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級地震，造成傷亡近4000人。然而，在8.09萬間房屋倒塌、近23萬人需要安置的同時，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損，在災(zāi)后第二天正常開放，供村民誦讀經(jīng)文，做禮拜。

獨樂寺觀音閣

拖姑清真寺

大同應(yīng)縣木塔

無獨有偶，1976年唐山地震，唐山附近的薊縣獨樂寺觀音閣仍安然無恙；2008年四川汶川地震，600多年歷史的報恩寺僅墻體開裂，主體建筑仍沒有倒塌；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……它們在山崩地裂的強震中，以一道毅然矗立的身影，給后人無盡的啟示與思索。

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)主寺阿訇賽煥章牽頭，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所外，還被用作教學(xué)用房等。

“當(dāng)時我在離桃源很近的威寧。地震發(fā)生的時候，威寧地動山搖，就像篩子篩東西一樣，人都站不穩(wěn)。當(dāng)時我還想，拖姑清真寺完了。”在寺內(nèi)教書的老師馬關(guān)燦回憶道。但是當(dāng)他隨后趕回寺院時，卻發(fā)現(xiàn)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(dān)’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，而且整個建筑沒有用一顆釘子，榫卯環(huán)環(huán)相扣。”拖姑清真寺研究專家馬應(yīng)良這樣描述清真寺的獨特構(gòu)造。而在中國文化遺產(chǎn)研究院高級工程師張之平看來，中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑各個構(gòu)件之間的節(jié)點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。

“它是一個柔性的框架結(jié)構(gòu)，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，從而減小建筑的地震響應(yīng)。”張之平說，當(dāng)然，如果變形超出建筑所能負載的限度，還是會導(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。”張之平認為，中國古代建筑整體為平擺浮筏式，它平時利用柱子和柱礎(chǔ)之間的摩擦力保持建筑的穩(wěn)定，在地震的水平力下，建筑可能晃動一下，就能釋放地震能量，減少地震波對上部建筑的沖擊。“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(gòu)件可能壞了，但是整體結(jié)構(gòu)還不至于倒塌。”張之平說。

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)院教授湯國華提綱挈領(lǐng)地說。

而以湯國華多年從事古建筑維修的經(jīng)驗來看，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、斗拱分層等方式。地震時，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。”湯國華表示。

“斗栱是中國古代建筑避震的一個重要設(shè)計，在地震時它一方面像汽車的減震器一樣發(fā)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(gòu)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，這樣保護了古建筑最重要的構(gòu)成部分——大屋頂?shù)南鄬Ψ€(wěn)定，使得整個古建筑不至于傾倒。”湯國華以至少經(jīng)過8次6.0級地震仍屹立不倒的山西大同應(yīng)縣木塔，他說，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，而其最大的獨特之處就是通過無數(shù)斗拱的巧妙組合使得塔身避開風(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，減少地震響應(yīng)。

湯國華認為，我國的木結(jié)構(gòu)建筑無論宮殿還是民居，整體造型是內(nèi)聚設(shè)計，如柱子的側(cè)腳、排列在屋架上的檁條在兩端山墻節(jié)點都有升起，這種做法把承重構(gòu)件及其上部荷載的重量分力內(nèi)聚，加強抵抗外傾倒塌的破壞力。“我曾經(jīng)在汶川地震后考察過二王廟，當(dāng)時發(fā)現(xiàn)：凡是在經(jīng)濟困難時期曾經(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(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)，增強了結(jié)構(gòu)的整體抗衡力。”湯國華表示。

呼吁加強調(diào)查研究

“木建筑中蘊涵了很多先人的智慧，確實比磚石結(jié)構(gòu)建筑抗震。”中國文化遺產(chǎn)研究院副院長侯衛(wèi)東說，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)東認為，即使在震區(qū)，不同地方的地質(zhì)條件不一樣，地震對古建筑帶來的影響也不同，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。”

“什么樣的條件會導(dǎo)致什么結(jié)果，一座古建筑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(xué)的調(diào)查和依據(jù)，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(xué)依據(jù)。”張之平呼吁對這方面的調(diào)查研究趕緊行動起來。

而對多方面解釋了木建筑獨特構(gòu)造的湯國華也表示，對于這些結(jié)論，他也是憑多年修繕各種古建筑的經(jīng)驗領(lǐng)悟出來，很多觀點還沒有經(jīng)過實驗的證實。“關(guān)于古建筑的防震原理，我國的研究至今很不深入，很難有權(quán)威之說，而對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，對于古建筑防震的研究也應(yīng)該重視起來。”

對于抗震預(yù)防，侯衛(wèi)東表示，現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一的標準。“其實很多古建筑的維修與抗震要求不相符，因為古建筑有其本身的結(jié)構(gòu)、設(shè)計，現(xiàn)在假如為抗震加一些構(gòu)件，就不能保證其真實性。古建筑的精華之處就在于每一棟都是獨特的，需要有詳細的測繪以及量身定制的實施方案。”侯衛(wèi)東說。

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