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          廣西抗震結構加固:破解古建筑的抗震“密碼”
          作者:www.tvhi.cn,復合碳纖維加固  來源:廣西專業抗震加固有限責任公司  發表時間:2023/3/22 10:30:58  點擊:745

             一、以柔克剛:與西方石制建筑相比,中國傳統木結構建筑是“柔軟”的——木材易獲取,構建過程相對便捷,但可能面臨著腐爛、蟲蛀、斷裂等風險。然而,看似脆弱的木結構建筑卻成為了中國傳統建筑的主流形式,在長久的實踐與災害面前更是留下了“墻倒屋不塌”的諺語。倘若將西方古典建筑譽為石頭的史書,那中國傳統建筑就堪稱木頭的史詩。應縣木塔就是“史詩”中濃墨重彩的一筆。該木塔也被稱為“釋迦塔”,建于公元1056年,位于大同盆地地震帶中。據考證,在建成后近千年的歲月里,木塔屢遭強震襲擊,如在《應縣志》中記載:“元大德九年四月己酉,大同路地震,有聲如雷,壞廬舍五千八百”;“元順帝時,地大震七日,塔旁舍宇,盡皆傾頹,惟塔屹然不動!苯詠,邢臺、唐山、大同等地又接連發生過數次地震,木塔塔身一度大幅度擺動,最長持續時間達一分鐘以上。地震過后,木塔總是安然無恙。

             地震發生時會產生縱波與橫波?v波如同海面波浪起伏,能量上下傳遞;橫波如同水中漣漪散開,能量水平傳遞。應對地震縱波,木結構建筑總能“以柔克剛”,其特點在于:與墻體和石拱承重的西方建筑不同,中國傳統木結構建筑以木構架來承受立面及屋頂的荷載,因此,常見的磚石立面大多并不直接承重,只起到圍蔽、分隔和穩定立柱作用。作為木結構建筑的代表,應縣木塔近70米高的塔身均由一層層木結構樓閣式建筑組成。木構件的柔韌性強,在地震來臨時,受到外力影響,就會產生形變,也在一定程度上具有恢復形變的能力。如靠近震中的地區,主要受縱波影響,地震強度較小,那么在反復小幅度“形變、復位”的過程中,一部分地震波作用于建筑上的能量就被抵消了。

             當地震強度提高時,塔內密布的“斗拱”就要開始介入抗震了。斗拱是中國傳統建筑特有的一種結構——在立柱頂、額枋和檐檁等構架間,從枋上探出的一層層弓形承重結構為拱,拱與拱之間墊的方形木塊為斗,合稱斗拱。斗拱位于柱與梁之間,由屋頂和上層構架傳導下來的荷載,要通過斗拱傳遞給柱,再由柱傳遞到建筑的地基。因此,斗拱起著承上啟下的作用。木塔通體結構不用一釘一鉚,完全由大量斗拱和柱梁鑲嵌、穿插、吻合連接而成。據記載,塔身共使用54種、240組不同形式的斗拱連接立柱與橫梁。這些斗拱交錯疊加,形成了“上大下小”的“支架”,每一層斗拱都可以有效傳遞負荷,同時,這種不用釘鉚連接的榫卯結構在接合處留有縫隙,遇到強震時,縫隙會預留構件形變的空間,讓構件松動,但不會散架或折斷,從而進一步消耗地震產生的能量。

             從高層到低層,斗拱結構逐漸復雜,傳遞負荷的能力逐層加強。地震過程中,受縱波影響,木塔開始上下晃動。在斗拱和其他木構件自身形變作用下,巨大的木塔如同在一次次看不見的“波浪”上“彈跳”起來,有效避免了巨大的垂直能量瞬間貫穿塔身。

