10級強震不倒 故宮古建抗震功夫是如何煉成的？

原標題：10級強震不倒 故宮古建抗震功夫是如何煉成的

最近，一段“故宮建筑模型在強震模擬中巋然不倒”的視頻在微博上火了。這段視頻來自英國電視臺第4頻道制作的紀錄片《紫禁城的秘密》。

故宮博物院研究館員周乾博士是該紀錄片中展示的故宮建筑模型抗震試驗的主要設計者。他向科技日報記者介紹道：“這是首次將故宮中某一建筑的整體結構模型放置在地震工況下進行測試，結果出乎意料，模型經受住了10.1級地震的考驗”。

根據(jù)地震學理論，一般用地震烈度來表示地震對建筑物的影響程度。但是該片英國導演認為，對英國觀眾來說，地震烈度的概念比較陌生，而更傾向于接受震級的概念。“因此，在紀錄片中，用震級來代替烈度描述地震作用強度。”周乾表示。

太和殿立面

以柔克剛 古建模型強震不倒

在做故宮建筑模型抗震測試前，英國攝制組曾經做過一些歐洲古代建筑模型的抗震試驗，磚石結構模型都以坍塌告終，中國古建筑木結構能扛過強震嗎？測試開始前，參與拍攝該節(jié)目的英國專家理查德和周乾打了個賭。理查德認為，故宮建筑模型肯定會被震垮。

起初，在體驗3級到4級地震時(地震烈度約為5—6度)，模型只是在試驗臺上輕微晃動。隨著地震烈度的不斷增加，模型晃動的幅度增大，兩側的磚石墻體出現(xiàn)垮塌。加碼到10.1級地震強度時，地震波烈度的峰值已超過歷史地震的最大值，振動臺加載裝置也已達到工作極限。

然而，在如此劇烈的地震作用下，試驗模型仍然保持穩(wěn)定搖晃，并在震后基本能夠恢復到初始狀態(tài)，建筑整體屹立不倒，立柱只是發(fā)生了輕微的位移，充分體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)木構古建在地震作用下“墻倒屋不塌”的特點。

“理查德曾向我描述，他在現(xiàn)場感受到，在強震作用下，有一個巨大的沖擊力撲向模型。模型開始搖晃，但是始終保持穩(wěn)定狀態(tài)。在復位過程中，古建筑模型像揉太極球一樣，把地震力往外推了出去。這很像中國太極功夫中的以柔克剛，四兩撥千斤。”周乾說道。

太和殿平擺浮擱柱底

理念先進 強震不倒靠隔震

故宮建筑模型表現(xiàn)出的“強震不倒”靠的是什么？周乾指出，中國是世界上最早將隔震理念應用到建筑中的國家，故宮建筑的設計建造中充分考慮了抗震的需求，采用了多項隔震技術。

所謂建筑隔震，就是在建筑基礎部位安放可運動裝置；地震發(fā)生時，通過裝置的運動來耗散、吸收部分地震能量，并錯開地震波的頻率，從而減輕地震對建筑的損害。

故宮古建筑的隔震是如何實現(xiàn)的呢？周乾舉例解釋道，比如建筑的柱根并非插入地底下，而是平擺浮擱在柱頂石上。地震作用下，柱根在柱頂石上往復運動，產生摩擦滑移隔震效果。

故宮古建筑的梁與柱采用榫卯節(jié)點形式連接，梁端做成榫頭形式，插入柱頂預留的卯口中。地震作用下，榫頭與卯口之間反復開合轉動，并產生小量拔榫。拔榫即榫頭從卯口拔出，但不是脫榫，榫頭始終搭在卯口位置。這種相對轉動也是摩擦減震、隔震機理的體現(xiàn)。

柱頂之上為斗拱。斗拱由坐、拱、翹、升等小尺寸構架由下至上層層疊加而成。地震作用下，這些細小構件之間相互擠壓、錯動，可耗散大量地震能量，并能夠延長建筑的晃動周期，產生隔震效果。地震結束后，這些小構件基本能恢復到初始位置，并保持完好。此外，厚重的屋頂猶如一個胖子，在外力作用下晃晃悠悠的往復搖擺，但始終保持穩(wěn)定不倒，起到了很好的隔震效果。