本站原创我国古代建筑结构的防震抗震性能,在房屋、亭台楼阁、桥梁等等的建造过程中,积累了丰富的经验,本文试图从多方面来探究我国古代的建筑结构的防震抗震方面的研究.
我国有着五千年的文明史,建筑物作为文明的一种载体,在数千来以来,它的防震与抗震方面是如何设计的,譬如在工程选址、地基处理方面的,也有结构抗震及建筑选材和施工工艺方面的.有相当一批古建筑虽然经受了数百年及至千余年的风雨袭击和地震劫难,但至今仍岿然挺立,甚至完好如初,实可谓中国及至世界建筑史上建筑结构抗震的奇迹.这些建筑结构既具有极其珍贵的历史价值和科学价值,又具有极其珍贵的观赏价值.
一、我国优秀的古代建筑物的抗震性能分析
(一)河北蓟县独乐寺观音阁
建于公元741―755年唐朝天宝年间,重建于公元984年辽统和二年,距今有1020余年.观音阁先后经历了28次地震的袭击,特别是公元1057年固安6级地震、1624年滦县6级地震、1679年三河―平谷8级地震和1976年唐山7.8级地震,距蓟县均可以说近在咫只,但该阁却安然无恙、纹丝不动.其建筑整体的抗震性能之强,使世界建筑界惊叹,是中外建筑结构抗震史的奇迹.
该寺主体建筑的观音阁为高23米的双层建筑,阁体木构架,框架节点以斗拱相连,连接处皆以木齿相咬合,结构极为精巧.我国建筑学家梁思成先生曾对观音阁的五架梁作过动,静荷载及挠曲、剪切等应力计算后发现,该阁的梁架结构用料非常得当,如同经过精心计算.由于观音阁的用材、结构合理,特别是上层梁架和屋顶较轻,柱网布设整体合理匀称,铆榫结合严密而不死,地基匀称、坚实,所以虽经历了多次强烈风暴和地震袭击与数次战乱的洗劫,但仍巍然屹立.
(二)山西应县木塔
该塔始建于公元1056年辽青宁二年,距今已有950余年.塔高67.3米,基底直经30米,平面呈八角形,外看为五层,在各层之间均有一个暗层,实为九层.该地区地下水水位较浅,所以塔基为桩基础,其上砌高出地面1.5米左右的方形石块后,再砌高2.5米左右的八角形石基,因此塔基至今仍坚实稳实.该塔整体为木结构,层间的暗层是由木立柱与枋斗拱逐级而上的多层木框架、木圈梁迭加而成.全塔的斗拱有54种,构架所有节点均为具有消能功能和铆榫结合；塔的暗层加强了塔身整体性,其设计极为科学、严密,结构、构造精细,是中国古建筑中木塔的极佳代表,被誉为世界木塔之冠.建塔至今已950余年,经历了无数次暴风骤雨和7次大地震的袭击与考验,战乱之年曾被200余发炮弹击中,但古塔整体结构未受到重创,至今仍屹然挺立,安然无恙.
该塔之所以抗震性能如此强,其原因在于：
（1）塔身采用了多层木框架结构,结构整体性能强；
（2）木材是柔性建筑材料,所以结构整体柔性很强,受力后易于恢复原状；
（3）构架与结构各节点,均采用消能作用极强的铆榫结合；
（4）规整的四个暗层增加了塔的整体稳定性,每组斗拱恰似一道弹性节点,可起到很好作用.
应县木塔的结构,充分反映出我国古代工匠师们在结构组合、作用力平衡及结构抗震等方面的聪明才智和积累的宝贵经验.
(三)“四裂三合”的西安小雁塔：
该塔具有典型唐代风格的方形密檐式砖塔,始建于公元706―710年唐中宗景龙年间,距今已近1300年.“塔基周一顷十五亩,浮图十五级,高三百余丈”（《长安县志》）,塔座、塔底、塔身特别厚重、高大,在第六层以上塔身急剧收缩,整体给人以古朴、雄浑、挺拨秀丽之感,是我国古砖塔之杰作.
小雁塔自建成以来经受了70余次地震袭击,其中最为严重的四次是：①公元1487年临潼6级（8°）地震,造成小雁塔沿南北两测各层的门窗洞口由塔顶到底屋裂开一尺多宽的裂缝,将塔一分为二；②公元1521年西安4级（6°）地震,该塔竟在一夜之间将一尺多宽的裂缝自己弥合如故,其外观完好如初；③公元1556年华县8级（11°）大地震时,距震中区80余公里外的小雁塔同样也是在一夜之间又沿前次塔身裂缝处再次裂开.其后又在余震作用下奇迹般地复合、再裂开、又复合,反复两次.④在1920年海原8.5级大地震中,西安是地震破坏区,“城楼、墙垣、民房间有摇塌者”.在这次地震中,小雁塔也未能幸免,又第四次裂开.
截止1965年国家拨专款维修、并用钢筋加固后,才结束了小雁塔反复裂、合的历史.
小雁塔在近1300年的岁月中,经受了70余次地震的摧残,不仅塔身严重开裂,塔顶也残遭塌落,使原15层、高46米的塔身,现仅有13层43米高,在南、北两侧各层的同一竖向位置,均设有门窗洞,从塔身结构整体来说,这是结构强度最薄弱的部位,地震时在塔身整体受力情况下,是首先造成破坏的部位,因此塔身自上而下首先开裂.但该砖砌体塔身施工精细,塔基既宽厚又紧固,塔身虽裂为两半,但仍坚固,而且其重心始终保持稳定并倾向塔心,因此才得以裂而不倒；当再遭遇水平地震力较低、而且既能使塔身产生一定位移又不至于将塔身的地震强度时,塔身便自动合拢,因此又增强了塔身整体抗御水平地震力的强度；当再遇水平地震力较大的地震时,塔身又沿原裂缝再度开裂.这就是小雁塔建塔1300年来如此神秘、巧合地“四裂三合”的根本原因所在.
二、中国古建筑结构抗震性能好的根本原因
(一)纵观中国古建筑结构抗震性能好的根本原因,可归纳为
①结构整体平面形态规则、对称、或近圆筒形,使结构各部位、各节点受力相对均衡,不易产生局部应力集中而造成破坏的主要原因之一；②建筑结构地基基础处理得当,一般既宽厚又坚固,因此不易产生因局部地基失稳而引起建筑结构破坏；③建筑主体结构骨架坚固,布局匀称合理,节点多以联结性能强、消能性好的铆榫联结,所以结构整体性强、承载力高、抗震性能好；
④建筑选材及用材合理恰当,工艺精细,是结构抗震性能好的又一主要因素.
（作者单位：太原理工大学研究生院；大同煤炭职业技术学院）