详解中国古建筑抗震智慧,地震古建筑不倒

我要发布图片 1图片 2发布日期:2017-08-18
10:50:27来源:网络核心提示:文保员和工作人员无伤亡报告,正抓紧核查震区文物受损情况。据初步排查,九寨沟县暂统计出12处古建筑及近现代重要建筑不同程度受损。
四川省文物局10日通报,文保员和工作人员无伤亡报告,正抓紧核查震区文物受损情况。据初步排查,九寨沟县暂统计出12处古建筑及近现代重要建筑不同程度受损。松潘县的国家级重点文物保护单位松潘古城墙和红军长征纪念碑碑园多处墙面出现裂缝。马尔康市全国重点文物保护单位卓克基官寨墙体及屋面多处出现震裂现象。若尔盖县省级文物保护单位苟均桥多处出现裂缝,其他文物点受损情况正在排查中。此外,位于成都平原的四川博物院、金沙遗址博物馆、三星堆博物馆等文博机构安好。
千百年老建筑,古老而历久,见证了历史的变迁,经历了各种大小灾害,留下来的可以说经过了地动山摇,风雨摧残……但是“地震古建筑不倒,越古老越抗震”是否充分可信?
雅安地震的“房坚强”,又是一栋百年老宅
当年雅安地震导致全市各县多处房屋严重受损,损毁66.98万间,倒塌12851间,震中芦山县龙门乡99%以上受损垮塌。宝兴县城、灵关镇、大溪乡房屋全部受损;天全县80%的房屋受损严重,无法入住。
然而地震中也有奇迹:震中一座百年老宅巍然屹立,堪称“屋坚强”。坐落于芦山县龙门乡古城村山脚下的张家大院,7户张姓人家震后在这里照常生活。张家大院为瓦木结构四合院,坐落于芦山县龙门乡古城村山脚下,主人之一张大金说:“建于清朝同治年间的老宅,在地震中除了屋脊脱落几块瓦片外,没有任何损伤。”长征期间,这里曾是红30军司令部。
由于古建筑抗震例子众多,古建行当甚至出现了“墙倒屋不塌”的谚语。“墙倒屋不塌”是古建行当通行的谚语,意思是说在遭遇强烈地震的时候,古建筑的墙壁倒塌了,但木构屋架依然屹立。言外之意,是对其“抗震性能”的标榜。
在保存至今的众多古代木结构建筑中,天津蓟县的独乐寺和山西应县木塔在抗震方面的表现尤其突出。独乐寺位于天津蓟县盘山脚下,始建于唐代,寺内的观音阁和山门重建于辽代。自重建以后千余年来,独乐寺曾经历了28次地震,其中清康熙十八年三河、平谷发生8级以上强震,“蓟县城官廨民舍无一幸存,观音阁独不圮。”1976年唐山大地震,蓟县城内房屋倒塌不少,观音阁及山门的木柱略有摇摆,观音像胸部的铁条被拉断,但整个大木构架安然无恙。
应县木塔位于山西省应县城西北佛宫寺内,建于辽清宁二年,应县木塔处于大同盆地地震带,建成近千年来,经历过多次大地震的考验。据史书记载,在木塔建成200多年之时,当地曾发生过6.5级大地震,余震连续7天,木塔附近的房屋全部倒塌,只有木塔岿然不动。上世纪初军阀混战的时候,木塔曾被200多发炮弹击中,除打断了两根柱子外,别无损伤。图片 3
抗震的原因基本归结为以下几点: 1、柔性的框架结构:墙倒屋不塌
太极讲究“以柔克刚,四两拨千斤”,而建筑中,中国古代工匠们也是采用这种思维,通过种种巧妙的措施,以最小的代价将强大的自然破坏力消弥至最小程度。
中华民族不仅自文明伊始就睿智地选择了木材等有机材料作为结构主材,还发展形成了世界上历史最悠久、持续时间最长、技术成熟度最高的结构体系—柔性的框架体系。我国木结构技术迄今至少已有近7000年的历史。传统木结构,具有框架结构的种种优越性,如“墙倒屋不塌”的功效,但其柔性的连接,又使得它具有相当的弹性和一定程度的自我恢复能力。在汶川大地震中,许多文物建筑的墙体均不同程度地受损,但主体结构仍未倒塌,就是这种柔性框架结构抗震能力的表现。
