故宫为什么遭受地震也不会坍塌(古中国建筑艺术)

英国的木匠们,难以理解在600多年的时间里,故宫先后经历了200多场极具破坏性的地震,为何中国人却从来不担心它会被震塌?

包括那场将唐山夷为平地的大地震,当时的震中离故宫只有150公里,北京市区多处古建筑都遭到了损坏,但故宫却始终岿然不动。像故宫这样的古建筑身上,到底汇聚了多少古人的心血和智慧,又藏着哪些我们现代无法解答的黑科技?

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扛得住10级地震的中国古建筑

为了搞清楚这些问题,2017年,英国的木匠们按照1:5的比例,仿造了几个与故宫建筑结构相同的模型,然后将它放到模拟地震的平台上,开始检测它到底能够抗住几级地震。

工作人员首先将地震等级调到4.5级,这样的地震会让人感受到明显的震动,足以让一些简单的建筑墙体出现裂缝甚至直接倒塌。而故宫模型在上面整体的摇晃幅度很大,看上去摇摇欲坠,然而在30秒的测试时间里,它却始终不曾倒塌。

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按照故宫模型这么强烈的摇晃程度来看,外国专家们相信,它绝对撑不到6级地震就会完全散架,而在场的中国专家相视一笑,没有说话。

等现场工作人员真的把震级调整到6级时,外国专家们惊讶地发现,模型的摇晃程度和刚才几乎一样,但是仍然没有倒塌的迹象。

随后,震级被调到了7.5级,这已经是很多大地震才能表现出来的振幅了。只见,故宫模型发生了剧烈的摇晃,内部的墙面也轰然倒塌,然而整个木制结构依然没有倒塌,主梁和立柱的衔接处都没有脱节。

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震级还在加大,这次直接上升到了9.5级,这是人类有史以来的最强地震强度,然而结果和之前的一样。不甘心的外国专家将震级调到最大的10级,30秒后全场沉默,整个模型依然完好无损地站在地震台上。

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外国专家们总算服气了,可是他们实在太疑惑了,这样一个看起来弱不禁风的木制框架里,没有一根螺丝,是怎么抗住10级地震的?中国专家上前,向外国专家指出了故宫模型立柱下面的红色标记。原来和地震前相比,建筑物已经整体移动了几厘米。

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故宫没有地基?

全世界的建筑学家都在疑惑,为什么中国古建筑这么抗震?实际上,中国建筑学家不认同“抗震”这个说法,他们更倾向于认为,古建筑依靠自身独特的结构在吸收和化解地震带来的冲击力,颇有道家太极拳“四两拨千斤”的意味。那这到底是怎么做到的呢?

我们先来看看现代建筑是如何修建房子的。现代人修房子必须先打地基,把柱子插在地基里,然后修承重墙,最后封顶。这样的房子有一个缺点,那就是太“刚直”,古人说“过刚易折”,这个修房子也是一样的。

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现代建筑的立柱总是插在地里,看似非常稳固,能够抗住很多地震,实际上在大地震发生的时候,95%以上的楼房都是从上往下倒塌的。你的柱子或许能够承受住地震的冲击,但是当上层房屋开始左右摇晃时,刚硬的立柱就会瞬间折断,导致整个房屋全部坍塌。

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而古建筑最大的不同在于立柱不直接插入地下,它的结构更为复杂。以故宫太和殿为例,它的立柱下面是柱础(磉盘),也就是地面上那个圆盘一样的结构;柱础下面还有用石砖构筑的磉墩。

看上去,立柱就像是插入了地下,实际上它却能够在磉墩的范围内移动,而不至于让立柱折断。

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很多人可能会说了,那这房子岂不是就跟放在地上的积木一样,没有地基了吗?以前,确实有人说故宫的建筑是没有地基的,甚至以此来质疑中国古人不懂建筑学。但是你有没有想过,一群没有地基的房子,是怎么在600多年里抗住无数地震的呢?

