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20 2019.12

破解中国古建筑的抗震“密码”

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近日,各地地震频发。12月5日上午8时左右,位于河北省唐山市丰南区发生了4.5级地震,震源深度10千米。12月10日22时28分,在北京昌平区发生2.0级地震,震源深度18千米。在北京和天津生活的人,许多都感受到了震感。

 

地震给人类造成最直接最普通的灾害就是房屋建筑的损坏。然而,中国古代木构建筑往往具有优异的抗震性能,能历经多次地震屹立不倒。近半个世纪发生的较大地震,如1976年的河北唐山大地震、1996年的云南丽江地震以及2008年的四川汶川大地震中,都出现了现代砖混建筑、钢筋混凝土建筑尽成废墟,古老的木构建筑却幸存下来的现象。
 
在中国古老广袤的土地上,那些保存至今的古建筑是我国传统建筑文化的瑰宝,也是历史的见证者和记录者。历经千百年风雨与自然灾害的考验,古建筑的抗震减灾设计也为现代建筑提供着参考。

 

 
01
木构建筑优异的抗震性能从何而来?
 

2016~2017年间,英国电视台第四频道制作了一部关于故宫的纪录片《紫禁城的秘密》,片方和故宫合作,以故宫南三所大门为原型、严格按照清工部《工程做法则例》打造了微型建筑模型,并在北京一个震动实验室对其进行抗震性能测试。此前,该摄制组进行了多场欧洲古建筑模型抗震性能测试,砖石结构模型都以坍塌告终。

 

实验模拟了不同震级的地震,每次持续时间30秒。

第一轮测试为4级~5级,建筑模型小幅度晃动着,

砖砌的墙体开始松动,但是整体并没有发生太大变化。

 

 

第二轮测试,震级调升至7.5级,建筑模型开始大幅度晃动,

斗拱相互拉扯着,砖砌的墙壁倒塌。

 

 

 

第三轮测试,震级调升至10.1级——

全世界有记载以来最高的地震强度,

相当于200万吨TNT炸药的当量。

整个模型剧烈地扭曲和晃动,

柱子好像就快飞出去了,但它始终不曾倒下。

 

 

 

测试完成后,墙倒屋不塌,整个模型依旧屹立,

大部分构件恢复原位并完好如初,只有柱子发生了一些位移。

中国传统木构建筑经受了超级大地震的考验!

 

 

该纪录片播出后,故宫模型抗震性能测试的视频在海内外引起热议,人们纷纷为故宫点赞,为伟大的中国传统建筑工艺喝彩。

 

 
02
木构建筑为什么会有这样的特性?

 

整体框架的作用

 

传统木构建筑一般由台基、梁架和屋顶构成,较高等级的建筑在屋顶和梁架之间还有一个斗栱层。发生地震时,冲击力自地表向上传送,这种结构的建筑就如同行驶在惊涛骇浪中的大船,能够有效地避免建筑的基础被破坏,减少地震波对上部建筑的冲击。

 

•  传统木构建筑的梁架一般都比较复杂,在垂直方向上形成下大上小的结构形状,这种构造方式具有较好的抗震性能。

 

•  优雅的坡屋顶(尤其是庑殿顶、歇山顶等)需要复杂结构和大量构件,从而大大增加了屋顶乃至整个构架的整体性;庞大的屋顶以其自重压在柱网上,也提高了构架的稳定性。

 

斗拱的作用

 

斗拱是中国传统建筑特有的结构形式,用在柱头顶或额枋之上,起承托梁架和出挑屋檐的作用,从而将梁、枋、柱连接成一体。即便在浩如烟海的世界建筑中,斗拱也称得上是美学和力学、功用性和装饰性完美结合的典范。由于斗拱之间不是刚性连接,所以在受到地震等外力作用时,木材之间产生一定的位移和摩擦,从而吸收和损耗部分能量,起到调整变形的作用,就像汽车的减震器一样。

 

柱础的作用

柱础有着多种功能,不但可以防腐防潮、保护木柱,还可以承重,地震发生时还可以像斗拱一样,起减震器的作用。在传统建筑中,柱子既非埋在地下,也不是硬生生地接在柱础上,而是平摆浮搁在柱础上,有一定的活动空间。在地震的强力作用下,柱根在柱础上往复运动、产生摩擦滑移的隔震效果,整座建筑犹如踩在滑板上,左右摇摆,却不致倒塌。

 

•  在中国历史上,木构建筑经历强震后柱子偏离柱础、甚至落在柱础之外,整座建筑仍完好无损、屹立不倒的例子可谓屡见不鲜。

 

 

 

正是工艺、结构和构件的联合作用,造就了中国传统建筑出众的抗震性能,即便今天,木构建筑让位于钢筋混凝土建筑,不再是中国建筑的主流,也无法掩盖它的光芒。在地震频发的日本,不但完好地保留了众多远至唐代的古老木构建筑,新建的低层住宅也大量采用木结构,很大程度上要归结于木构建筑优异的抗震性能。

 

自然灾害可以促使建筑技术革新,人类文明也总是在一次次技术突破中不断前进。鸿运国际备用网址将不断借鉴古人“防震抗震”的智慧,同时学习新时代下先进的抗震建筑技术,严格建筑工程质量管理,把建筑质量管理措施落到实处,筑匠心工程,建品质人居,真正降低地质灾害对建筑物的破坏,为保障人民生命财产安全再作贡献。

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