中國傳統建築抗震防震方法
與西方磚石結構建築的“以剛克剛”不同,中國傳統的木結構建築在抵抗地震沖擊力時,采用的是“以柔克剛”的思維,通過種種巧妙的措施,其目標是以最小的代價,將強大的自然破壞力消彌至最小程度。我國許多古代建築都成功地經受過大地震的考驗,如天津薊縣獨樂寺觀音閣、山西應縣木塔等建築,千百年來均經歷過多次地震仍然傲然屹立。當代建築設計以抵禦9度地震為目標,而我國傳統的木結構建築基本上能達到這個要求,而且其代價遠遠小於西方的“剛”,不能不讓人嘆服“柔”的力量。
柔性的框架結構:墻倒屋不塌 中華民族不但自文明伊始就睿智地選擇了木材等有機材料作為結構主材,而且發展形成了世界上歷史最悠久、持續時間最長、技術成熟度最高的結構體系—柔性的框架體系。我國木結構技術的發展,若僅從浙江余姚河姆渡遺址算起,迄今至少已有近7000年的歷史。作為對比,西方數千年中壹直采用承重墻體系,直到工業革命以來、近現代科學技術發展之後,才意識到框架結構的優越性,遂開始大規模地普及,更值得玩味的是,這種框架體系仍然是“以剛克剛”。而中國的傳統木結構,具有框架結構的種種優越性,如“墻倒屋不塌”的功效,但其柔性的連接,又使得它具有相當的彈性和壹定程度的自我恢復能力。這次汶川大地震中,許多文物建築的墻體均不同程度地受損,但主體結構仍未倒塌,就是這種柔性框架結構抗震能力的表現。
整體浮筏式基礎、鬥栱、榫卯:抗擊地震的關鍵 我國古代很少建造平面復雜的建築,主要采用長寬比小於2:1的矩形。規則的平面形態和結構布局有利於抗震。傳統建築往往是中間的壹間(當心間)最大,兩側的次間、梢間等依次縮小面寬,這樣的設計非常有利於抵抗地震的扭矩。
中國古代建築壹般由臺基、梁架、屋頂構成,高等級的建築在屋頂和梁柱之間還有壹個鬥栱層。中國古代建築的臺基用現代結構語言描述,堪稱“整體浮筏式基礎”,好比是壹艘大船載著建築漂浮在地震形成的“驚濤駭浪”中,能夠有效地避免建築的基礎被剪切破壞,減少地震波對上部建築的沖擊。中國傳統建築的梁架壹般采用擡梁式構造,在構架的垂直方向上,形成下大上小的結構形狀,實踐證明這種構造方式具有較好的抗震性能。優雅的大屋頂是中國古代傳統建築最突出的形象特征之壹,而且對提高建築的抗震能力也做出過相當的貢獻。形成大屋頂(尤其是廡殿頂、歇山頂等)需要復雜結構和大量構件,大大增加了屋頂乃至整個構架的整體性;龐大的屋頂以其自重壓在柱網上,也提高了構架的穩定性。
鬥栱是中國古代建築抗震的又壹位重要戰士,在地震時它像汽車的減震器壹樣起著變形消能的作用。歷史上,很多帶鬥栱的建築都能抵禦強烈地震,比如山西大同的華嚴寺,在沒有鬥栱的低等級附屬建築被破壞殆盡的情況下,帶鬥栱的主要殿堂仍能幸存,充分說明了鬥栱對抗震的貢獻。鬥栱但能起到“減震器”的作用,而且被各種水平構件連接起來的鬥栱群能夠形成壹個整體性很強的“剛盤”,按照“能者多勞”的原則把地震力傳遞給有抗震能力的柱子,大大提高了整個結構的安全性。