīng)千百年風(fēng)雨與自然災(zāi)害的考驗后,仍屹立不倒。實可謂中國及至世界建筑史上建筑結(jié)構(gòu)抗震的奇跡。那么,又是怎樣的科學(xué)構(gòu)造,讓中國古建筑能夠做到“墻倒屋不塌?”能夠歷經(jīng)千年,依然屹立?
材質(zhì)
作為建筑材料,木材屬于柔性材料,具有一定的抗拉、抗彎和抗彈性能。在地震過程中,木材能夠有效地吸收和消耗地震能量,并展現(xiàn)出較強的恢復(fù)變形能力。尤其是在水平地震情況下,木質(zhì)結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生較大的橫向變形,而不會造成嚴(yán)重的斷裂損傷。這種特性使得木材在中國古建筑的抗震設(shè)計中發(fā)揮了重要的作用。
結(jié)構(gòu)
中國古代建筑梁架一般采用抬梁式構(gòu)造,在構(gòu)架的垂直方向上形成下大上小的結(jié)構(gòu)形狀。實踐證明這種構(gòu)造方式具有很好的抗震性能。此外,結(jié)構(gòu)整體平面形態(tài)規(guī)則、對稱,使得結(jié)構(gòu)各部位、各節(jié)點受力相對均衡,不易產(chǎn)生局部應(yīng)力集中而造成破壞。規(guī)則對稱的布局使建筑的質(zhì)心與建筑物的剛度中心重疊最大,大大避免了建筑物發(fā)生地震時剪切效應(yīng)對墻體的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。這種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理念在中國古代建筑中被廣泛運用。
斗拱
斗拱是中國傳統(tǒng)建筑特有的結(jié)構(gòu)形式,由若干斗形的木塊和弓形的短枋木相互交接組合而成,用在柱頭頂或額枋之上,起承托梁架和出挑屋檐的作用,從而將梁、枋、柱連接成一體。由于斗拱之間不是剛性連接,所以在受到地震等外力作用時,木材之間產(chǎn)生一定的位移和摩擦,從而吸收和損耗部分能量,起到調(diào)整變形的作用,從而減少了建筑物的破壞程度,大大提高了整個結(jié)構(gòu)的安全性。
榫卯
榫卯是一項極為精巧的發(fā)明,我們的祖先早在7000年前就開始使用。榫指的是連接中的凸出部分,也可以稱為榫眼;卯指的是凹進部分,也可以稱為卯頭。在古建筑中,幾乎所有構(gòu)件都是利用榫卯進行連接。榫卯的作用在于將大量獨立、松散的構(gòu)件緊密結(jié)合成一個符合設(shè)計要求和使用要求的完整結(jié)構(gòu)體,具備承受各種荷載能力的能力。其特點是榫頭與卯眼兩個構(gòu)件結(jié)合時,越受壓力則越緊密,越受拉力則越松動。當(dāng)遭遇地震時,榫卯的連接方式使得建筑物的主要部件只會輕微晃動,隨后又能恢復(fù)到原位,從而起到抗震作用。這種榫卯結(jié)構(gòu)的應(yīng)用在古代建筑中得到了廣泛運用,并且至今仍然被認(rèn)為是一種有效的抗震設(shè)計方法。
柱礎(chǔ)
古代木結(jié)構(gòu)的大多采用明礎(chǔ),即將木柱立于礎(chǔ)石上,柱底與礎(chǔ)石之間可以相互錯動,亦可成為“柱底浮擱”,此種設(shè)計不但可以保護有效保護柱根不受腐蝕,還可以使柱根在地震力作用下,產(chǎn)生位移,通過這種不傳遞彎矩的方法,可以有效的消耗地震力,保護上部結(jié)構(gòu),很多古建筑在經(jīng)歷過地震后,柱腳都會產(chǎn)生滑移,但整體結(jié)構(gòu)依然安然無恙。