汶川大地震舉國震驚,在重災(zāi)區(qū)北川的一片廢墟中,傲然挺立著兩所震不塌的學(xué)校。家長(zhǎng)和老師們泣謝建校功臣:是他們的責(zé)任心挽救了上千名學(xué)生的生命。這兩所學(xué)校向人們?cè)V說著:地震災(zāi)害雖然難以預(yù)測(cè),但是只要采取了足夠的防震措施,是可以把地震災(zāi)害的損失降到最低限度的。建筑物防震,這是一個(gè)古老的話題。中國很多古建筑,具有很強(qiáng)的抗震性能。
一、中國古建筑三個(gè)典型的抗震實(shí)例
1.麗江古建筑強(qiáng)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(gòu)架的古房屋,墻倒了房頂卻不
會(huì)塌下來。1996年2月麗江大地震中,聯(lián)合國的專家親眼目睹了這一奇跡。
那一年,麗江地區(qū)發(fā)生7.0級(jí)地震,震中烈度達(dá)到九度,麗江古城遭受到嚴(yán)重破壞。有關(guān)方面在為麗江各族人民擔(dān)憂之余,還為另一件事?lián)鷳n:麗江古城最初建于宋末元初(公元12世紀(jì)末~13世紀(jì)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(jié)構(gòu)瓦屋面樓房,融合了納西、白、漢等民族建筑藝術(shù)的精華。當(dāng)年麗江古城申報(bào)“世界文化遺產(chǎn)”,受到聯(lián)合國科教文組織的高度重視,它派來實(shí)地考察的專家組已經(jīng)到了北京。在這節(jié)骨眼上麗江卻發(fā)生了如此強(qiáng)烈的地震,聯(lián)合國的專家還去不去?申報(bào)“世界文化遺產(chǎn)”還有沒有希望?文物局經(jīng)過研究決定,還是按原計(jì)劃考察麗江。一行人風(fēng)塵仆仆地趕到麗江,驚奇地發(fā)現(xiàn),老城區(qū)并沒有想象的那樣破壞嚴(yán)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(gòu)架卻頑強(qiáng)地支撐著屋頂,保持著原來的形態(tài)。具有諷刺意義的是,幾棟新樓,因?yàn)槠茐牧斯懦秋L(fēng)貌,準(zhǔn)備拆除還沒來得及動(dòng)工,就被地震震塌了。老城區(qū)的老路還是那樣蜿蜒曲折,玉泉河分成的無數(shù)支流還是那樣繞屋傍路地流淌。經(jīng)過大地震的洗禮,麗江老城區(qū)竟然頑強(qiáng)地顯示出勃勃生機(jī)!聯(lián)合國的專家被感動(dòng)了,他們一致認(rèn)為,麗江的歷史、藝術(shù)和科學(xué)的價(jià)值還在,經(jīng)過修復(fù),“世界文化遺產(chǎn)”申報(bào)依然有效!
