震不倒的古建:內(nèi)藏彈性機(jī)關(guān)

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震不倒的古建
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一場(chǎng)地震毀壞了多少建筑,又讓多少人流離失所,可是在地震中,總有幾道身影一直都矗立在那里,巋然不動(dòng)。那究竟是什么原因才讓它們?cè)谀抢飶牟粌A塌?又是什么樣神奇的結(jié)構(gòu)讓它們直面強(qiáng)震毫不退縮?
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簡(jiǎn)介:拖姑清真寺位于昭通市魯?shù)榭h城桃源回族鄉(xiāng)拖姑村,始建于雍正八年(1730年),1755年經(jīng)住寺阿訇賽煥章牽頭,到四川、貴州、陜西、寧夏及省內(nèi)各地募捐,相繼建起了喚醒樓、廂房,作為禮拜之所。
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榫卯相扣
變形抗強(qiáng)震
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魯?shù)榭h有一座擁有200余年歷史的拖姑清真寺,數(shù)百年中它經(jīng)歷了多次地震,從來沒有被震倒。在經(jīng)歷了魯?shù)椤?.03”強(qiáng)震后,周圍的房子都開裂了,可它連一點(diǎn)灰都沒有掉。
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最近的幾十年里,拖姑清真寺經(jīng)歷5級(jí)以上地震20余次。據(jù)說,魯?shù)闅v史上曾多次發(fā)生地震,寺院的教拜樓曾被震歪過,但另一次地震又把它震歸原位。
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拖姑清真寺是用圓柱和橫梁交接而成,殿堂有36根大圓木柱支撐,兩根特大“抬擔(dān)”橫加在殿堂的上方,呈“凸”字形,以橫木連接四邊木柱,把整個(gè)殿堂各部緊緊拉連一體,結(jié)構(gòu)奇特巧妙,“凸”字形的“臂膀”兩旁,立有兩根約2米高的石柱,最重要的是拖姑清真寺整個(gè)建筑沒有用一顆釘子,榫卯環(huán)環(huán)相扣。
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榫卯結(jié)構(gòu)又有什么神奇之處能讓拖姑清真寺抵抗強(qiáng)震呢?它以木構(gòu)架結(jié)構(gòu)為主要的結(jié)構(gòu)方式,由立柱、橫梁等主要構(gòu)件建造而成,各個(gè)構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)以榫卯相吻合,構(gòu)成富有彈性的框架,使得它具有相當(dāng)?shù)膹椥院鸵欢ǔ潭鹊淖晕一謴?fù)能力。
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拖姑清真寺的榫卯結(jié)構(gòu)使它擁有特殊柔性結(jié)構(gòu),不但可以承受較大的荷載,而且允許產(chǎn)生一定的變形,在地震荷載下通過變形抵消一定的地震能量,減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。如此一來,使拖姑清真寺在地震中幸免于難。
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錯(cuò)位門龕
比例保平穩(wěn)
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福建泉州東、西兩塔是國(guó)內(nèi)外少有的多層古石塔,它們被國(guó)外專家譽(yù)為“世界第一塔”。東塔名為鎮(zhèn)國(guó)塔,西塔名為仁壽塔,它們也共同經(jīng)歷了1604年泉州約8級(jí)地震的考驗(yàn)。
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《泉州府志》記載,這次地震“山石海水皆動(dòng),地裂數(shù)處,城內(nèi)、外廬舍傾圮,復(fù)舟甚多,城自東北抵西南,雉堞窩鋪傾圮殆盡”,而東、西兩塔僅有“鎮(zhèn)國(guó)塔第一層尖石墜,第二、第三層扶欄因之并碎”。如此看來,兩塔基本無(wú)損,僅東塔頂層尖石墜落,可為什么兩座古石塔能在這么強(qiáng)烈的地震近乎完好無(wú)損呢?