3、整体浮筏式基础、斗栱、榫卯:抗击地震的关键
我国古代很少建造平面复杂的建筑,主要采用长宽比小于2:1的矩形。规则的平面形态和结构布局有利于抗震。传统建筑往往是中间的一间最大,两侧的次间、梢间等依次缩小面宽,这样的设计非常有利于抵抗地震的扭矩。中国古代建筑一般由台基、梁架、屋顶构成,高等级的建筑在屋顶和梁柱之间还有一个斗栱层。
台基用现代结构语言描述,堪称“整体浮筏式基础”,好比是一艘大船载着建筑漂浮在地震形成的“惊涛骇浪”中,能够有效地避免建筑的基础被剪切破坏,减少地震波对上部建筑的冲击。
梁架一般采用抬梁式构造,在构架的垂直方向上,形成下大上小的结构形状,实践证明这种构造方式具有较好的抗震性能。
优雅的大屋顶是中国古代传统建筑最突出的形象特征之一,而且对提高建筑的抗震能力也做出过相当的贡献。形成大屋顶需要复杂结构和大量构件,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。
4、其他方面
除了这些较显着的手法外,中国古代传统建筑中还使用了大量的其他技术措施,这些措施是古建筑抗震的关键。比如榫卯的使用:榫卯是极为精巧的发明,我们的祖先早在7000年前就开始使用,这种不用钉子的构件连接方式,使得中国传统的木结构成为超越了当代建筑排架、框架或者刚架的特殊柔性结构体,不但可以承受较大的荷载,而且允许产生一定的变形,在地震荷载下通过变形吸收一定的地震能量,减小结构的地震响应。图片 4
但是古建筑真的更抗震吗?
所谓抗震的古建筑,多数是一些特别的个案,《中国建筑史》曾经对古建筑的抗震性能有过非常乐观的评论,认为“许多经受过大地震的着名木架建筑如天津蓟县独乐寺观音阁、山西应县佛宫寺塔都能完好地保存至今,就是有力的证明。”因此,可以认为中国木结构建筑体系“有较强的抗震性能”。
但是这段论述很可能引发以偏概全的逻辑错误,以为中国古建筑的木结构体系都是抗震的。因为该书简单枚举的“许多”像天津蓟县独乐寺观音阁那样经受过多次大地震的考验的实例,都不过是一些特别的个案;这样的个案只能证明那些建筑自身具有一定的抗震性能。而如王士祯《居易录》“己未地震,官廨民舍无一存,独〔观音〕阁不圮”所载,反例的数量要远远超过这些特别的个案,并且会占到压倒性的绝对多数,这些特别的个案不过是小概率事件而已。在汶川地震中被发现的甘肃文县碧口镇的“最牛民房”则是一个典型的现代版本。从逻辑上讲,从个案得不出普遍结论。某幢建筑在地震中没有倒塌的事实,并不能证明它所属的整个结构体系都是抗震的。
对中国古建筑抗震性能评价最高的是《中国古代建筑技术史》。“各国研究抗震建筑,追求的最高目标是按9度设防,我国古代传统木构架建筑,一般都可以基本上达到这个目标,这不能不说是我国古代应用科学方面的一项惊人成就。”显然,这一判断缺乏事实和科学依据,甚至有违常识。
“墙倒屋不塌”,或有“报喜不报忧”之疑
如果按“墙倒屋不塌”的“标准”,把古建筑划分为“墙”和“屋”两部分,把损毁程度划分为“倒”两种情况,对古建筑在地震后遗存的状况做大致描述,可以得到四种排列组合,即“墙倒屋塌”、“墙倒屋不塌”、“墙不倒屋塌”和“墙不倒屋不塌”。在某次地震后,这四种遗存状况各占多少比例,是很难有可靠的统计资料的。不过,可以肯定的是,“墙倒屋不塌”只是古建筑震后遗存状况中的一种,当然是比较“成功”的一种。
从心理学上说,人们通常倾向于记住特殊的、成功的个案,并把它们当成规律性的事件,而无意中忽略了其发生的概率究竟会有多大。“墙倒屋不塌”这一谚语的制造者和传播者,正是利用了人们的这种心理,刻意标榜其“成功”的一面,从而掩盖墙倒屋塌的失败。图片 5
