隋唐 · 安得廣廈千萬間

[摘要]""" 隋唐時(shí)期的史載地震主要在關(guān)中地區(qū)，顯現(xiàn)了秦嶺南側(cè)存在一條北西向的石泉—房縣活動(dòng)斷裂帶。地震活動(dòng)和房屋抗震一直是社會關(guān)注的大事，以薊縣獨(dú)樂寺為典型代表，重點(diǎn)介紹了唐代木結(jié)構(gòu)建筑的抗震技術(shù)：地基堅(jiān)固和均勻、木結(jié)構(gòu)的隔震機(jī)制、筒體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)抗震性能、斗拱構(gòu)件的阻尼系統(tǒng)，都對后世的技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生了深刻影響。在現(xiàn)代建筑方面，介紹了地震區(qū)劃的基本原則，分析了農(nóng)村藏式民居的弱點(diǎn)和改進(jìn)措施，討論了城市建筑的3種抗震結(jié)構(gòu)及今后的發(fā)展方向。

[關(guān)鍵詞] 抗震建筑；唐代木結(jié)構(gòu)建筑; 地震區(qū)劃; 農(nóng)村的藏式民居; 城市的3種抗震結(jié)構(gòu)

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2024-047

0" 引言

唐朝開元二十二年（公元734年）天水的麥積山發(fā)生7.5級地震，石窟中部在地崩山摧中崩塌，被整體分割成東西兩部，史載“壞廬舍殆盡，壓死四千余人，陵遷為谷”。唐玄宗只得派人員赴災(zāi)區(qū)祭奠山川，賑濟(jì)事宜持續(xù)了兩三年……

杜甫（712—770）（圖1）于759年造訪了麥積山，面對震后房倒屋塌的蕭瑟景象，他唏噓落筆話凄涼：

野寺殘僧少，山園細(xì)路高。

麝香眠石竹，鸚鵡啄金桃。

亂水通人過，懸崖置屋牢。

上方重閣晚，百里見纖毫。

杜甫760年回到成都后，自己竟也同樣地處于屋破風(fēng)寒的困境，滿腔悲愴的怒火終于大爆發(fā)：

安得廣廈千萬間，

大庇天下寒士俱歡顏！

風(fēng)雨不動(dòng)安如山。

寥寥幾句，痛徹心扉地傾述了世事的艱辛和生活的期望。

看來，天災(zāi)和廣廈即便在唐朝也是兩件不可漠視的大事，我們需要坐下來好好談一談。

1" 隋唐地震活動(dòng)

南北朝的混亂過后，歷史地震的記載量逐漸增多，不過仍以關(guān)中地區(qū)為主。

安史之亂（755—763）前的地震多在河西走廊一帶，特別是734年天水麥積山和756年張掖高臺的兩次7級地震[1-2]，震中烈度分別為Ⅹ度和Ⅸ度，石窟破壞明顯。

763年后，唐朝走入下坡。人口從4810萬陡降至1690萬，又與吐蕃持續(xù)了百余年的戰(zhàn)爭，845年的甘露之變由宦官當(dāng)政后，社會更糟糕（圖2）。此期間最嚴(yán)重的地震有兩次： 849年的包頭7級地震和788年的安康—竹山6.5級地震，后者距長安僅100 km左右，是南秦嶺地區(qū)自公元前143年5級地震以來的最大事件。

這次地震的兩個(gè)特點(diǎn)值得注意：

其一，788年地震的活動(dòng)期較長。

有感地震在671年已經(jīng)出現(xiàn)，從736年后逐漸增強(qiáng)到788年，余震從當(dāng)年的2月持續(xù)到10月，直到860年左右才慢慢平靜下來。這期間，還在北秦嶺的華縣—永濟(jì)地區(qū)發(fā)生793年的6級地震，也引起了“京師關(guān)輔有聲如雷，環(huán)城壁廬舍，地裂水涌”（《舊唐書·本紀(jì)》）。

