淺議中國(guó)古建筑抗震結(jié)構(gòu)與組合布局特點(diǎn)

高穎心

摘要：中國(guó)古代建筑慣用木構(gòu)架作房屋的承重結(jié)構(gòu)。木構(gòu)梁柱系統(tǒng)約在西元前的春秋時(shí)期已初步完備并廣泛采用，到了漢代發(fā)展得更為成熟。木構(gòu)結(jié)構(gòu)大體可分為抬梁式、穿斗式、井干式，以抬梁式采用最為普遍。抬梁式結(jié)構(gòu)是沿房屋進(jìn)深在柱礎(chǔ)上立柱，柱上架梁，梁上重疊數(shù)層瓜柱和梁，再于最上層梁上立脊瓜柱，組成一組屋架。平行的兩組構(gòu)架之間用橫向的枋聯(lián)結(jié)于柱的上端，在各層梁頭與脊瓜柱上安置檁，以聯(lián)系構(gòu)架與承載屋面。檁間架椽子，構(gòu)成屋頂?shù)墓羌?。這樣，由兩組構(gòu)架可以構(gòu)成一間，一座房子可以是一間，也可以是多間。

關(guān)鍵詞：中國(guó)；古建筑；抗震

一、引言

中華民族不但自文明伊始就睿智地選擇了木材等有機(jī)材料作為結(jié)構(gòu)主材，而且發(fā)展形成了世界上歷史最悠久、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。作為對(duì)比，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”。而中國(guó)的傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)，具有框架結(jié)構(gòu)的種種優(yōu)越性，如“墻倒屋不塌”的功效，但其柔性的連接，又使得它具有相當(dāng)?shù)膹椥院鸵欢ǔ潭鹊淖晕一謴?fù)能力。這次汶川大地震中，許多文物建筑的墻體均不同程度地受損，但主體結(jié)構(gòu)仍未倒塌，就是這種柔性框架結(jié)構(gòu)抗震能力的表現(xiàn)。

二、我國(guó)古代建筑抗擊地震的關(guān)鍵

我國(guó)古代很少建造平面復(fù)雜的建筑，主要采用長(zhǎng)寬比小于2：1的矩形，規(guī)則的平面形態(tài)和結(jié)構(gòu)布局有利于抗震。傳統(tǒng)建筑往往是中間的一間最大，兩側(cè)的次間、梢間等依次縮小面寬，這樣的設(shè)計(jì)非常有利于抵抗地震的扭矩。

中國(guó)古代建筑一般由臺(tái)基、梁架、屋頂構(gòu)成，高等級(jí)的建筑在屋頂和梁柱之間還有一個(gè)斗栱層。中國(guó)古代建筑的臺(tái)基用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)語(yǔ)言描述，堪稱“整體浮筏式基礎(chǔ)”，好比是一艘大船載著建筑漂浮在地震形成的“驚濤駭浪”中，能夠有效地避免建筑的基礎(chǔ)被剪切破壞，減少地震波對(duì)上部建筑的沖擊。中國(guó)傳統(tǒng)建筑的梁架一般采用抬梁式構(gòu)造，在構(gòu)架的垂直方向上，形成下大上小的結(jié)構(gòu)形狀，實(shí)踐證明這種構(gòu)造方式具有較好的抗震性能。優(yōu)雅的大屋頂是中國(guó)古代傳統(tǒng)建筑最突出的形象特征之一，而且對(duì)提高建筑的抗震能力也做出過(guò)相當(dāng)?shù)呢暙I(xiàn)。形成大屋頂需要復(fù)雜結(jié)構(gòu)和大量構(gòu)件，大大增加了屋頂乃至整個(gè)構(gòu)架的整體性，龐大的屋頂以其自重壓在柱網(wǎng)上，也提高了構(gòu)架的穩(wěn)定性。

斗栱是中國(guó)古代建筑抗震的又一位重要戰(zhàn)士，在地震時(shí)它像汽車的減震器一樣起著變形消能的作用。歷史上，很多帶斗栱的建筑都能抵御強(qiáng)烈地震，比如山西大同的華嚴(yán)寺，在沒(méi)有斗栱的低等級(jí)附屬建筑被破壞殆盡的情況下，帶斗栱的主要殿堂仍能幸存，充分說(shuō)明了斗栱對(duì)抗震的貢獻(xiàn)。斗栱不但能起到“減震器”的作用，而且被各種水平構(gòu)件連接起來(lái)的斗栱群能夠形成一個(gè)整體性很強(qiáng)的“剛盤”，按照“能者多勞”的原則把地震力傳遞給有抗震能力的柱子，大大提高了整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性。

除了這些較顯著的手法外，中國(guó)古代傳統(tǒng)建筑中還使用了大量的其它技術(shù)措施，這些措施是古建筑抗震的關(guān)鍵。比如榫卯的使用：榫卯是極為精巧的發(fā)明，我們的祖先早在7000年前就開(kāi)始使用，這種不用釘子的構(gòu)件連接方式，使得中國(guó)傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)成為超越了當(dāng)代建筑排架、框架或者剛架的特殊柔性結(jié)構(gòu)體，不但可以承受較大的荷載，而且允許產(chǎn)生一定的變形，在地震荷載下通過(guò)變形吸收一定的地震能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。