在实际的统计数据中,古建筑并不比现代建筑更抗震
汶川地震后,一位擅长历史文化名城保护的专家在一次讲座中谈到:“前人是以百年的胸襟来建造未来的家园的,因此,在建房之初,便考虑到中国地震多发的国情。”他还回顾1996年丽江地震时曾经说过:“丽江的房子都是老房子,我们中国建的老房子有很大的特点,叫墙倒柱不倒,都是木结构体系,设计时就考虑到了抗震。”然而,事实却是无情的。据云南防震减灾网公布的“云南大震震害资料”,当年2月3日的丽江,在“地震中破坏最严重的是民族土木结构房屋,砖木结构房屋次之,砖混与框架结构房屋相对较轻,按八度设防且施工质量好的房屋,震后基本完好或仅有轻微破坏。”
除前述云南防震减灾网公布的1996年2月3日的丽江地震震害资料外,1995年6月30日、7月10日、7月12日连续发生3次的孟连地震也表现出相似的结果:“震区房屋结构主要有:穿斗木结构轻质房、土木结构、砖木结构、砖混结构及钢筋混凝土框架房。土木、砖木结构房屋占震区房屋总面积的85%以上,曾多次遭受邻区地震波及,这次又经三个地震的叠加作用,破坏和内伤十分严重。1988年澜沧-耿马大地震后,按八度设防兴建的砖混、框架结构房屋抗震性能较好,地震中仍有不同程度破坏。”
据新华网报道2007年6月3日云南普洱市发生6.4级地震,震区“城乡房屋受损严重,土木结构房屋墙体普遍倒塌,砖混结构房屋普遍出现墙体开裂。”
有江苏省抗震救灾专家对汶川地震震后绵竹市房屋震损情况做了统计,结论是:“钢结构的抗震性能很好,框架结构次之,底框结构再次之,砖混结构再次之,砖木结构抗震性能最差”。根据统计图的数据,在没有倒塌的房屋中,与其他结构相比,砖木结构基本完好的比例最低,严重损伤的比例最高,严重损伤与中度损伤的合计比例也是最高。虽然这个统计未将已倒塌的建筑包含在内,但是根据残存建筑的状况推断,砖木结构房屋的“倒塌率”应该最高。
理智推崇,注重后期古建筑保护
在民族主义情绪的鼓舞下,以“墙倒屋不塌”证明中国古建筑的抗震性能优于西方古建筑的论调不绝于耳。如西方用“石头、砖块垒起的建筑,地震一震全都垮了”,而中国古建筑在“地震发生时,不会压死人。相比西方的石头堆砌,显然不可同日而语。这就是为什么中国的建筑远比西方的建筑寿命长久的奥秘所在”。这不啻为痴人说梦。
同时,与“墙倒屋不塌”伴随而来的,还有对现代建筑抗震能力的质疑。如“有些古老的木构建筑,在受到意外的自然灾害时,却显示出比一般的砖结构、混凝土结构的房屋,有更强的抵抗能力。例如,许多现代的高楼大厦,因经受不住地震的袭击而倒塌,但传统的木构建筑则不然,有的在历史上经受了数十次地震的袭击,却依然如故……由此,确实可以确认,它在技术上也达到了相当高的水平。”以没有倒塌的古建筑和倒塌的现代建筑(既可能因为未做抗震设防,也可能因为是“豆腐渣工程”)作对照,来证明中国古建筑的抗震优势,这是没有道理的。因为它只挑选对自己有利的案例加以解释,而有意无意地忽视不利的案例,所以其结论不能成立。标签:古建筑地震

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16:06:47来源:科技日报核心提示:我国是一个多地震的国家,是世界上地震活动水平最高、地震灾害最严重的国家之一,华北、西北、东南、西南地区均为强地震分布带。然而,我国许多古代建筑都成功地经受过大地震的考验,如天津蓟县独乐寺观音阁、山西应县木塔等建筑,千百年来均经历过多次地震仍然傲然屹立。古建筑为何能抗震?它们又是怎么抗震的?
