墻倒屋不塌的秘密

不同于西方磚石建筑體系，中國古代建筑采用土木作為主要建筑材料，形成了獨一無二的木構架建筑體系。中國傳統(tǒng)木構架建筑的修建，先在臺基上立柱，在立柱上架橫梁，最后在橫梁上鋪設屋頂。屋頂重量由梁傳給柱子，再由柱子傳到地面。柱子之間的墻壁，無論是土、石或磚，都不承重。因此地震來襲時，即使墻倒了，只要柔性連接的木構架不發(fā)生斷裂，整個建筑就不會倒塌，體現(xiàn)出了以柔克剛的文化內涵?！皦Φ刮莶凰本褪敲耖g對木構架建筑優(yōu)越抗震性能的生動描述。那么，承擔房屋全部重量的木構架是如何構成并發(fā)揮抗震作用的呢？這就需要從古代建筑三段式結構的角度來分析。

北宋建筑工匠喻皓在其著作《木經》中記載：“凡屋有三分，自梁以上為上分;地以上為中分;階為下分?！敝袊糯ㄖ源笪蓓?、木構架、高臺基著稱于世，形成了“天覆地載，中流砥柱”的結構形式。

上分——天覆·大屋頂

“屋”字最初是指上蓋或者屋蓋的意思，后來發(fā)展為以它來代表整座房間，可見人們很早就對屋頂給予了充分的重視。除了保護墻體、增大建筑體量和標示等級外，屋頂在穩(wěn)固建筑、傳遞載荷、提高房屋抗震性方面，也起到了舉足輕重的作用。

屋頂由屋面和木梁架兩部分組成，木梁架由支撐屋面的椽子和平鋪在椽子上、用于承托瓦件的望板組成，屋面則包括瓦件和吻獸。木梁架裝好后，鋪上抹好灰泥的草席作為底層，之后鋪設屋面材料，整個屋頂就形成了。屋頂的體量在單座建筑中占很大比例，甚至可達到立面高度的一半。同時，屋頂重量還很重，整個建筑的絕大部分重量即在于此。又大又重的屋頂放置于屋身之上，看似對屋身造成了巨大的壓力，同時又增加了地震時的慣性，對整個木構架來說甚至是一種破壞力，但這種破壞力卻產生了兩方面的積極作用：靜止時，這種力使屋身原本相對松散的木構件之間的摩擦力和阻尼得到增加，彼此連接更加密合，木構架呈現(xiàn)出更加穩(wěn)定牢固的狀態(tài)，可謂“壓得穩(wěn)”;地震來襲時，厚重的大屋頂憑借自身的重量有效約束了屋身木構架的位移范圍和強度，使之具備抵抗一定由地震產生的側向載荷與側向變形的能力，房屋的整體性和穩(wěn)定性得以增強，可謂“鎮(zhèn)得住”。由此可見，大屋頂對于提高木構架建筑抗震性能的重要作用。

中分——中流砥柱·木構架

屋身為中分，是指建筑整個木構架部分，由柱、梁、檁、枋等構件組合而成，有多種不同組合形式。

最簡單的木構架結構由4根立柱支撐，柱上架梁，梁上搭檁，梁柱之間用枋連接，上一梁較下一梁短，層層相疊，逐漸縮短，最終形成由一根獨立短柱支撐檁條的結構，構成整體木構架。以清式木構架建筑為例，一座完整的建筑物由種類及數量眾多的木構件組成，它們之間彼此的結合方式有平行結合、垂直結合和成角結合，每個結合點就是一個節(jié)點，這些節(jié)點是木構架的重要關節(jié)，它們彼此連接，架構起整個體系。而一旦關節(jié)之間失去聯(lián)系，木構架便會散架，大廈也將傾覆。因此，處理好節(jié)點之間的連接，對于建筑物的安全和穩(wěn)固至關重要。根據以上3種構件結合方式，木構架建筑的主要節(jié)點有柱下節(jié)點、柱頭節(jié)點、柱身節(jié)點、梁檁節(jié)點。