2.應(yīng)縣木塔歷盡劫難近千年不倒。應(yīng)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(xiàn)存最早、最高的木塔。塔高67.31米,底層直徑30.27米。整個(gè)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(nèi)部還有四個(gè)暗層,共高九層。
應(yīng)縣木塔整體構(gòu)架全部用松木和榆木建造。在結(jié)構(gòu)上采用雙層環(huán)形、空間框架。上層柱腳插在下層柱頭的枋上,并向內(nèi)遞收,形成一層比一層小的優(yōu)美輪廓。全塔在結(jié)構(gòu)上沒用一個(gè)鐵釘,全靠構(gòu)件互相卯榫咬合。柱子按內(nèi)外兩環(huán)布置,由于暗層柱間采用近似桁架的作法,外立面有四個(gè)面的柱間,設(shè)有斜撐,形成雙套筒式結(jié)構(gòu)。四個(gè)暗層形成四個(gè)剛性較大的環(huán),猶如現(xiàn)代建筑中的圈梁,加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性。柱腳間還有地拱等水平構(gòu)件,這樣明層通過柱、斗拱、梁枋的連接形成一個(gè)柔性層,與暗層的環(huán)一剛一柔,剛?cè)嵯酀?jì),也就大大加強(qiáng)了抗震性能。
據(jù)歷史記載,元順帝時(shí)大震七日,木塔巋然不動(dòng)。明王朝時(shí)期,山西靈丘一帶曾發(fā)生烈度為九級(jí)的強(qiáng)震,房屋倒坍,人死幾千,而木塔無損。1926年,山西軍閥混戰(zhàn),塔遭炮擊200余發(fā),塔身彈痕累累,卻巍然不倒。
3.獨(dú)樂寺觀音閣傲然屹立于唐山大地震。天津薊縣獨(dú)樂寺觀音閣,始建年代已無史料可查,重修于遼圣宗統(tǒng)和二年(公元984年),距今已有一千多年歷史,是世界上現(xiàn)存建筑時(shí)間最早的高層樓閣式木結(jié)構(gòu)建筑物。它外觀二層,實(shí)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(jiān)固結(jié)實(shí),又有一定的彈性。觀音閣的整個(gè)結(jié)構(gòu)既美觀又科學(xué)。全閣有立柱兩層,外檐柱18根,內(nèi)檐柱10根。各層檐柱之間又有梁枋互相連接,構(gòu)成內(nèi)外兩圈,外圈檐柱構(gòu)成的外框套著內(nèi)層檐柱構(gòu)成的內(nèi)框。內(nèi)外兩個(gè)框架之間又以短橫梁相連。這種結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)了觀音閣抵御地震帶來的水平推力破壞的能力。據(jù)專家們測(cè)量,進(jìn)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(qiáng)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(nèi)部修成了一個(gè)空井。為避免空井結(jié)構(gòu)影響高層樓閣的穩(wěn)定性,在井口安裝了斜撐,還把三個(gè)井口中的一個(gè)由四邊形改作成六角形。
千余年來,獨(dú)樂寺經(jīng)歷了無數(shù)次地震,其中清康熙到乾隆年間薊縣附近就發(fā)生了三次強(qiáng)烈地震,史記“薊縣城官廨民舍無一幸存,觀音閣獨(dú)不圮。”1976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(shù)。在地震發(fā)生的時(shí)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?cái)[動(dòng)。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(gòu)架結(jié)構(gòu)為主要的結(jié)構(gòu)方式。按中國古代的陰陽五行學(xué)說,木為五行之首,木氣屬陽,與季節(jié)的春對(duì)應(yīng),主生發(fā),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(jié)構(gòu),可以讓巨大的震動(dòng)能量消失在彈性很強(qiáng)的結(jié)點(diǎn)上。所以木建筑有很強(qiáng)的防震性能。
2.榫卯技術(shù)。榫卯是兩部件結(jié)合的一種技術(shù)。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(dāng),將榫頭用力打進(jìn)榫眼,兩部件就緊密結(jié)合了。中國古代建筑的木構(gòu)架基本做法是由立柱、橫梁、順檁、地拱等主要構(gòu)件建造而成,各個(gè)構(gòu)件之間的結(jié)點(diǎn)以榫卯相吻合,構(gòu)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(gòu)件強(qiáng)化聯(lián)系。這樣的框架結(jié)構(gòu)有極強(qiáng)的抗震能力,據(jù)說在地震中被平推數(shù)尺也不散架。
3.斗拱。斗拱是中國古代木建筑特有的構(gòu)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(hù)構(gòu)架的安全。
4.臺(tái)基。建筑物下筑臺(tái)基,在新石器時(shí)期即已出現(xiàn)。臺(tái)基一般是由夯土筑成,外包磚石。這樣的臺(tái)基形成了一個(gè)結(jié)實(shí)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(tái)上。地震中,臺(tái)基的彈性能夠消除部分沖擊力,堅(jiān)實(shí)的整體性則有效地保護(hù)建筑的基礎(chǔ),使它不被剪切破壞。臺(tái)基上的建筑物也可以臺(tái)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(hù)自身安全。
充滿智慧的中華民族,在與地震災(zāi)害的長(zhǎng)期斗爭(zhēng)中,創(chuàng)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(xiàn)代建筑的抗震措施提供了借鑒的資料和樣板。