構(gòu)造背景上，北西走向的石泉—安康—房縣斷裂是它的發(fā)震構(gòu)造（圖3）[3-4]。明清時(shí)代的1569年安康、1632年竹溪、1742年房縣，甚至1868年和1959年的5級地震都發(fā)生在這個(gè)構(gòu)造帶上。這條斷裂位于湖北武當(dāng)山和四川大巴山之間，東南端終止于神農(nóng)架，西北端與北秦嶺東西走向的地震帶呈“八字開岔式”相連（圖4）。由于關(guān)中地區(qū)處于華北地塊、華南地塊和青藏東北緣接壤部位，外圍的大型活動(dòng)斷層交匯于此，多種走向、多種類型的活動(dòng)系列并存，故而地質(zhì)構(gòu)造十分破碎和復(fù)雜，是個(gè)大震很少、小震不停的地方。

其二，社會觀念開始變化。

788年的地震發(fā)生在大年初一，德宗正陶醉在百官朝賀之際，未料大災(zāi)降臨，江溢山裂，廬舍多壞，居人露處（《新唐書》），雖然他也因循下罪己詔、搞大赦、用賢良、放賑濟(jì)等等。畢竟，唐朝的社會觀念已經(jīng)不同于魏晉，在佛教盛行之下，早自唐高宗就已經(jīng)從新的角度來為650年地震自責(zé)了：朕政教不明，使晉州之地，屢有震動(dòng)（《舊唐書·五行志》）。627年的益州（今成都）地震、636年山西蒲州地震、699年洛陽地震都發(fā)生在做法事、念佛經(jīng)之際，據(jù)說都是“如來降跡”（《大方廣佛華嚴(yán)經(jīng)感應(yīng)傳》）……

總之，自從如來佛來到東土大唐，地震究竟是什么，越來越說不清楚了。

2" 唐代木結(jié)構(gòu)建筑

2.1" 獨(dú)樂寺

645年玄奘從西天取經(jīng)回來以后，佛教發(fā)達(dá)，建于652年慈恩寺的大雁塔、707年薦福寺的小雁塔，重修于782年的五臺山南禪寺和佛光寺已經(jīng)香火不斷了，傳承唐朝遺風(fēng)的后世木結(jié)構(gòu)建筑遍及全國。

其中，河北薊縣的獨(dú)樂寺最具代表性（圖5）。

獨(dú)樂寺在建筑領(lǐng)域的崇高地位不是其他建筑能望其項(xiàng)背的[5] ：它是我國現(xiàn)存的最早木結(jié)構(gòu)高層樓閣式建筑，是最早的廡（wǔ）殿頂（屋頂?shù)男逼鲁仕拿鏍睿鴵碜畲蟮钠兴_塑像之一。而且，它的歷史最早可以追溯至唐朝貞觀十年（公元636年），毀后，重建于遼984年，梁架和墻一直沒有更動(dòng)過。高23 m的觀音閣外觀兩層、內(nèi)部三層，匾額 “觀音之閣” 4個(gè)大字是李白52歲北游幽州時(shí)所寫，山門匾額 “獨(dú)樂寺” 出自明代嚴(yán)嵩的手筆，書法上都很具特色。

1931年“九一八”事變爆發(fā)，華北處于日軍侵占之際，梁思成（1901—1972）等人不顧個(gè)人安危，率先對獨(dú)樂寺進(jìn)行了實(shí)地測量研究，撰寫了數(shù)十萬字的詳盡報(bào)告《薊縣獨(dú)樂寺觀音閣山門考》，開創(chuàng)了中國古代建筑研究的先河，成為中國建筑學(xué)術(shù)史上的一個(gè)里程碑。

木結(jié)構(gòu)建筑容易燃燒和腐朽，木材的變形和垮塌更會降低它的穩(wěn)定性。但是獨(dú)樂寺的表現(xiàn)卻令地震學(xué)和建筑學(xué)界詫異（圖6），抗震能力之強(qiáng)超乎了專業(yè)的想象力[5]：

●1057年寶坻發(fā)生7.5級大震[6]，大壞城郭，覆死者數(shù)萬人（《續(xù)資治通鑒長編》），Ⅷ區(qū)的北京憫忠寺被毀，而Ⅸ區(qū)里的獨(dú)樂寺屹立未倒，次年做的大修。

●1679年三河—平谷8級大震[7]，Ⅸ度區(qū)的薊縣城內(nèi)官廨民舍無一幸存，獨(dú)閣不圮 （pǐ）（《居易錄》）。直到1730年北京圓明園6.5級地震后，才于1753年對它做了一次修繕。