又比如柱子的生起、側(cè)腳等技法，降低了建筑物的重心，并使整體結(jié)構(gòu)重心向內(nèi)傾斜，增強(qiáng)了整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；柱頂、柱腳分別與闌額、地袱以及其它的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接，使柱架層形成一個(gè)閉合的構(gòu)架系統(tǒng)，用現(xiàn)代術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，就是形成上、下圈梁，有效地制止了柱頭、柱腳的移動(dòng)，增強(qiáng)了建筑構(gòu)架的整體性。梁架系統(tǒng)通過(guò)闌額、由額、柱頭枋、蜀柱、攀間、搭牽、梁、檁、椽等諸多構(gòu)件強(qiáng)化了聯(lián)系，顯著增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性；柱子與柱礎(chǔ)的結(jié)合方式能顯著地減少柱底與柱礎(chǔ)頂面之間的摩擦，進(jìn)而有效地產(chǎn)生隔震作用。

在高大的樓閣中，都在暗層中設(shè)有斜撐，大大強(qiáng)化了構(gòu)架對(duì)水平?jīng)_擊波反復(fù)作用的抵抗能力；在外檐柱間設(shè)置較厚的墻體，起到現(xiàn)代建筑中“剪力墻”的作用，諸如此類，舉不勝舉。大到建筑群體的布局處理，小到構(gòu)件斷面的尺寸設(shè)計(jì)，處處都展示出古代工匠們?cè)诳拐鹪O(shè)計(jì)方面的知識(shí)和匠心。

三、中軸對(duì)稱、方正嚴(yán)整的群體組合與布局

中國(guó)古代建筑多以眾多的單體建筑組合而成為一組建筑群體，大到宮殿，小到宅院，莫不如此。它的布局形式有嚴(yán)格的方向性，常為南北向，只有少數(shù)建筑群因受地形地勢(shì)限制采取變通形式，也有由于宗教信仰或風(fēng)水思想的影響而變異方向的。方正嚴(yán)整的布局思想，主要是源于中國(guó)古代黃河中游的地理位置與儒學(xué)中正思想的影響。

中國(guó)古代建筑群的布置總要以一條主要的縱軸線為主，將主要建筑物布置在主軸線上，次要建筑物則布置在主要建筑物前的兩側(cè)，東西對(duì)峙，組成為一個(gè)方形或長(zhǎng)方形院落。這種院落布局既滿足了安全與向陽(yáng)防風(fēng)寒的生活需要，也符合中國(guó)古代社會(huì)宗法和禮教的制度。當(dāng)一組庭院不能滿足需要時(shí)，可在主要建筑前后延伸布置多進(jìn)院落，在主軸線兩側(cè)布置跨院（輔助軸線）。曲阜孔廟在主軸線上布置了十進(jìn)院落，又在主軸線兩側(cè)布置了多進(jìn)跨院。它在奎文閣前為一條軸線，奎文閣以后則為并列的三條軸線。至于壇廟、陵墓等禮制建筑布局，那就更加嚴(yán)整了。這種嚴(yán)整的布局并不呆板僵直，而是將多進(jìn)、多院落空間，布置成為變化的頗具個(gè)性的空間系列。像北京的四合院住宅，它的四進(jìn)院落各不相同。第一進(jìn)為橫長(zhǎng)倒座院，第二進(jìn)為長(zhǎng)方形三合院，第三進(jìn)為正方形四合院，第四進(jìn)為橫長(zhǎng)罩房院。四進(jìn)院落的平面各異，配以建筑物的不同立面，在院中蒔花植樹(shù)，置山石盆景，使空間環(huán)境清新活潑，寧?kù)o宜人。

四、獨(dú)特的單體造型

中國(guó)古代建筑的單體，大致可以分為屋基、屋身、屋頂三個(gè)部份。凡是重要建筑物都建在基座臺(tái)基之上，一般臺(tái)基為一層，大的殿堂如北京明清故宮太和殿，建在高大的三重臺(tái)基之上。單體建筑的平面形式多為長(zhǎng)方形、正方形、六角形、八角形、圓形。這些不同的平面形式，對(duì)構(gòu)成建筑物單體的立面形象起著重要作用。由于采用木構(gòu)架結(jié)構(gòu)，屋身的處理得以十分靈活，門窗柱墻往往依據(jù)用材與部位的不同而加以處置與裝飾，極大地豐富了屋身的形象。中國(guó)古代建筑的屋頂形式豐富多彩。早在漢代已有廡殿、歇山、懸山、囤頂、攢尖幾種基本形式，并有了重檐頂。以后又出現(xiàn)了勾連搭、單坡頂、十字坡頂、盂頂、拱券頂、穹窿頂?shù)仍S多形式。為了保護(hù)木構(gòu)架，屋頂往往采用較大的出檐。但出檐有礙采光，以及屋頂雨水下泄易沖毀臺(tái)基，因此后來(lái)采用反曲屋面或屋面舉拆、屋角起翹，于是屋頂和屋角顯得更為輕盈活潑。