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石塔塔座面積270多平方米,底盤面積760多平方米。據(jù)鉆探,塔基上層20米以下是大片完整的花崗巖,既避免了產(chǎn)生砂基液化,又使受力層分布比較均勻。
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再來看看石塔的整體,塔內(nèi)用巨型花崗石疊砌而成的八角柱體,柱圍直徑15余米,恰似一根支力強(qiáng)、重心穩(wěn)的“擎天柱”;塔體轉(zhuǎn)角立倚柱,柱頂置櫨斗,斗上出華拱,層層托出,縮小了石梁跨度。塔每層開四門、設(shè)四龕、有拱額、門楣、回廊、外壁及扶欄,門龕位置逐層互換,既美觀又減少壓力,連同塔頂高11米多的金屬葫蘆河八條平衡對(duì)稱的大鐵鏈,構(gòu)成比例十分恰當(dāng)?shù)恼w結(jié)構(gòu)。所以,它們才能在強(qiáng)大的地震中只被“拔了幾根毫毛”。
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簡(jiǎn)介:鎮(zhèn)國(guó)塔、仁壽塔位于福建泉州開元寺內(nèi)。鎮(zhèn)國(guó)塔,俗稱東塔,是唐咸亨年間文偁禪師主持建造的。開始是一座木塔,用來安放佛舍利的,后因遇災(zāi)重建,改為石塔。西側(cè)叫仁壽塔,俗稱西塔。宋政和四年(公元1114年)命名為仁壽塔,后因遭災(zāi)重建,改為石塔。
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簡(jiǎn)介:天津獨(dú)樂寺又稱大佛寺,是中國(guó)僅存的三大遼代寺院之一。獨(dú)樂寺始建于隋朝,遼代統(tǒng)和二年(公元984年)重建。寺內(nèi)現(xiàn)存最古老的兩座建筑物山門和觀音閣,皆遼圣宗統(tǒng)和二年(984年)重建,其它都是明、清所建。
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叉柱造閣
暗層藏玄機(jī)
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還記得1976年的唐山大地震嗎?那次地震,大量房屋被震倒,但位于唐山附近的薊縣獨(dú)樂寺觀音閣卻紋絲不動(dòng)。這座建筑是建于遼代的原物,距1976年唐山大地震已有近千年的歷史了。
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觀音閣臺(tái)基長(zhǎng)26.7米,寬20.6米,它是一座三層的建筑,但從外面看只有兩層,因?yàn)槠渲幸粚邮莾蓪又g的夾層。1932年,梁思成對(duì)這座建筑進(jìn)行考察后感嘆地說,這是“千年國(guó)寶”,它“穩(wěn)固莊嚴(yán),含無(wú)限力量,足以表現(xiàn)當(dāng)時(shí)方興未艾之朝氣”。
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觀音閣使用內(nèi)外兩槽的構(gòu)架和兩套屋架,內(nèi)外閣和兩套屋架緊密聯(lián)系。閣的上下兩層間的暗層就是平坐結(jié)構(gòu)和下層屋檐所占的空間。而且上下各層的柱子并不直接貫通,而是上層柱插在下層柱頭斗拱上的“叉柱造”。
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為了防止結(jié)構(gòu)變形,閣的內(nèi)部第三層即暗層,它明間前后內(nèi)槽柱和次間的中柱間用內(nèi)額聯(lián)系,構(gòu)成六角形空井,同時(shí)又在暗層內(nèi)和第三層外圍壁體內(nèi)施加斜撐,暗層的下層空井為方形。上下二層空井的形狀不同,有助于防止空井的構(gòu)架變形,加強(qiáng)了整個(gè)閣結(jié)構(gòu)的剛性。
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近千年來,獨(dú)樂寺曾經(jīng)歷20余次地震。其中清康熙年間三河、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,只有觀音閣沒有傾倒。1976年唐山地震,觀音閣及山門的木柱略有走閃,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,足見其結(jié)構(gòu)技術(shù)的高超。
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選址精確
套筒結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)
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應(yīng)縣木塔在山西省大同市應(yīng)縣城西北角的佛宮寺內(nèi),它建于遼清寧年間,是國(guó)內(nèi)現(xiàn)存最古老、最高大的全木結(jié)構(gòu)建筑。近千年來,木塔經(jīng)歷了凜冽寒風(fēng),戰(zhàn)火炮擊,地震搖撼等災(zāi)難,至今仍巋然如故。
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大同盆地是汾渭地塹的一部分,該地塹帶中地震活動(dòng)頻率高,從公元前231年起,至少發(fā)生過八次6.0級(jí)以上地震。據(jù)史書記載,元朝時(shí),大同路發(fā)生約6.5級(jí)強(qiáng)烈地震,有聲如雷,波及木塔,元順帝時(shí),應(yīng)州地大震七日,塔旁舍宇皆倒塌,唯有木塔屹然不動(dòng)。近代,邢臺(tái)、唐山、大同、陽(yáng)高一帶的幾次大地震,均波及應(yīng)縣,木塔大幅度搖擺,風(fēng)鈴全部震響,持續(xù)一分多鐘,過后木塔也只有輕度的歪斜。
