人类在不断的繁衍中,学会了应对各种灾害的能力。面对自然灾害,人类虽不能完全阻止它的发生,但是也建立了一套完整的应对措施。地震,这一极具破坏性的自然灾害,常常打的我们措手不及。
在现代,人们为了防止地震灾害做了不少努力,但是以我们现在的技术水平,只能做到在地震波到达的前几秒时进行预警。与我们隔海相望的日本,经常遭受地震灾害,所以日本的对地震灾害的应对措施也是全世界最为先进的。
但就算如此,日本每年仍旧有成百上千的人死于地震灾害。然而在现在科技都束手无策的今天,在我国古代却有这么一个地方,它有着一种独特的技术,能抗住10级地震。这个地方就是故宫。
为什么说故宫可以抗震?这其中运用了怎样的技术?为什么不能用于现代建筑抗震?故宫扛得住10级地震,传承了7000年的黑科技,为何今天的科技无法复制?
抗震的故宫
1976年7月28日,一场唐山大地震将还在睡梦中的人们打了个措手不及。而距离震中只有150公里的故宫却毫发无损。自故宫建成以来,在600多年的时间里,经历了大大小小两百多次地震。而故宫却在一次次的地震中巍然不动。
不过在我们目前的资料中,尚未有10级地震的记录,那故宫可以抗住10级地震的说法从何而来呢?这不得不说到一场模拟抗震实验。
当时,一名外国木工以1:5的比例复原故宫的建筑,并利用机器进行模拟地震测试。在最开始的4.5级地震测试中,模型摇晃得很厉害。但在后续不断地抬高震级的过程中,模型除了摇晃,一点要倒塌的迹象都没有。直至震级调到10级,模型也不过是发生了轻微的位移。
技术玄机
面对10级地震依然屹立不倒,连许多现代建筑都做不到,故宫的建筑又是怎么做到的呢?这就要提到我国古代的一项伟大的技术成就——榫卯结构。榫卯,是我国古代传统建筑和家具的主要结构方式,是中式传统建筑的灵魂。
它是利用两个部件的凹凸部分进行连接的方式。凸出部分叫榫,凹进部分叫卯。它最大的特点就是不用钉子就能将两个构件牢牢嵌套在一起。
而榫卯不仅仅只是将凹凸的两个部件结合起来那么简单,它的结合类型多达几十种,而故宫所用到的榫卯结构也有十几种,包括箍头榫、馒头榫、半榫、透榫等。
可为什么榫卯结构就能抗住地震的晃动呢?榫卯结构在将部件结合在一起时,构件之间互相留有一定的空隙。而这样的空隙可以在建筑晃动时留有一地的晃动空间,这样就不会使建筑因为材料之间的相互摩擦而拦腰斩断。
这就类似于太极中以柔克刚的打法。以柔软缓慢的力道,将外来的强力慢慢卸掉,从而减轻外力的冲击。榫卯结构可以很好地将地震的冲击力削弱,从而使建筑屹立不倒。
除此之外,榫卯结构的抗压能力也很强。有人在榫卯结构的建筑上做实验,发现其可以承受上百吨的重量。在故宫如此大体量的建筑上,其榫卯结构的承重能力更上一层楼。
除了榫卯结构,另外一种建筑结构也起了很大的作用,那就是斗拱。这也是中国古建筑的特有结构,供是在立柱顶、额枋和檐檩间或构架间,探出的一层弓形承重结构,拱与拱之间垫的方形木头叫斗,并称为斗拱。
斗拱是大型建筑柱子与屋顶的过渡结构,它主要承受着上方延伸出去的屋檐,将重力集中到下方的柱子上。这样做的好处,是使得看起来头重脚轻的建筑可以很好地稳定。虽然建筑上方看起来很重,但是斗拱结构将上方的力都集中到下方的柱子上,建筑在遭遇地震时就不会因为上方复杂的结构而倒塌。
并且斗拱结构的多种部件在地震时相互摩擦,相当于一个减震器,能很好地将地震带来的力分散出去。这柱子的摆放也是有讲究的。在安放承重的柱子时,并不是简单地挖洞将柱子放进去。
在做地基时,放柱子的地方都会适当拓宽,预留一部分多余的空间。这样柱子在地震中就有一定的活动空间,从而避免了折断。
无法复制的黑科技
为什么这样好用的技术在如今的抗震技术中没有广泛地运用呢?首先是技术传承的问题。中国的建筑结构不单单只有榫卯和斗拱,还有其他许许多多的建筑结构,这些设计精妙的建筑结构来源已久,其历史可以追溯到春秋战国时期。
由于历史的传承的问题,导致许多的技术并没有流传下来,在时间的洪流中失传了。除了失传的技术,榫卯和斗拱技术的建造是极为复杂的,在古代想要建造这样的建筑需要耗费许多的人力,哪怕是在技术发达的现代,造价成本也极高的。
虽然现在有简化的斗拱和榫卯结构,但是这种简化的结构并不能承受住大地震的冲击,其简化的主要目的是为了方便和节省成本。
并且,虽然有故宫这样的抗震建筑,但并不能代表所有使用榫卯和斗拱结构的建筑都是抗震的。故宫是不可复制的奇迹,不是每一代人都可以造出故宫。榫卯和斗拱结构能否真正运用到抗震技术中,还需要我们进一步探索。
任重道远
世界上,每年都有成百上千的人因为地震灾害死去。抗震这一技术难点也一直是科学家们想要攻克的。我们可以借鉴古人的智慧,从中吸取一些优秀的经验,并运用到现代建筑当中去。
我们也要拓宽思维,新时代的抗震技术,还需要新时代的建筑师来不断创造。相信在未来的某一天,我们一定会探索出坚实耐用抗震的建筑来。