              二、剛柔并濟:相比起縱波,橫波會導致建筑水平晃動。當建筑的自震周期與地震波的周期一樣時便引發了共振,此時地震對建筑的危害將達到最大。為了應對橫波沖擊,除了斗拱,木塔內外還遍布著各種橫向的交錯木柱,這種木柱呈現出“筒”狀,被稱為槽柱網,將木塔中央的墻體“套”在里面。木塔內外共有兩層槽柱網,與斗拱、梁枋等構件組成結構層中的“減震彈簧”,不僅有效承重、強化塔體,還能在地震中通過橫向摩擦與錯位,消除地震橫波帶來的能量——無論塔體向哪個方向移動,槽柱網都會把它向反方向“拉”,這也是在連續橫波襲來時木塔可以持續晃動但不會向某一方向完全傾斜的原因。對抗橫波,僅僅依靠木構件形變的“柔性”還遠遠不夠。于是,每層都配備了厚實的墻體,它們牢牢“抱”住木構件,發揮了“剪力墻”的作用,也增強了每層構架的整體性,同時充分體現了木塔的“剛性”。每遇到大地震,就是木塔抗震“剛柔相濟”的時刻。當地震縱波與橫波所帶來的能量被有效抵消后,地震對塔體的損害也就大大降低了。

              三、固本浚源:對于高聳的建筑物,地基如同站立在地上的“腳”。地基穩固,建筑主體才能長久屹立。作為一項古代“超級工程”,應縣木塔擁有以石料砌成的巨大塔基,在塔基之上,還構筑了更加復雜的臺基。臺基又被稱為“須彌座”,得名于佛教中的“須彌山”,是建筑下方用磚石砌成的平臺,作為建筑的底座。應縣木塔塔底臺基為雙層磚石結構,第一層為矩形大臺基,第二層為貼合木塔整體外形的正八邊形小臺基。兩層臺基重疊,將幾千噸重的木塔從地面上“抬”了起來。當地震來臨時,臺基就成為了一個“浮筏”,將斗拱、槽柱網、立柱和墻體傳導下來的能量疏導至地面,載著建筑“漂浮”在地震波形成的“驚濤駭浪”中。同時依靠深埋于地下的地基支撐,讓木塔雖處地震帶,卻能在一次次地震中化險為夷!扒竽局L者,必固其根本;欲流之遠者,必浚其泉源”。從應縣木塔的種種抗震措施中,我們可以看到如今許多防震技術的影子——框架結構之于榫卯,混凝土剪力墻中鋼筋之于槽柱網,現代高層建筑普遍應用的“內外筒體加水平桁架”之于槽柱、斗拱和梁枋組成的塔體“套筒”……自然災害可以促使建筑技術革新,人類文明總是在一次次技術的突破中前進。

              有些保留至今的古建筑卻似乎擁有獨特的抗震“密碼”。它們屹立在千百年歲月中,見證和記錄著歷史,不僅讓今天的人們可以一睹古代建筑藝術瑰寶,也為現代建筑抗震技術的發展和完善提供參考和借鑒。
             
              為何中國古人偏愛木結構建筑?

              究其原因,或許我們可以在明代造園學家計成的著作《園冶》中得到啟示!秷@冶》中記述了這樣的觀點:人和物的壽命是不相稱的,物可以傳至千年,人生卻不過百歲。我們所創造的環境應該和預計自己可使用的年限相適應便足夠了。其本質正是在于,讓建筑服務于人。于是,在沒有現代建造技術的古代,當西方建筑史以神廟、教堂為中心,打造石頭建筑以期望實現“不朽”時,大批符合社會生產力水平的木結構“臨時”建筑在中國的土地上拔地而起,壯大城市、便利人民,直到把這種建筑藝術推向輝煌。
             

              所謂古建筑的抗震“密碼”,并不在于斗拱、榫卯的“以柔克剛”,也不在于槽柱網與墻體配合下的“剛柔并濟”,而是我們的祖先在構建它們時多了一分對使用者的擔憂,也多了一分對自然的敬畏。

           

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