中國木結構古建筑的抗震性能

　　汶川大地震舉國震驚，在重災區北川的一片廢墟中，傲然挺立著兩所震不塌的學校。家長和老師們泣謝建校功臣：是他們的責任心挽救了上千名學生的生命。這兩所學校向人們訴說著：地震災害雖然難以預測，但是只要采取了足夠的防震措施，是可以把地震災害的損失降到最低限度的。建筑物防震，這是一個古老的話題。中國很多古建筑，具有很強的抗震性能。

　　一、中國古建筑三個典型的抗震實例
　　
　　1.麗江古建筑強震中墻倒屋不塌。中國有句俗語叫“墻倒屋不塌”，是說那些木構架的古房屋，墻倒了房頂卻不
　　會塌下來。1996年2月麗江大地震中，聯合國的專家親眼目睹了這一奇跡。
　　那一年，麗江地區發生7.0級地震，震中烈度達到九度，麗江古城遭受到嚴重破壞。有關方面在為麗江各族人民擔憂之余，還為另一件事擔憂：麗江古城最初建于宋末元初（公元12世紀末～13世紀初），距今大約有800年的歷史，至今保留了大片明清年代的居民建筑，均是土木結構瓦屋面樓房，融合了納西、白、漢等民族建筑藝術的精華。當年麗江古城申報“世界文化遺產”，受到聯合國科教文組織的高度重視，它派來實地考察的專家組已經到了北京。在這節骨眼上麗江卻發生了如此強烈的地震，聯合國的專家還去不去？申報“世界文化遺產”還有沒有希望？文物局經過研究決定，還是按原計劃考察麗江。一行人風塵仆仆地趕到麗江，驚奇地發現，老城區并沒有想象的那樣破壞嚴重。許多新建的大樓倒塌了，新建道路被破壞了，老房子卻沒有倒。盡管墻有的裂了，有的倒了，可是那些老的構架卻頑強地支撐著屋頂，保持著原來的形態。具有諷刺意義的是，幾棟新樓，因為破壞了古城風貌，準備拆除還沒來得及動工，就被地震震塌了。老城區的老路還是那樣蜿蜒曲折，玉泉河分成的無數支流還是那樣繞屋傍路地流淌。經過大地震的洗禮，麗江老城區竟然頑強地顯示出勃勃生機！聯合國的專家被感動了，他們一致認為，麗江的歷史、藝術和科學的價值還在，經過修復，“世界文化遺產”申報依然有效！
　　2.應縣木塔歷盡劫難近千年不倒。應縣木塔即佛宮寺釋迦塔。建于遼清寧二年（1056年），即北宋至和三年，距今已有950余年。它是我國乃至全世界現存最早、最高的木塔。塔高67.31米，底層直徑30.27米。整個建筑由塔基、塔身、塔剎三部分組成。塔基分作上下兩層，下層為方形，上層為八角形。塔平面亦為八角形，外觀為五層六檐。內部還有四個暗層，共高九層。
　　應縣木塔整體構架全部用松木和榆木建造。在結構上采用雙層環形、空間框架。上層柱腳插在下層柱頭的枋上，并向內遞收，形成一層比一層小的優美輪廓。全塔在結構上沒用一個鐵釘，全靠構件互相卯榫咬合。柱子按內外兩環布置，由于暗層柱間采用近似桁架的作法，外立面有四個面的柱間，設有斜撐，形成雙套筒式結構。四個暗層形成四個剛性較大的環，猶如現代建筑中的圈梁，加強了結構的整體性。柱腳間還有地拱等水平構件，這樣明層通過柱、斗拱、梁枋的連接形成一個柔性層，與暗層的環一剛一柔，剛柔相濟，也就大大加強了抗震性能。
　　據歷史記載，元順帝時大震七日，木塔巋然不動。明王朝時期，山西靈丘一帶曾發生烈度為九級的強震，房屋倒坍，人死幾千，而木塔無損。1926年，山西軍閥混戰，塔遭炮擊200余發，塔身彈痕累累，卻巍然不倒。
