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如此强大的建筑抗震设计,也只有在古代有!

文章出处:悍马加固材料人气:-发表时间:2018-01-11 15:01【

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”。

建筑材料

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。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。

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。下面我们来看看古代建筑典型的抗震设计。

绝招一:古建筑的台基堪称整体浮筏式基础

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

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(尤其是庑殿顶、歇山顶等)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。

中国传统建筑

绝招二:斗拱是古建筑抗震中的又一位重要“战士”

斗拱

 斗拱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。

带斗拱的建筑

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。

带斗拱的建筑

斗拱不但能起到“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

榫卯

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。

榫卯

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,显著增强了结构的整体性。柱子与柱础的结合方式能显著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。

榫卯

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。

高大的楼阁

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。

高大的楼阁

 

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