在各种自然灾害中,地震灾害可谓“群害之首”。
我国是一个多地震的国家,是世界上地震活动水平最高、地震灾害最严重的国家之一,华北、西北、东南、西南地区均为强地震分布带。然而,我国许多古代建筑都成功地经受过大地震的考验,如天津蓟县独乐寺观音阁、山西应县木塔等建筑,千百年来均经历过多次地震仍然傲然屹立。古建筑为何能抗震?它们又是怎么抗震的?
抗震的古建筑图片 8
天津蓟县独乐寺:经历28次地震不倒
在保存至今的众多古代木结构建筑中,天津蓟县的独乐寺和山西应县木塔在抗震方面的表现尤其突出。独乐寺位于天津蓟县盘山脚下,始建于唐代,寺内的观音阁和山门重建于辽代。自重建以后千余年来,独乐寺曾经历了28次地震,其中清康熙十八年三河、平谷发生8级以上强震,“蓟县城官廨民舍无一幸存,观音阁独不圮。”1976年唐山大地震,蓟县城内房屋倒塌不少,观音阁及山门的木柱略有摇摆,观音像胸部的铁条被拉断,但整个大木构架安然无恙。
独乐寺观音阁之所以在多次强震中屹立不倒,主要是斗拱起了作用,观音阁的斗拱设计十分巧妙,在没有一颗钉子固定的情况下,通过七层木块的相互交织,达到了相互连接固定的作用,这样在地震出现时能及时减缓外部的压力,具有很强的抗震性能。
山西应县木塔:“明五暗四”刚柔结合
应县木塔位于山西省应县城西北佛宫寺内,建于辽清宁二年,应县木塔处于大同盆地地震带,建成近千年来,经历过多次大地震的考验。据史书记载,在木塔建成200多年之时,当地曾发生过6.5级大地震,余震连续7天,木塔附近的房屋全部倒塌,只有木塔岿然不动。上世纪初军阀混战的时候,木塔曾被200多发炮弹击中,除打断了两根柱子外,别无损伤。
应县木塔之所以有如此强的抗震能力,其奥妙也在于独特的木结构设计。木塔除了石头基础外,全部用松木和榆木建造,而且构架中所有的关节点都是榫卯结合,具有一定的柔性;木塔从外表看是五层六檐,但每层都设有一暗层,明五暗四,实际是九层,明层通过柱、斗拱、梁枋的连接形成一个柔性层,各暗层则在内柱之间和内外角柱之间加设多种斜撑梁,加强了塔的结构刚度。这样一刚一柔,能有效抵御地震和炮弹的破坏力。
古建筑为啥能抗震 以柔克刚:木材富韧性力学性能好
有人说,西方建筑史是“石头的历史”,中国建筑史是“木头的历史”,西方砖石结构是刚性结构建筑体系,中国土木结构是柔性结构建筑体系,西方人以刚性的砖石结构抵抗自然灾害,中国人以柔性的土木结构防御了地震的破坏,前者是“以刚克刚”,后者是“以柔克刚”。
作为建筑材料,木材与泥土具有富于韧性、加工灵活、组合方便的优点。在防震方面,主要依靠木结构。学者程建军认为,木材是一种质轻、力学性能好的建筑材料,它具有一定的柔性,在外力的作用下比较容易变形,但在一定程度内又有恢复变形的能力。木构架中的所有节点又普遍使用榫卯结合,也具有一定的变形能力,再加上传统木构架都是采用均衡对称的柱网平面和梁架布置,使其形成一个具有一定柔性的整体框架结构体系,当地震袭来时,建筑便通过自身的变形消化地震力对结构的破坏能量,从而在一定限度内保障了建筑的安全性。
中国的传统木结构,具有框架结构的种种优越性,如“墙倒屋不塌”的功效,但其柔性的连接,又使得它具有相当的弹性和一定程度的自我恢复能力。这次汶川大地震中,许多文物建筑的墙体均不同程度地受损,但主体结构仍未倒塌,就是这种柔性框架结构抗震能力的表现。
古建筑咋抗震 绝招一:古建筑的台基堪称整体浮筏式基础
我国古代很少建造平面复杂的建筑,主要采用长宽比小于2∶1的矩形。规则的平面形态和结构布局有利于抗震。传统建筑往往是中间的一间最大,两侧的次间、梢间等依次缩小面宽,这样的设计非常有利于抵抗地震的扭矩。