　　3.獨樂寺觀音閣傲然屹立于唐山大地震。天津薊縣獨樂寺觀音閣，始建年代已無史料可查，重修于遼圣宗統和二年（公元984年），距今已有一千多年歷史，是世界上現存建筑時間最早的高層樓閣式木結構建筑物。它外觀二層，實為三層，中間一層為暗層，高23米。地基是用黃土和灰沙夯打而成的，既堅固結實，又有一定的彈性。觀音閣的整個結構既美觀又科學。全閣有立柱兩層，外檐柱18根，內檐柱10根。各層檐柱之間又有梁枋互相連接，構成內外兩圈，外圈檐柱構成的外框套著內層檐柱構成的內框。內外兩個框架之間又以短橫梁相連。這種結構大大增強了觀音閣抵御地震帶來的水平推力破壞的能力。據專家們測量，進深和閣高尺度之間的比例，大約為四比三。這種比例使得觀音閣即使被強烈的地震所搖晃，也不至于失去重心。為容納龐大的泥塑觀音菩薩像，觀音閣內部修成了一個空井。為避免空井結構影響高層樓閣的穩定性，在井口安裝了斜撐，還把三個井口中的一個由四邊形改作成六角形。
　　千余年來，獨樂寺經歷了無數次地震，其中清康熙到乾隆年間薊縣附近就發生了三次強烈地震，史記“薊縣城官廨民舍無一幸存，觀音閣獨不圮?！?976年7月28日唐山大地震，震中離薊縣只有幾十公里。在這次大地震中，唐山、豐南、天津、三河、薊縣等地，房屋倒塌無數。在地震發生的時候，有人聽到觀音閣中的梁架咯咯作響，也有人看到觀音閣的屋頂來回擺動。專家們震后考察得知，觀音閣中用以連接觀音泥塑像和柱子之間的大鐵索已被拉斷。但是，菩薩像沒有倒，觀音閣也沒有倒。由此證明，它的抗震能力是多么卓絕！
　　
　　二、中國古建筑的四大抗震法寶
　　
　　1.建筑材料以木材為主。以木構架結構為主要的結構方式。按中國古代的陰陽五行學說，木為五行之首，木氣屬陽，與季節的春對應，主生發，是自然生命力旺盛的象征。土屬陰，土生木，土地上建木屋乃陰陽合和之處，最適合人居住。故古人最喜以木建房。木材柔韌，富有彈性，以木材建造的梁柱式結構，可以讓巨大的震動能量消失在彈性很強的結點上。所以木建筑有很強的防震性能。
　　2.榫卯技術。榫卯是兩部件結合的一種技術。一部件制成凸出狀稱榫頭，另一部件制成凹下狀稱榫眼，榫頭、榫眼尺寸相當，將榫頭用力打進榫眼，兩部件就緊密結合了。中國古代建筑的木構架基本做法是由立柱、橫梁、順檁、地拱等主要構件建造而成，各個構件之間的結點以榫卯相吻合，構成富有彈性的框架。再以闌額、由額、柱頭枋、蜀柱、攀間、搭牽、檁、椽等諸多構件強化聯系。這樣的框架結構有極強的抗震能力，據說在地震中被平推數尺也不散架。
　　3.斗拱。斗拱是中國古代木建筑特有的構件，由水平放置的方形斗、弓形的拱以及斜置的昂組成。安裝在立柱上挑出，將屋檐的大面積荷載傳遞到立柱上。由于斗拱具有較好的彈性，它像汽車的減震器一樣消減了地震的部分沖擊力，保護構架的安全。
　　4.臺基。建筑物下筑臺基，在新石器時期即已出現。臺基一般是由夯土筑成，外包磚石。這樣的臺基形成了一個結實的整體且富有彈性。建筑物的柱子并不埋在夯土里，而是置于石頭或銅器為底的臺上。地震中，臺基的彈性能夠消除部分沖擊力，堅實的整體性則有效地保護建筑的基礎，使它不被剪切破壞。臺基上的建筑物也可以臺基為依托通過彈性形變、縱跳橫挪等方法來消解地震能量，保護自身安全。
　　充滿智慧的中華民族，在與地震災害的長期斗爭中，創造性地使用了四大法寶，使我國的古建筑的抗震性能舉世矚目，也為現代建筑的抗震措施提供了借鑒的資料和樣板。