●1976年唐山7.8級大震[8]，獨(dú)樂寺處Ⅶ度區(qū)，除墻皮部分脫落外，未見梁架歪閃。

在中國現(xiàn)存的千年抑或數(shù)百年的古建筑里，能經(jīng)歷過3次如此高強(qiáng)度的地震沖擊而巍然屹立的，唯獨(dú)樂寺的觀音閣一件，非同尋常。

研究它的文章已然汗牛充棟，珍貴的學(xué)術(shù)價(jià)值深深影響了后世。梁思成先生的調(diào)查報(bào)告和幾篇基礎(chǔ)性的科學(xué)論文[5， 9-12]，如果視而不讀、瞎發(fā)議論，恐怕是不行的。

起碼，它的幾項(xiàng)獨(dú)到之處需要銘記在心：

（1）地基處理技術(shù)。

探測證實(shí)，獨(dú)樂寺在唐遼時(shí)期的地坪是在今日的2 m多深處，即觀音閣的最初建設(shè)是立在高聳的臺基上[11]，地基的總厚度可能已經(jīng)達(dá)到5 m左右（圖7左圖），故而多次地震后的地基沒有發(fā)生過哪怕是局部的沉陷。

日本學(xué)者指出[13]，中國人在隋唐朝之際發(fā)明了一種優(yōu)秀的減震地基：將砂層和粘土層交互疊壓、交替組合而成。粘土層的承載力很大，砂層在水平方向易于流動(dòng)，這種交替組合的地基非常勻稱，可以阻撓地震剪切力的上傳。技術(shù)傳到日本后被稱作“版筑構(gòu)法”，認(rèn)為是現(xiàn)代減震隔震技術(shù)的思想原型。對于國內(nèi)學(xué)界常說的“獨(dú)樂寺地基堅(jiān)實(shí)而勻稱”，是否屬于這種類型，有待勘探證實(shí)。

（2）木結(jié)構(gòu)存在隔震機(jī)制。

中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的柱子是簡單地置于礎(chǔ)石上的，二者間并沒有固定的連接措施（圖7和圖8）。這樣做法的初衷，說不清，但在地震中卻有著意想不到的隔震效果[10]：柱子很容易通過在礎(chǔ)石面上的滑移錯(cuò)位而消耗地震能量，使得上部建筑體免遭破壞，與現(xiàn)代科學(xué)的“隔震”原則毫無區(qū)別！

我們在地震現(xiàn)場的工作中也注意到：1976年唐山地震時(shí)，故宮交泰殿的內(nèi)柱就滑移2 cm；2008年汶川地震時(shí)，映秀鎮(zhèn)某倉庫和都江堰二王廟的柱子也在礎(chǔ)石面上出現(xiàn)了cm級的相對滑移，客觀上都良好地保護(hù)了建筑物的整體安全。

再者，獨(dú)樂寺木柱與墻體的功能是完全獨(dú)立的?房柱只承重不圍護(hù)、墻體只圍護(hù)不承重，中上層的墻體由非常輕軟的荊芭抹泥而成。其效果真如諺語所說：

魯班蓋房，墻倒屋不塌，地動(dòng)房不搖。

（3）常言：抗震不抗震，關(guān)鍵看結(jié)構(gòu)。

獨(dú)樂寺與唐朝在長安修建的大雁塔（652年，高64 m）、小雁塔（707年，高43 m）以及遼代的應(yīng)縣木塔（1056年，高67 m）均為筒體結(jié)構(gòu)（silo construction）。建筑物的中心是置放佛像的空芯筒體，內(nèi)部設(shè)有木構(gòu)式樓層（圖9），外圍是雙層或多層套筒的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，都抵御了多次地震的襲擊。

原因在于地震波的震動(dòng)是存在方向性的，筒狀結(jié)構(gòu)能避免各方向應(yīng)力的局部集中、抗御地震水平推力和扭曲應(yīng)力的沖擊，即便有垂直顛簸也不易受損。古代劇院和運(yùn)動(dòng)場等許多大型建筑也多采取筒體或“面包圈”式的結(jié)構(gòu)，福建一帶的土樓也屬這類抗震結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)代科技說明[10]，筒體結(jié)構(gòu)的空間整體剛度大，抗震能力很強(qiáng)，中心筒體可以用來布設(shè)電梯間、樓梯間和管道間，遂構(gòu)成了一個(gè)核心筒體，能夠充分發(fā)揮出空間結(jié)構(gòu)的整體作用。它是高層建筑中最具發(fā)展前途的一種結(jié)構(gòu)類型，世界各地已大量采用。在鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生之前，中國的唐朝已經(jīng)能夠用短木料建造起這樣高大抗震的建筑，不能不令人折服。