柱下節(jié)點是指柱腳部位的各構件連接。柱頭節(jié)點由柱、梁、枋、檁和斗拱等構件組成，是木構架最主要、最關鍵的節(jié)點，各方向的荷載集中于此，并都經此節(jié)點傳到柱礎。柱身節(jié)點是柱與梁、枋等構件的榫結合點。在清代小式建筑和民居中，桁檁直接擱置在梁頭上，形成梁檁節(jié)點。以上各節(jié)點以榫卯形式連接，木構件之間通過彼此咬合的凹凸結構連接起來，使木構架既能承受載荷，又具有一定的變形空間。當地震來襲時，節(jié)點之間會通過自身的變形和滑移來吸收和消解部分地震能量，因此盡管木構架發(fā)生大幅度搖晃，但只要節(jié)點之間仍然保持連接，木構架就會出現(xiàn)“晃而不散、搖而不倒”的現(xiàn)象。當地震波消失后，整個木構架甚至能恢復原狀。因此，地震即使導致磚石結構的墻體倒塌，柔性連接的木構架仍能挺立不倒，這體現(xiàn)出木構架建筑剛柔并濟、以柔克剛的結構特點。

下分——地載·高臺基

作為建筑物的基礎，臺基是建筑物立面構成的三大組成要素之一，一方面為立面提供了堅實的基座，另一方面也減輕了龐大屋頂帶來的頭重腳輕的感覺，大大提高了建筑立面的穩(wěn)定性。

臺基是原始穴居發(fā)展為地面建筑之后出現(xiàn)的，人們?yōu)榱朔乐鼓举|建筑受潮，確保建筑地基穩(wěn)固，便將松土夯實，形成的方形土臺便成為建造房屋的基礎，這就是最初的臺基。臺基是從夯土地基發(fā)展起來的，目前最早的夯土地基實物出現(xiàn)于新石器時代晚期，周朝出現(xiàn)的高臺建筑是臺基發(fā)展的頂峰。自此，它的使用自統(tǒng)治階級擴大到民間，成為所有古代建筑物不可或缺的組成部分，并逐漸演變?yōu)榈燃壷贫鹊臉顺?。低等級建筑的臺基為單層，高等級建筑的臺基最多為3層。大約自南北朝起，依據使用功能的外形，臺基被分為普通臺基和須彌座臺基兩大類。須彌座，又名金剛座，是安放佛像或菩薩像的臺座。須彌座臺基由此演變而來，用于宮殿、壇廟等高等級建筑，以顯示宮殿主人至高無上的地位和權威。

臺基的平面尺寸大于木構架的柱網平面，為防止屋檐滴水到臺基上，又略小于屋頂的平面投影面積，推進去的部分被稱為“回水”。

除了建筑防潮保護之外，臺基對于房屋木構架所起的作用，在于對木柱的承托。建房要立柱，早期的柱腳埋在土里，后來逐漸上升到地面。柱腳下端放礎石，形成柱礎，柱柱皆有，無一例外。柱礎的作用，一是利用礎石將木柱與地坪隔離，防止柱根因受潮而糟朽破壞;二是高于地面礎石的斷面比木柱面積大，而臥于臺基中的礎下方石面積更是木柱直徑的兩倍左右，這便將柱子本身承受的縱向載荷通過面積逐漸增大的柱礎均勻地傳遞給臺基，完成建筑的傳力過程;三是無論小型建筑將木柱榫接入柱礎，還是大型建筑把木柱“平擺浮擱”在柱礎之上（所謂“平擺浮擱”即為沒有任何結構連接措施，只是把立柱放在柱礎之上），地震來襲時，木構架晃動致使木柱底端出現(xiàn)滑動或位移，柱子偏離柱礎中心，甚至滑落到臺基上，但整個木構架卻依然可以屹立不倒，達到了“滑移隔震”的效果。所謂“隔震”，就是在建筑基礎部位安放可運動裝置，地震發(fā)生時，通過裝置的運動來吸收和耗散地震能量，并錯開地震波的頻率，從而減輕地震對建筑的損害。在這里，“平擺浮擱”的立柱相當于可運動裝置，在地震作用下柱根在柱礎上往復滑動，消減了地震能量，產生了“滑移隔震”的效果，有效保護了木構架。綜觀中外，中國是世界上最早將隔震理念應用于建筑的國家。

中國傳統(tǒng)木構架建筑以木柱承重，土墻僅僅起到分隔房間的作用，不參與承重。木構架依靠榫卯連接，彼此之間有一定間隙，構成了一個富有彈性的框架。地震時，這種結構依靠變形來耗散一部分能量，因此抗震能力強。這正是中國古代建筑在地震中“土崩木未解，墻倒屋不塌”的原因所在。