在中國古代遼闊的土地上,保存至今的古建筑是中國傳統(tǒng)建筑文化的瑰寶,也是歷史的見證和記錄者。經過幾千年的風雨和自然災害,古建筑的抗震減災設計也為現代建筑提供了參考。讓我們認識一個古建筑中的明星,解讀它的抗震密碼。
斗拱支架
如果說西方建筑是石頭的史書,那么中國傳統(tǒng)建筑就可以稱之為木頭的史詩。應縣木塔是史詩中的一豐富多彩的筆。木塔建于公元1056年,位于大同盆地地震帶。據史書記載,木塔建成200多年后,當地發(fā)生了6.5級地震,余震連續(xù)7天,木塔安全可靠。近1000年過去了,木塔一直站著。
木結構塔本身的靈活性可以柔軟——木材在外力作用下會變形,并有能力在一定程度上恢復變形,以抵消部分地震波造成的損壞。
如果你仔細觀察塔,你會發(fā)現大量的斗拱結構用于連接柱和梁。斗拱交錯疊加,形成上、大、下、小的支架。每層斗拱都能有效地傳遞負荷。同時,斗拱接頭處留有間隙。當遇到強震時,間隙將預留構件變形空間。
從高層到底層,斗拱結構逐漸復雜,傳遞負荷的能力逐層增強。在地震發(fā)生時的縱波沖擊中,木塔可以通過彈跳有效地消除巨大的垂直能量。
槽柱網彈簧
讓我們來看看塔的內部。塔內覆蓋著各種橫向交錯的木柱——槽柱網。槽柱網不僅能有效承載和加強塔,還能通過橫向摩擦和錯位消除地震波帶來的能量。簡單地說,無論塔向哪個方向移動,槽柱網都會拉到相反的方向。
塔外可見的槽柱網和斗拱結構將塔本身變成了減震彈簧。
地震縱波和橫波帶來的能量被木彈簧有效抵消后,地震對塔體的破壞力大大降低。
臺基浮筏
除斗拱和槽柱網外,木塔還有第三種防震設施—臺基。
塔底雙磚石結構臺基分為兩層。第一層是矩形大臺基,第二層是適合木塔整體形狀的正八邊形臺基。兩層臺基重疊,承載著木塔的全部重量。
當地震來臨時,臺基變成了浮筏,就像一艘載著建筑物漂浮在地震波形成的驚濤駭浪中的船。有了斗拱、槽柱網、臺基三重抗震系統(tǒng),木塔雖然處于地震帶,但屹立千年也就不足為奇了。
假如木材能在地震中以柔克剛,那臺基的加入無疑達到了剛柔并濟的效果。
既是傳統(tǒng),也是科技
從現代抗震剪力墻中,通過重疊在混凝土板中的鋼筋,可以看到槽柱網的影子。
這是一座建在海邊的建筑,它的斗拱設計既能在臺風到來時穩(wěn)定建筑結構,又能起到裝飾作用。
自然災害可以促進建筑技術創(chuàng)新,人類文明總是在技術突破中不斷前進。
然而,凝聚前人智慧的技術永遠不會過時。