（4）斗拱構(gòu)件中的阻尼系統(tǒng)。

連接構(gòu)件的斗拱構(gòu)成了一種巨大的耗能系統(tǒng)，是避震的一個(gè)重要設(shè)計(jì)。柱頭上的斗拱作為梁柱的節(jié)點(diǎn)，不但容納著梁頭，還經(jīng)榫卯關(guān)系把梁柱所受的作用力化整為零，變成由數(shù)百個(gè)小構(gòu)件來傳遞重量（圖10）。特別是，所有木構(gòu)件的榫卯結(jié)合件，嚴(yán)實(shí)但不固死，有伸縮余地。

在地震的水平往復(fù)振動(dòng)時(shí)，存在斗底與拱端的滑移，全結(jié)構(gòu)便處于一種韌性狀態(tài)，建筑物會隨地震波而擺動(dòng)（擺幅甚至可達(dá)到15°），從而吸收了絕大部分地震能量，使得整個(gè)古建筑不至于傾倒。它類似于現(xiàn)代建筑中所采用的阻尼耗能系統(tǒng)。

簡而言之，獨(dú)樂寺和應(yīng)縣木塔等作為我國古代高層樓閣式建筑的杰作和精品，所蘊(yùn)含的減震抗震設(shè)計(jì)思想和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，都是寶貴的遺產(chǎn)。

2.2" 推廣

隋唐時(shí)代在建筑上積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為宋朝李誡編著《營造法式》奠定了基礎(chǔ)?中國古建筑的技術(shù)規(guī)范。其后，各地涌現(xiàn)了許多抗震的優(yōu)秀建筑[12]，既適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境和民俗，又有獨(dú)特的發(fā)展（圖11）。

這個(gè)時(shí)期的中日文化交流相當(dāng)緊密，特別是鑒真和尚（688—763）于754年東渡日本，帶去了中國建筑、塑像、壁畫、醫(yī)藥等方面的成果，為日本文化高潮的形成增添了異彩。多地震的日本積極地引入了先進(jìn)建筑經(jīng)驗(yàn)和工藝，發(fā)展起自己的設(shè)計(jì)。他們至今還保留著30多座隋唐時(shí)代的古代木結(jié)構(gòu)建筑，遠(yuǎn)比我們的要多。

值得一提的是，奈良法隆寺內(nèi)的五重塔和唐招提寺。

五重塔建于鑒真東渡之前的公元607年，高32.45 m，是日本現(xiàn)存最古老的唐代木結(jié)構(gòu)佛教建筑之一。中心有一個(gè)通心柱直插地下（圖12），側(cè)柱簡單地置于礎(chǔ)石上以保持滑移的功能，各層側(cè)柱的位置也是逐漸內(nèi)收的，和獨(dú)樂寺、應(yīng)縣木塔的處理一樣。構(gòu)件的結(jié)合是利用嵌入方式進(jìn)行連接，即把一構(gòu)件上的榫頭嵌入另一構(gòu)件的凹鑿處，地震時(shí)通過構(gòu)件的歪扭和緩緩搖晃來耗能，實(shí)現(xiàn)整體的柔性抗震；地震時(shí)，塔各層的傾斜方向相互交錯(cuò)，下層向左，上層向右，再上層又是向左……以交錯(cuò)搖晃來維系平衡。通心柱縱貫五重塔內(nèi)部，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)像插在地上的一把傘，即使某一層的構(gòu)筑體要飛出去，通心柱會把它拽住，通心柱也會像鐘擺一樣搖動(dòng)，起著抵消震力的作用。

1995年的大阪—神戶MS7.3地震，5520人喪生（根據(jù)ISC，Engdahl，NOAA），大量鋼筋混凝土建筑和高架橋倒塌。五重塔和唐招提寺就位于震中區(qū)但沒有損壞，維修后仍然保持完好。

3" 現(xiàn)代建筑

3.1" 地震區(qū)劃

研究表明，建筑物的受損程度與兩個(gè)基本參數(shù)有關(guān)?地面震動(dòng)的水平加速度、地面震動(dòng)的頻段范圍。當(dāng)然，也與建筑物本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因?yàn)樗鼈兊淖哉裰芷诓煌瑢Φ孛嬲饎?dòng)的響應(yīng)是有區(qū)別的：在外部條件完全相同的情況下，高樓懼怕低頻長周期的搖晃；平房遭受破壞的主要因素是高頻震動(dòng)。

