中國(guó)古建筑榫卯結(jié)構(gòu)在地震區(qū)運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)
一提到中國(guó)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(kāi)始使用這種建筑形式了，而今它在國(guó)內(nèi)外的建筑界都產(chǎn)生了很深遠(yuǎn)的影響。作為我國(guó)獨(dú)特的工藝創(chuàng)造，我們更應(yīng)該將其運(yùn)用得淋漓盡致。本文將中國(guó)古建筑中榫卯結(jié)構(gòu)的形式與地震區(qū)實(shí)際情況相結(jié)合，并舉出相類似的案例來(lái)闡明榫卯結(jié)構(gòu)的建筑形式應(yīng)在地震區(qū)廣泛運(yùn)用。
談及中國(guó)古建筑，我們很容易就會(huì)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(shí)代，我們的祖先就已經(jīng)開(kāi)始使用了，榫卯結(jié)構(gòu)作為中華民族獨(dú)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(dú)立、松散的構(gòu)件緊密結(jié)合為一個(gè)符合設(shè)計(jì)要求和使用要求的，具有承受各種負(fù)荷能力的完整的結(jié)構(gòu)體。這個(gè)結(jié)構(gòu)體不管是作為建筑還是單個(gè)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(guó)古建筑形式其優(yōu)勢(shì)所在
中國(guó)古建筑形式是下屬于我國(guó)古代建筑學(xué)的一個(gè)方向，我國(guó)古代建筑學(xué)是一門(mén)綜合性的學(xué)科，是通過(guò)一定的建筑藝術(shù)形式和一定的工藝技術(shù)表現(xiàn)出來(lái)的。有人說(shuō)：“中國(guó)古代建筑的大木結(jié)構(gòu)不用一根釘子”，這樣的說(shuō)法其實(shí)是一種夸大的說(shuō)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(guó)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(shì)是值得我們學(xué)習(xí)的。由此可見(jiàn)榫卯結(jié)構(gòu)的建筑具有穩(wěn)定性，并且在經(jīng)歷強(qiáng)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(duì)地震區(qū)建筑的意義
所謂地震區(qū)，就是地震活動(dòng)頻繁而強(qiáng)烈的區(qū)域。我國(guó)現(xiàn)有六個(gè)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(tái)灣地震區(qū)。對(duì)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(guó)傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑在抵抗地震沖擊力時(shí)，采用的是“以柔克剛”的思維，通過(guò)種種巧妙的措施，其目標(biāo)是以最小的代價(jià)，將強(qiáng)大的自然破壞力消彌至最小程度。當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)以抵御9度地震為目標(biāo)，而我國(guó)傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑基本上能達(dá)到這個(gè)要求，而且其代價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于西方的“剛”，不能不讓人嘆服“柔”的力量。我國(guó)古代選擇了木材等有機(jī)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(shí)間最長(zhǎng)、技術(shù)成熟度最高的結(jié)構(gòu)體系——柔性的框架體系。
我國(guó)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(lái)、近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展之后，才意識(shí)到框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，遂開(kāi)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(shí)例分析榫卯結(jié)構(gòu)建筑對(duì)地震區(qū)的益處
說(shuō)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(guó)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(jiàn)圖一）是中國(guó)古代傳統(tǒng)建筑杰出抗震能力的集中代表。這座木塔是當(dāng)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(dòng)；在此后的近千年中，木塔經(jīng)歷了多次大地震的考驗(yàn)而安然無(wú)恙。在戰(zhàn)亂之際，木塔還承受過(guò)200余發(fā)炮彈的轟擊，亦無(wú)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(dá)4.4米的磚石基座堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定，形成一個(gè)“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(guò)斗栱完成，各種構(gòu)件則通過(guò)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(guò)“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(gè)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(shí)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(qiáng)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(gè)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(gè)斜向應(yīng)面上，自上而下采用了剪刀撐做法。（見(jiàn)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(guó)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(yán)美麗而堅(jiān)固耐久的建筑，充分顯示出當(dāng)時(shí)的匠人對(duì)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(dāng)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(guó)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(yùn)用可謂是很有優(yōu)勢(shì)的。
