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古代建筑抗震分析

古代建筑抗震分析

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我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家。然而,我國(guó)許多古代建筑都成功地經(jīng)受過(guò)大地震的考驗(yàn),干百年來(lái)仍然傲然屹立。古建筑為何能抗震?它們有什么抗震奧秘呢?
  
  奇跡1:廣西合甫縣四排樓
  
  廣西合浦縣山口鎮(zhèn)有一座古代建筑,名叫四排樓,
  全樓為兩層,主要承重結(jié)構(gòu)為36根圓柱,圓柱間又有72根木梁聯(lián)系,梁柱均由卯榫連接,無(wú)一釘一鐵。站在樓下仰望,木條上下左右穿插,令人眼花繚亂。數(shù)百年來(lái),這里經(jīng)歷多次地震,強(qiáng)臺(tái)風(fēng)更是難以計(jì)數(shù),但樓閣安然無(wú)恙,故被稱為“抗震閣”。
  
  奇跡2:天津薊縣獨(dú)樂(lè)寺
  
  獨(dú)樂(lè)寺位于天津薊縣盤(pán)山腳下,始建于唐代,寺內(nèi)的觀音閣和山門(mén)重建于遼代,自重建以后千余年來(lái),獨(dú)樂(lè)寺曾經(jīng)歷了28次地震,其中1679年三河、平谷發(fā)生8級(jí)以上強(qiáng)震,“薊縣城官廨民舍無(wú)一幸存,觀音閣獨(dú)不圮”。1976年唐山大地震,薊縣城內(nèi)房屋倒塌不少,觀音閣及山門(mén)的木柱略有搖擺,觀音像胸部的鐵條被拉斷,但整個(gè)大木構(gòu)架安然無(wú)恙。
  
  奇跡3:山西應(yīng)縣木塔
  
  應(yīng)縣木塔位于山西省應(yīng)縣城西北佛宮寺內(nèi),建于遼清寧二年(1056年)。應(yīng)縣木塔處于大同盆地地震帶,近千年來(lái),經(jīng)歷過(guò)多次大地震的考驗(yàn)。據(jù)史書(shū)記載,在木塔建成200多年之時(shí),當(dāng)?shù)卦l(fā)生過(guò)6.5級(jí)大地震,余震連續(xù)7天,木塔附近的房屋全部倒塌,只有木塔巋然不動(dòng)。上世紀(jì)初軍閥混戰(zhàn)時(shí),木塔曾被200多發(fā)炮彈擊中,除打斷了兩根柱子外,別無(wú)損傷。
  
  古建筑抗震的工藝
  
  與西方磚石結(jié)構(gòu)建筑的“以剛克剛”不同,中國(guó)古代的木結(jié)構(gòu)建筑在抵抗地震沖擊力時(shí),采用的是“以柔克剛”的思維,通過(guò)種種巧妙工藝的措施,其目標(biāo)是以最小的代價(jià),將強(qiáng)大的自然破壞力消弭至最小程度。
  我們以應(yīng)縣木塔為例,看看我們老祖先超人的智慧和工藝吧,
  木材是一種質(zhì)輕、力學(xué)性能好的建筑材料,它具有一定的柔性,在外力的作用下比較容易應(yīng)變,但在一定程度內(nèi)又有恢復(fù)原形的能力,應(yīng)縣木塔的材質(zhì)正是利用了木結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),并發(fā)揮到了極致。
  應(yīng)縣木塔平面是規(guī)則的正八角形,利于抵抗地震波產(chǎn)生的扭曲力,其高達(dá)4.4米的磚石基座堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定,形成一個(gè)“浮筏”,承載著全塔的重量(約1300噸)。
  木塔內(nèi)梁與柱的連接完全通過(guò)斗拱完成,斗拱在地震時(shí)能像汽車的減震器一樣起著變形消能的作用,而且被各種水平構(gòu)件連接起來(lái)的斗拱群能夠形成一個(gè)整體性很強(qiáng)的“剛盤(pán)”,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(gè)結(jié)構(gòu)的安全性。
  木塔內(nèi)部各種構(gòu)件通過(guò)卯榫連接,不用一釘一鉚。這種不用釘子的連接方式,不但可以承受較大的荷載,而且在地震時(shí)通過(guò)變形吸收一定的地震能量,減小關(guān)鍵部位以至整體結(jié)構(gòu)的負(fù)荷。
  木塔的柱子之間砌筑有厚實(shí)的墻體,牢牢地“抱住各柱子,增加了構(gòu)架的整體性,而且這些墻體能作為剪力墻發(fā)揮作用;立柱側(cè)腳、平面逐層縮小,有效地降低了塔的重心,并使整體結(jié)構(gòu)重心向內(nèi)傾斜,增強(qiáng)了塔的穩(wěn)定性,這樣既使塔身形成美麗的曲線,又能把水平的地震沖擊力分解成垂直方向的壓力。
  整座木塔表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)、技術(shù)與藝術(shù)形象的高度和諧,表里如一,這是中國(guó)古代木結(jié)構(gòu)建筑工藝的一大杰作,也是它在地震中屹立不倒的原因。

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