圖13是一個(gè)典型的地面震動(dòng)反應(yīng)譜，呈倒梯形分布：中段的平臺部分是峰值加速度值，記成PGA（peak ground acceleration）；長周期部分屬于尾段，地面加速度迅速變小，人員的感覺是眩暈狀；高頻部分是前段，平房和一二層小樓遭沖擊最大。在各區(qū)地質(zhì)構(gòu)造不同的情況下，一條反應(yīng)譜的曲線當(dāng)然不能適用于全國。

為此，需要編制全國的地震危險(xiǎn)性區(qū)劃圖，指導(dǎo)各地的建筑抗震設(shè)計(jì)。

我國最新的區(qū)劃圖是2015年編制的[14]：根據(jù)歷史地震資料和地質(zhì)構(gòu)造信息，編制了兩張參數(shù)分布圖（圖14）：一幅是特征周期Tg（圖13中反應(yīng)譜右側(cè)開始下降的拐點(diǎn)G的周期）；另一幅是峰值加速度PGA。國際上還有更細(xì)致的做法：對一系列的反應(yīng)周期，編制一系列的全國峰值加速度、峰值速度的分布圖集。

各地區(qū)的建筑工作，就要按照所在地區(qū)的Tg和PGA值、建筑設(shè)計(jì)規(guī)范完成實(shí)施。這樣的建筑物才是合規(guī)、抗震、安全的。

3.2" 農(nóng)村?藏式民居

3.2.1" 兩個(gè)基本情況

問題來了：國家發(fā)布了地震區(qū)劃和建筑規(guī)范，管得了城市管得了農(nóng)村嗎？

管不了。

我國目前絕大多數(shù)農(nóng)村的房屋都是自建自用的，建設(shè)尚處于小農(nóng)經(jīng)濟(jì)階段，初步脫貧的農(nóng)村幾乎考慮不到什么抗震的問題，既無法與國家抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)對接，也還沒有建立起像新西蘭和日本那樣的完善的地震保險(xiǎn)制度。

所以，沒災(zāi)沒人管、有災(zāi)臨時(shí)管，管也不追責(zé)。

于是，受災(zāi)返貧就免不了，尤以西部（特別是青藏地區(qū)）的民居問題最突出。據(jù)悉，國家在2011年以后已經(jīng)在新疆累計(jì)建成267萬套抗震安居房，在2024年烏什7.1級地震中發(fā)揮了有效作用。今后如何推廣到整個(gè)西部地區(qū)，還不清楚。

有兩個(gè)情況值得關(guān)注：

一是西部的地震形勢，愈發(fā)緊迫。

自2001年以來，青藏高原及鄰區(qū)的地震活動(dòng)已經(jīng)明顯加劇。截止2023年的統(tǒng)計(jì)，我國大陸地區(qū)7～8級大地震全部發(fā)生在西部，而不是在中東部地區(qū)。具體來講：新疆2次，其余的6次都在青藏高原的巴顏喀拉地塊四周?2001年昆侖西山口和2008年汶川的8級地震，以及2010年玉樹、2013年蘆山、2017年九寨溝、2021年瑪多的7級以上地震。與此同時(shí)，還有近50次的6級地震也基本發(fā)生在這些地區(qū)。如果說， 嚴(yán)峻形勢已經(jīng)高于20世紀(jì)六七十年代的中部、東部地區(qū)，并非言過其實(shí)。按該地區(qū)的地震活躍期大約350年來估算，在可預(yù)見的50年內(nèi)，再發(fā)生三四次的8級地震、十余次的7級地震是不會令人吃驚的。

問題是：準(zhǔn)備好了嗎？

僅靠應(yīng)急救援能應(yīng)對這樣廣袤又貧弱的地域嗎？

二是以藏式民居為主要形式的房屋抗震水平很低、受損程度嚴(yán)重，遠(yuǎn)超出預(yù)想。

不只一份的現(xiàn)場調(diào)查報(bào)告擺在面前[15-18]，在地震烈度為Ⅵ度時(shí)， 我國中部、東部地區(qū)的絕大多數(shù)建筑都屬于“無需設(shè)防”的水平，約95% 的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)都是“基本完好的”，人員跑不跑到戶外關(guān)系不大。但對西部地區(qū)不然，在這樣一個(gè)非緊要、非嚴(yán)重的Ⅵ度震動(dòng)水平下，藏式民居能保持基本完好的竟然只占64%，即是說接近一半的房屋已經(jīng)遭到了損毀，這是很難讓人理解的。