中国古代建筑一般由台基、梁架、屋顶构成,高等级的建筑在屋顶和梁柱之间还有一个斗栱层。中国古代建筑的台基用现代结构语言描述,堪称“整体浮筏式基础”,好比是一艘大船载着建筑漂浮在地震形成的“惊涛骇浪”中,能够有效地避免建筑的基础被剪切破坏,减少地震波对上部建筑的冲击。中国传统建筑的梁架一般采用抬梁式构造,在构架的垂直方向上,形成下大上小的结构形状,实践证明这种构造方式具有较好的抗震性能。优雅的大屋顶是中国古代传统建筑最突出的形象特征之一,而且对提高建筑的抗震能力也做出过相当的贡献。形成大屋顶需要复杂结构和大量构件,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。
绝招二:斗拱是古建筑抗震中的又一位重要“战士”
斗拱是中国古代建筑抗震的又一位重要“战士”,在地震时它像汽车的减震器一样起着变形消能的作用。它是由若干斗形的木块和弓形的短枋木相互交接组合而成的构件,用在柱头顶或额枋之上,起着承托梁架和出挑屋檐的作用。当地震发生时,屋顶与柱之间的若干组内外檐斗拱像弹簧层一样起着变形消能的作用,从而大大减少了建筑物的破坏程度。历史上,很多带斗拱的建筑都能抵御强烈地震,比如山西大同的华严寺,在没有斗拱的低等级附属建筑被破坏殆尽的情况下,带斗拱的主要殿堂仍能幸存,充分说明了斗拱对抗震的贡献。斗拱但能起到“减震器”的作用,而且被各种水平构件连接起来的斗拱群能够形成一个整体性很强的“刚盘”,按照“能者多劳”的原则把地震力传递给有抗震能力的柱子,大大提高了整个结构的安全性。
绝招三:榫卯是抗击地震的关键
除了这些较显着的手法外,中国古代传统建筑中还使用了大量的其他技术措施,这些措施是古建筑抗震的关键。比如榫卯的使用,榫卯是极为精巧的发明,我们祖先早在7000年前就开始使用,这种不用钉子的构件连接方式,使得中国传统的木结构成为超越了当代建筑排架、框架或者刚架的特殊柔性结构体,不但可以承受较大的荷载,而且允许产生一定的变形,在地震荷载下通过变形吸收一定的地震能量,减小结构的地震响应。
还有如柱子的生起、侧脚等技法降低了建筑的重心,并使整体结构重心向内倾斜,增强了结构的稳定性;柱顶、柱脚分别与阑额、地袱以及其他的结构构件连接,使柱架层形成一个闭合的构架系统,用现代术语来说,就是形成上、下圈梁,有效地制止了柱头、柱脚的移动,增强了建筑构架的整体性。梁架系统通过阑额、由额、柱头枋、蜀柱、攀间、搭牵、梁、檩、椽等诸多构件强化了联系,显着增强了结构的整体性;柱子与柱础的结合方式能显着地减少柱底与柱础顶面之间的摩擦,进而有效地产生隔震作用;在高大的楼阁中,如独乐寺观音阁、应县木塔等,都在暗层中设有斜撑,大大强化了构架对水平冲击波反复作用的抵抗能力;在外檐柱间设置较厚的墙体,起到现代建筑中“剪力墙”的作用诸如此类,举不胜举,大到建筑群体的布局处理,小到构件断面的尺寸设计,处处都展示出古代工匠们在抗震设计方面的知识和匠心。
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中国古代建筑在漫长的发展过程中能够始终保持自己的个性,有其必然性。以建筑材料而论,中国古代建筑的木结构在维持建筑使用寿命上并不占任何优势,木制的梁架、门窗、柱子经不起长时间的风吹雨淋。但恰恰是这种充满柔性的木结构,造就了中国古建筑独特的造型和丰富的形式。
这样的例子在国外也并不少见。在日本神户和美国洛杉矶的大地震中,木结构建筑只是稍微变形而绝不倒塌。即使在强大的地震力下,木结构建筑被整体推前了数米或被抛离了基础,但仍完好而无散架。由此证明了木结构建筑在各种极端的负荷条件下,其结构的抗地震稳定性和完整性。日本政府在神户大地震后,就曾明令所有的民用住宅必须采用北美的木结构建筑。标签:中国古建筑抗震智慧天津蓟县独乐寺

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