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木塔建造之前在塔址附近已經(jīng)發(fā)生過6.5級(jí)的地震,極具破壞性,那在此地建塔,難道沒有考慮到地震的危害嗎?當(dāng)然不是,木塔的設(shè)計(jì)者和建造者在選址的時(shí)候特意選取了大同盆地內(nèi)部一處相對(duì)穩(wěn)定的地塊,還根據(jù)塔址出的表層亞黏土及其地下水位較淺的實(shí)際情況,采用樁基礎(chǔ)打地基,在樁之上用料石砌成下部方形,上部八角形,高近4米的雙層階基。
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木塔屹立近千年而不倒,其結(jié)構(gòu)之固堪稱一絕。木塔采用的是兩個(gè)內(nèi)外相套的八角形框架,平面則分為內(nèi)槽和外槽兩部分,內(nèi)槽供奉佛像,外槽構(gòu)成平座供人員活動(dòng),內(nèi)外槽之間亦靠各種木料縱橫連接,這就構(gòu)成了一個(gè)剛性很強(qiáng)的雙層套筒式結(jié)構(gòu),成為木塔堅(jiān)固之本。
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同時(shí),塔內(nèi)上下層的連接也不簡(jiǎn)單,是將上層柱的底部十字開口,插在下層柱上的斗拱之間,而且上層柱向內(nèi)退進(jìn)半個(gè)柱徑,從而造成逐層內(nèi)收的效果,進(jìn)一步增加了木塔的穩(wěn)定性。這種“剛?cè)嵯酀?jì)”的結(jié)構(gòu)共同造就了應(yīng)縣木塔卓越的穩(wěn)固性,也正是木塔的建筑特色成就了木塔如今的地位。
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簡(jiǎn)介:應(yīng)縣木塔指釋迦塔,全稱佛宮寺釋迦塔,建于遼清寧二年(公元1056年),由遼興宗的蕭皇后倡建,田和尚奉敕募建,至金明昌年間增修完畢。應(yīng)縣木塔以作家廟,彰顯家威,并有禮佛觀光和登高瞭敵之用。
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簡(jiǎn)介:平武報(bào)恩寺位于四川省平武縣城內(nèi)。明正統(tǒng)五年(1440年),龍安府僉事王璽計(jì)劃仿照明代宮殿形制建造府邸,因僭越制度未成。正統(tǒng)十一年旨準(zhǔn)改建為“報(bào)恩寺”,于天順?biāo)哪杲ǔ伞?/p>
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基礎(chǔ)夯實(shí) 通柱抵沖擊
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2008年5月,四川汶川發(fā)生了8級(jí)特大地震,報(bào)恩寺廣場(chǎng)成了平武縣城居民的臨時(shí)避難所。在這次地震的影響下,報(bào)恩寺的墻體開裂,但它仍矗立在那里沒有倒下,在此之前,這座滄桑的建筑也抗住了數(shù)次地震的沖擊。
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平武是地震的頻繁地帶,報(bào)恩寺也經(jīng)歷了1630年至1713年和1933年開始的兩個(gè)活躍期,自1933年以來,平武共發(fā)生有感以上級(jí)別的地震近300次。數(shù)百次的地震中只有兩次對(duì)報(bào)恩寺產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)性的影響,其中1879年大地震,報(bào)恩寺寺前一經(jīng)幢底座位移,部分建筑墻體輕微開裂,大悲殿前石基開裂,而在1976年松潘、平武大地震中,報(bào)恩寺石經(jīng)幢底座再次位移,山門、大雄寶殿等部分墻體被震裂縫,但總體來看,這兩次地震均未對(duì)報(bào)恩寺的主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響。
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報(bào)恩寺建筑設(shè)計(jì)獨(dú)特,構(gòu)造精巧,具有“晃而不散,搖而不倒”的抗震性能,被譽(yù)為“明初罕見之遺構(gòu)”“獨(dú)具匠心的抗震建筑”。報(bào)恩寺之所以能夠歷經(jīng)無(wú)數(shù)震災(zāi)而最終幸免于難,最重要的一點(diǎn)就是它本身獨(dú)特的構(gòu)筑想法。
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報(bào)恩寺的基礎(chǔ)夯實(shí)得十分堅(jiān)實(shí)勻稱,其中萬(wàn)佛閣基座長(zhǎng)2820厘米,寬2040厘米,高161厘米,呈長(zhǎng)方形臺(tái)基形制,地基內(nèi)部全用灰土、沙石夯筑,表面則用10厘米厚的三合土硬面鋪成。這種地基不僅整體性強(qiáng),而且具有一定彈性,在地震時(shí)能夠有效吸收、緩解一部分沖擊波,隔震效果十分明顯。
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而且為了彌補(bǔ)震后容易發(fā)生榫卯變形的缺點(diǎn),報(bào)恩寺的天王殿、大雄寶殿、萬(wàn)佛閣等各大殿均起用中心通柱。萬(wàn)佛閣就有12根中心通柱,高達(dá)1382厘米,全部采用箍頭榫兩根相接的做法。這樣一來,既加強(qiáng)了閣體的整體性和穩(wěn)定性,又鞏固了框架,使之能承受相當(dāng)程度的地震縱波沖擊,起到了有效地抗震作用。
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報(bào)恩寺除山門外,其余多為重檐歇山式建筑,這些建筑使用大量成組斗拱,不僅使建筑物更顯宏偉壯麗,更重要的是它能承托房梁,支撐屋檐,巧妙地把報(bào)恩寺建筑物的柱、梁等各部分連接成為一個(gè)牢固的整體,進(jìn)而大大延長(zhǎng)了寺內(nèi)建筑物的壽命。
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