而在地震烈度為Ⅷ度的強(qiáng)烈震動(dòng)區(qū)域里，一般的鋼混結(jié)構(gòu)完全可以有一半以上的保持基本完好，但藏式民居中的98% 都要倒塌毀掉（圖15）。一些地震現(xiàn)場的情況只會更嚴(yán)重，不會更樂觀。

應(yīng)該指出一點(diǎn)：對青藏高原地區(qū)的不少人口集中的城鎮(zhèn)而言，本應(yīng)達(dá)到的抗御地震的基本烈度并不是Ⅷ度，而是水平加速度還要高一倍的Ⅸ度！

這個(gè)殘酷的現(xiàn)實(shí)大大超乎了人們的預(yù)想，只因發(fā)生在人煙稀少的西部地區(qū)，沒能引起社會的足夠重視。

國內(nèi)外學(xué)者對磚混結(jié)構(gòu)的抗震研究相當(dāng)豐富，而針對頻遭地震襲擾的藏式民居就十分缺乏調(diào)查和研究，這個(gè)漏洞正在成為援建工作中的一個(gè)亟待彌補(bǔ)的重點(diǎn)。

回顧歷史，藏式民居的發(fā)展有個(gè)過程。

自唐朝文成公主641年入藏后40年、金成公主710年入藏后30年，唐蕃關(guān)系不斷緊密。中原文化與當(dāng)?shù)刈詽h朝以來的建設(shè)寺廟經(jīng)驗(yàn)的融合，藏式民居發(fā)展起來了（圖15），這種用亂石壘砌或土筑的房屋稱之“碉房”，造價(jià)十分低廉、適合當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件?，F(xiàn)已經(jīng)成為當(dāng)?shù)氐闹髁鞫鴱V泛分布在我國西藏、四川、甘肅、青海、云南等地。

3.2.2" 問題與改進(jìn)

藏式民居在抗震方面有它固有的優(yōu)點(diǎn)：墻體厚重、下大上小，成類似錐體的收分外形，適應(yīng)高原寒冷氣候。民居的平面形態(tài)具有規(guī)則、對稱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，各房間圍成“筒狀”的受力模式。每個(gè)房間成一個(gè)“筒”，通過“品”“田”字的組合形成“束筒”受力結(jié)構(gòu)，在一定程度上減輕了地震損害。

目前，對藏式民居結(jié)構(gòu)上的問題和援建時(shí)的措施已有初步的共識[15-17]：

（1）墻體自身材料的性能差是遭受破壞的主要原因。

藏式建筑的外圍墻體分內(nèi)外兩層，由不規(guī)則的石塊和黃泥組成。因?yàn)闆]有混凝土材料，黃泥層的黏性差、物理強(qiáng)度低，導(dǎo)致建筑主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和黏結(jié)強(qiáng)度都很低。房柱和墻體的功能也沒有分開，大梁直接落架到墻體上（而不是靠柱子支撐），使得外圍墻體既承重又圍護(hù)。在外墻皮受到風(fēng)化、擠壓以及雨水沖刷下，黃泥會很快弱化， 墻體的整體抗拉、抗剪強(qiáng)度都降得很低，一震便垮塌（圖16）。

對墻體用面層材料加固，或壓力灌漿加固；追加房柱支撐大梁。

（2）墻體裂縫與變形普遍。墻體的縱橫咬砌力不足，普遍出現(xiàn)貫穿性開裂，特別在門窗洞口處、墻體分層部位、木梁擱置處。

改進(jìn)措施?

采用多種加固辦法，如斜拉鋼筋、配筋砌體、粘貼復(fù)合材料、內(nèi)嵌復(fù)合材料等。

（3）建筑結(jié)構(gòu)的連接薄弱。梁柱的組合沒有采用榫卯等結(jié)構(gòu)，僅是上下的簡單搭接。以梁柱組成的排架，水平構(gòu)件與豎向承重構(gòu)件均為簡單疊壓，沒有可靠的連接，整體性差。樓蓋（屋蓋）又因防水和晾曬的需要，覆蓋的土層過于厚重。

改進(jìn)措施?