所以故宫是有地基的,不仅有,而且古人最重视地基的建造。在《营造法式》这本古典建筑学著作中,对在哪里修地基,修多长多宽都有详细的记载,甚至于,那一块地方改用石砖,拿一块地方该用木材,用什么动作,加几方土都写得非常精细。可以说故宫的地基,构造之复杂、用料之精致,那都是绝无仅有的。

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故宫的地基结构

榫卯是古建筑的灵魂

当然,这个地基真要造出来并不难,最难的还是修屋顶,而说到古建筑的屋顶那就离不开榫卯结构了,说它是古建筑的灵魂也不为过。

榫卯结构由榫头和卯眼两部分构成,可以互相嵌套固定以增加建筑的稳定性,光是一扇窗户就有500-1000个榫卯连结而成,而要想构建一个大型建筑的屋顶,估计没有上万个小零件根本搞不定。

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榫卯

那么,古人为什么要把房屋修得这么复杂呢?像现代的钢筋水泥一样直来直往的不行吗?还真不行,我们来看看榫卯结构的作用就能理解了。

上万个榫卯构建的房顶,在遇到地震的时候,每一块零件都有吸收地震冲击力的作用,然后不断把这个力往下传递,在传递的过程中起到了卸力的作用。因此,我们可以看到,在地震的时候,哪怕立柱已经摇晃得很厉害了,但是屋顶依然不动如山。

同时,因为榫卯结构镶嵌的时候留有十分微小的空隙,所以它不像一块钢筋混凝土那样刚直,反而具有一定的柔韧性和弹性,允许材料产生一定的变形,因此不容易折断倒塌。

1973年,中国考古队在浙江河姆渡文化遗址中,发现了这种神奇的榫卯结构,据检测它们距今已经7000年了。实际上,榫卯结构并非中国古建筑最独到的发明,在德国的原始遗迹考古中,人们也发现了类似的榫卯结构,而且也是起源于7000年前。所以,中国或许并非榫卯结构的开山鼻祖。

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古建筑和核心科技——斗拱

不过值得注意的是,在战国时代,榫卯结构得到了进一步的开发,衍生出了斗拱结构,它才真正算得上是中国古建筑的精髓。不仅是因为在世界其他文明中没有发现过斗拱结构,而且也是因为它让中国古建筑更加实用和美观了。

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斗拱主要用于建筑物立柱、横梁以及屋顶三者的交汇处,主要作用也是增强房屋的稳定性。从战国到唐朝再到后来的明清,历代建筑大师都在强化斗拱的作用,但是日本人在模仿唐朝建筑时却丢掉了斗拱的灵魂,所以很多人会觉得日本古建筑看上去很别扭。

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实际上,斗拱的结构不仅用于修建房屋,在桥梁的构建上,它也起到了至关重要的作用。

1975年1月,一批429吨重的机械构件急需运往燕山石化公司,但是,由于这批货物实在太重,专家们都无法保证永定河上的几座新桥能够完成这个任务。

  1. 专家们说,看来这个任务只能交给那座古桥了,不用加固,它没问题。

要知道这可是800年前修建的古桥啊,它真的比当时新建的桥还要靠谱吗?

当这429吨设备开上桥以后,所有人捏了一把汗,因为桥拱正在下沉,最大下沉量达到了0.52毫米,眼看着这座古桥将和设备一起沉入河中。谁知20分钟后,设备安全通过,古桥安然无恙。原来拱桥之所以下沉,主要是因为桥梁的斗拱具有一定的韧性,尽管发生了微小的形变,却并没有因此坍塌。而这座神奇的古桥就是著名的卢沟桥。

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卢沟桥

古建筑的传承

今天再回过头来看,从这种“刚柔并济”的古典建筑中,我们还能够感受到道家的独特智慧。然而掌握了无数高科技的现代人,却再也难以复制出古代的这种建筑了,或许在古人的“科技”里,潜藏着某些现代物理和数学难以解答的奥秘。而我们只是从古建筑中学到了些许皮毛。

有时候,现代人不仅难以复制古典建筑,甚至还在破坏它们。在山西应县有座被吉尼斯世界纪录认证的世界最高木塔,它就是释迦塔,也被大家叫做应县木塔。它修建于1056年,与意大利比萨斜塔、巴黎埃菲尔铁塔并称为“世界三大奇塔”。

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应县木塔

这座古老的木塔历经近千年的风吹日晒和10余次大地震,依然屹立不倒。然而,在1926年的战乱中,却遭到了冯玉祥军队的炮火攻击,共中弹两百余发却没有倒塌。神奇的是:即使在战争年代,炮弹打在塔身上燃起大火也会在瞬间熄灭……(来源于新民晚报)

虽然如此,但是木塔的近况却不容乐观,据说,比萨斜塔仅歪了3.99度,而应县木塔的二层却倾斜了15度,触目惊心!

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如今,我们已经可以用机器源源不断地自动化生产榫卯零件,但是却再也无法建造出像应县木塔这样的建筑了。

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