中國古建筑榫卯結(jié)構(gòu)在地震區(qū)運用的優(yōu)勢
一提到中國古建筑,榫卯結(jié)構(gòu)的形式讓我們眼前一亮,我們的祖先很早就開始使用這種建筑形式了,而今它在國內(nèi)外的建筑界都產(chǎn)生了很深遠的影響。作為我國獨特的工藝創(chuàng)造,我們更應(yīng)該將其運用得淋漓盡致。本文將中國古建筑中榫卯結(jié)構(gòu)的形式與地震區(qū)實際情況相結(jié)合,并舉出相類似的案例來闡明榫卯結(jié)構(gòu)的建筑形式應(yīng)在地震區(qū)廣泛運用。
談及中國古建筑,我們很容易就會想到榫卯結(jié)構(gòu)的建筑形式,榫卯結(jié)構(gòu)早在7000多年前的河姆渡新石器時代,我們的祖先就已經(jīng)開始使用了,榫卯結(jié)構(gòu)作為中華民族獨特的工藝創(chuàng)造,有著悠久的歷史。榫卯的功能,在于使千百件獨立、松散的構(gòu)件緊密結(jié)合為一個符合設(shè)計要求和使用要求的,具有承受各種負荷能力的完整的結(jié)構(gòu)體。這個結(jié)構(gòu)體不管是作為建筑還是單個的物件而言都是比較穩(wěn)固的,這就是榫卯結(jié)構(gòu)的奧秘所在。
一.榫卯結(jié)構(gòu)作為中國古建筑形式其優(yōu)勢所在
中國古建筑形式是下屬于我國古代建筑學(xué)的一個方向,我國古代建筑學(xué)是一門綜合性的學(xué)科,是通過一定的建筑藝術(shù)形式和一定的工藝技術(shù)表現(xiàn)出來的。有人說:“中國古代建筑的大木結(jié)構(gòu)不用一根釘子”,這樣的說法其實是一種夸大的說法,但是如果單指大木結(jié)構(gòu)的榫卯則是完全正確的。中國古代建筑的結(jié)構(gòu),以木材、磚瓦為主要建筑材料,以木架結(jié)構(gòu)為主要的結(jié)構(gòu)方式,木構(gòu)件間的聯(lián)接又以榫卯結(jié)構(gòu)為主。作為以榫卯結(jié)構(gòu)為主的建筑形式它的優(yōu)勢是值得我們學(xué)習(xí)的。由此可見榫卯結(jié)構(gòu)的建筑具有穩(wěn)定性,并且在經(jīng)歷強烈的震蕩都能保存完好,即使是倒塌也能將災(zāi)難降到最小。
二.榫卯結(jié)構(gòu)建筑形式對地震區(qū)建筑的意義
所謂地震區(qū),就是地震活動頻繁而強烈的區(qū)域。我國現(xiàn)有六個地震區(qū),分別是天山地震區(qū)、青藏地震區(qū)、華北地震區(qū)、東北地震區(qū)、華南地震區(qū)及臺灣地震區(qū)。對于地震高發(fā)的地區(qū)而言,榫卯結(jié)構(gòu)的建筑形式就顯得尤為重要。與西方磚石結(jié)構(gòu)建筑的“以剛克剛”不同,中國傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑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。當代建筑設(shè)計以抵御9度地震為目標,而我國傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑基本上能達到這個要求,而且其代價遠遠小于西方的“剛”,不能不讓人嘆服“柔”的力量。我國古代選擇了木材等有機材料作為結(jié)構(gòu)主材,其發(fā)展是世界上歷史最悠久、持續(xù)時間最長、技術(shù)成熟度最高的結(jié)構(gòu)體系——柔性的框架體系。
我國木結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)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。而西方數(shù)千年中一直采用承重墻體系,直到工業(yè)革命以來、近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展之后,才意識到框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性,遂開始大規(guī)模地普及,更值得玩味的是,這種框架體系仍然是"以剛克剛"。
三.結(jié)合實例分析榫卯結(jié)構(gòu)建筑對地震區(qū)的益處
說到榫卯結(jié)構(gòu)的抗震性不得不提的就是應(yīng)縣木塔,它是中國古代建筑抗震能力的杰出代表。
山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔(應(yīng)縣木塔)(見圖一)是中國古代傳統(tǒng)建筑杰出抗震能力的集中代表。這座木塔是當今世界現(xiàn)存最高的木結(jié)構(gòu)建筑,竣工于1056年,處于大同盆地地震帶上。木塔建成200多年即遭受大震,余震連續(xù)7天,木塔附近的房屋全部倒塌,而木塔巋然不動;在此后的近千年中,木塔經(jīng)歷了多次大地震的考驗而安然無恙。在戰(zhàn)亂之際,木塔還承受過200余發(fā)炮彈的轟擊,亦無大損。木塔之所以有如此杰出的抗震能力,在于前述諸多抗震技法的綜合和提高: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;木塔高達4.4米的磚石基座堅實、穩(wěn)定,形成一個“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斗栱完成,各種構(gòu)件則通過榫卯連接,全塔的主要構(gòu)件不用一釘一鉚,這種連接形式類似于半固結(jié)半活鉸的狀態(tài),能承受較大的彎矩;構(gòu)架水平分層,在地震波中的垂直沖擊波攻擊下,可以通過“彈跳”的方式消解巨大的破壞能量;構(gòu)架的整體性有力地抵抗旋轉(zhuǎn)波,所有的柱子都用頂部的梁枋連結(jié)成一個筒形的框架,保證了構(gòu)架的穩(wěn)定性;柱子之間砌筑有厚實的墻體,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;周邊有一圈柱廊,各圈柱廊被水平構(gòu)件連接成一個剛中帶柔的整體;為了加固結(jié)構(gòu)框架,在八邊形木塔的四個斜向應(yīng)面上,自上而下采用了剪刀撐做法。(見圖二)
四.總結(jié)
根據(jù)以上的例子我們看出整座木塔表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)、技術(shù)與藝術(shù)形象的高度和諧,表里如一,這是中國古代木結(jié)構(gòu)建筑,也是我們中華民族的“傳統(tǒng)美德”之一。在近千年前我們的祖先就能建造出如此莊嚴美麗而堅固耐久的建筑,充分顯示出當時的匠人對數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)的研究已經(jīng)相當深入,更重要的是榫卯結(jié)構(gòu)這樣的建筑形式是值得我們繼續(xù)延用的。
在今天由于自然環(huán)境日益惡劣,地震也在國內(nèi)外頻頻出現(xiàn),天災(zāi)雖然是不能避免的,但是我們?nèi)耘f有義務(wù)利用科學(xué)的手段將災(zāi)難的危害減到最小,而建筑上的榫卯結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的運用可謂是很有優(yōu)勢的。
來源:南方古建筑設(shè)計院
本文標簽:中國古建筑 榫卯結(jié)構(gòu)