外部加約束構(gòu)件，對于各組合件（墻體間、樓板與圈梁、屋架與大梁和墻柱）等都要加固。

目前已經(jīng)設(shè)計(jì)出了多種新型藏式民居 [18]，如何推廣、如何解決經(jīng)費(fèi)，都是政府面對的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

3.3" 城市建筑

古今地震只有時(shí)間的差異，沒有力學(xué)的不同，獨(dú)樂寺的工匠和我們有著共同的語言。

現(xiàn)代抗震結(jié)構(gòu)有3種典型：耐震結(jié)構(gòu)、阻尼結(jié)構(gòu)和隔震結(jié)構(gòu)（圖17）。

3.3.1" 耐震結(jié)構(gòu)

一般指按照抗震設(shè)計(jì)規(guī)范修建的普通鋼混結(jié)構(gòu)，包括城市中的居民樓和一般辦公樓。深入研究的重點(diǎn)是讓它們更加準(zhǔn)確地符合地震動(dòng)的實(shí)際，把一般性的規(guī)范落實(shí)到具體建筑物上。

比如注意到了沉積盆地所致地震動(dòng)的放大作用[19]，它與沉積物的厚度直接相關(guān)，最大可至2～3 倍，是引起 3～10 s 地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜放大的主要因素。原因在于：盆地內(nèi)相對松軟的物質(zhì)與外部基巖之間具有較強(qiáng)的波阻抗差，盆地內(nèi)部會存在多重反射、面波震蕩和聚焦效應(yīng)。目前，北京地區(qū)32層以下建筑占89.1% ，自振周期2.7～3.6 s，超過40層的商務(wù)樓僅占2.1%，其中最高為80層，自振周期長達(dá) 9.0 s。對今后的建設(shè)，應(yīng)該盡量避免建造自振周期在 3 s 左右的高層建筑。

一些研究還分析了未來發(fā)震斷層附近的地面強(qiáng)地震動(dòng)分布，以1679 年三河—平谷 8 級地震的重復(fù)發(fā)生為標(biāo)桿，開展了數(shù)值模擬，確認(rèn)了近斷層效應(yīng)和盆地效應(yīng)是比較明顯的[20]：

三河—平谷和大廠地區(qū)的PGA（峰值地面加速度）最高可達(dá)0. 37g和0. 32g，北京中心城區(qū)PGA和PGV（峰值地面速度）分別達(dá)到0.12g和1.0 m/s，為城市發(fā)展提供了重要參考。陸新征課題組還對上述結(jié)果繪制了場景模擬[21]（圖18）：CBD的地面運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度大致在8度（設(shè)防地震）到8+度（罕遇地震）之間。他們的模擬確認(rèn)：該區(qū)的建筑物目前都已經(jīng)具有較強(qiáng)的抗震能力，預(yù)計(jì)可能受到的破壞基本在輕度至中度之間。

3.3.2" 阻尼結(jié)構(gòu)

阻尼器的采用可以在不承載建筑物重量的情況下減震。它只通過鋼和鉛的金屬變形，或者類似糖漿和油一類的流體阻尼（圖19），甚至?xí)媚Σ磷枇砦盏卣鹉芰?，以換得房屋和結(jié)構(gòu)物的安全。

現(xiàn)代阻尼器的功能遠(yuǎn)不是古代榫卯結(jié)構(gòu)可以相比的，它的應(yīng)用更加方便和有效?？梢灾糜诘鼗?，也可以設(shè)置在高樓的中間部位抑或特定部位。比如北京長安街的銀泰中心62層樓，采用了73個(gè)液體粘滯阻尼器；南京長江大橋引橋設(shè)置了54個(gè)阻尼器；鄭州會展中心設(shè)置了36套；江陰大橋設(shè)置了4個(gè)特大型阻尼器等，都發(fā)揮了很好的抗震作用。

臺北101大樓高508 m，設(shè)計(jì)了很有特色的減震阻尼（圖20）。在88～92層的內(nèi)部懸掛了一個(gè)單擺，擺錘是660 t的巨型鋼球阻尼器，直徑5.5 m。在2015年13級強(qiáng)臺風(fēng)和2024年花蓮7.3級大震的襲擊中，單擺的慣性和四周的阻尼器有效地抗御了外部的沖擊，維持了高樓的穩(wěn)定。

3.3.3" 隔震結(jié)構(gòu)

這種技術(shù)在我國有飛快地發(fā)展，在我們所能想到的重大型建筑里幾乎都已經(jīng)采用。

在建筑物的底部支柱上塞入積層橡膠墊（圖21），支撐了上部建筑，隔開了底部基礎(chǔ)，使房屋結(jié)構(gòu)的基本頻率比地面運(yùn)動(dòng)的卓越頻率低得多，于是在地基隨著地面運(yùn)動(dòng)的同時(shí)上部房屋能保持相對靜止?fàn)顟B(tài)。

積層橡膠墊是用加硫的粘合劑把橡膠和硬鋼板黏合在一起，組成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)，內(nèi)部含有吸收振動(dòng)能量的鉛芯阻尼器，它在震后還能夠順利地恢復(fù)到原來的位置上。通常的隔震墊能承載30層樓房的荷載，水平位移量可達(dá)150～260 mm，減震效果可達(dá)50%～60%。

以北京大興新機(jī)場航站樓為例，它除了要應(yīng)對地震外，還需考慮高鐵的震動(dòng)。航站樓距離高鐵的垂直距離僅11 m，當(dāng)高鐵以時(shí)速350 km通過510 m長的“高鐵隧道”時(shí)，將會產(chǎn)生較強(qiáng)的振動(dòng)和較大風(fēng)壓。為此，航站樓核心區(qū)設(shè)置成了隔震層，采用了鉛芯橡膠隔震支座1068個(gè)、滑移隔震橡膠支座108個(gè)、粘滯阻尼器144條，共計(jì)1320套隔震裝置，也實(shí)現(xiàn)了良好的隔震效果。

4" 尾聲

抗震減災(zāi)的道路沒有終點(diǎn)。

即便千萬間的廣廈能夠“風(fēng)雨不動(dòng)安如山”，還遠(yuǎn)不足矣。

現(xiàn)代科學(xué)的研究已經(jīng)跑到目力所及的遠(yuǎn)方：還要進(jìn)一步解決建筑物在震后的功能可恢復(fù)性問題，要極大地降低震后建筑物修復(fù)時(shí)間長、重建成本偏高的問題，還要考慮地震次生墜物、地震次生火災(zāi)、震后電梯人員受困、地震場地-城市效應(yīng)等新問題[21]。一句話，已經(jīng)在研究和規(guī)劃韌性建筑與韌性城市的大問題了。

歷史上，曾為“天災(zāi)+廣廈”的題目寫下詩詞歌賦的人并不少（圖22），現(xiàn)收集到的作品不下200首。不過在中國地球物理學(xué)界，最流行的要屬白居易《長恨歌》里的幾句：

排空馭氣奔如電，升天入地求之遍。

上窮碧落下黃泉，兩處茫茫皆不見。

可以借此來表達(dá)我們工作的一抹浪漫情懷，抒發(fā)馳騁天地的無窮追索……

就這一點(diǎn)，從事地球與行星科學(xué)的研究者們或許該靦腆地說一聲：

謝謝了，白先生。

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Sui-Tang Dynasties： Earthquake resistant buildings

Feng Rui*

China Earthquake Networks Center， Beijing 100045， China

[Abstract]"""" The historical earthquakes during the Sui-Tang Dynasties occurred mainly in Guanzhong region， revealing the existence of a northwesterly Shiquan-Fangxian active fault zone on the south side of the Qinling Mountains. Seismic activity and the resistance of houses to earthquakes has always been a major concern of the community. Taking the Dule Temple in Jixian County as a typical representative， it focuses on the earthquake-resistant technology of wooden structure buildings in the Tang Dynasty： strong and homogeneous foundations， seismic isolation mechanisms for timber structures， strong seismic performance of cylinder structures， and damping systems for arch members and so on， which have had a profound impact on the development of technology in later generations. In the area of modern architecture， the basic principles of seismic zoning are introduced， the weaknesses of rural Tibetan houses and improvement measures are analyzed， and three types of seismic-resistant structures for urban buildings and the future direction of development are discussed.

[Keywords] earthquake-resistant buildings; wood-framed buildings of the Tang Dynasty; seismic zoning; Tibetan-style houses in rural areas; three types of seismic-resistant structures in urban areas