导读:【我是土木工程研究生建闻君】北京紫禁城是世界上现存的保存最完整、规模最大的木结构古建筑,距今600多年的时间里,不仅承受着风吹雨打,也在200多次的地震下屹立不倒。你知道北京故宫的抗震性能为何如此好吗?快来看一下吧!
北京故宫在明成祖永乐四年施工建设,在永乐十八年建成,永乐14年的时间。距今有600多年的时间里,有关记载中介绍,大小地震222次,地震烈度在8度以上的有3次。但是我们很少听说过紫禁城因为地震破坏的记录,我们今天看到的紫禁城依然完好,可以看出紫禁城良好的抗震性能。这是怎么做到的呢?
一、“满堂红”的基础
在专业上我们称为是“满堂红”,也有人称为“一块玉”,来形容故宫的基础做法。具体做法是:原有位置的土挖开,重新回填。在回填的过程中,一层灰土三七分的混合物、再铺一层碎砖,交替进行。有些地方2.2米厚的基础,共有7层填土交替进行。这么做主要有三个原因:
- 1、朝代的更迭。明朝的紫禁城是在元朝紫禁城的基础之上修建,在古代约定俗成的文化里,“斩草除根、永绝后患”是每一个新朝代的做法。为了灭前朝的“王气”,其中的一个做法就是把前朝的宫殿拆了重建,包括基础都要重做。
- 2、匠人的智慧。俗话说:“九层之台,起于累土”,根基不稳又怎么能建成高楼。我们古代聪明的老祖宗,为了防止基础不均匀下沉,就做成了“一层灰土,一层碎砖”的形式。主要是灰土比较软。硬度比较低,建筑上层的重量大的时候,就会下沉,加入碎砖层,就会增加地基土的硬度,减小沉降量。
- 3.、材料的属性。“三七灰土”指的是生石灰和黏土按照3∶7的比例混合,强度大大提高。主要是生石灰吸水变成熟石灰,强度增大的同时,也吸水防潮。
除了满堂红基础,部分地方也采用的“糯米”基础。糯米基础也就是用煮过的糯米和生石灰混在一起,在很多古建筑中也都有类似的做法。主要原因是糯米有比较好的粘性,用来和灰土一起做基础,增加了基础的柔韧性,相当于强度比较高的“面糊”,提高了基础的抗震性能。
二、榫卯节点
古时候没有钉子,榫卯结构是人们做家具、建筑常用的结构。也就是将木头加工成凹凸有致的结构,通过构件之间的摩擦力和咬合力,进行建筑构件的固定。正是他们之间的摩擦力,消耗了一定的地震能量,保证了建筑在地震中免受损坏。
比如故宫建筑中用的燕尾榫,就是在梁柱节点处,柱子开槽,梁凸出一条,刚好可以放进槽里。这样就类似于一个“半刚接”的结构,就是在上下的方向上可以动,左右的方向上不能动。这样的话在地震的时候,节点的转动会消耗地震能量,就算节点拔出或者损坏,不会导致建筑的倒塌。
如果地震后节点变形较小,可以再次让节点复位。如果节点损坏,可以将损坏的构件替换。这样既保证了建筑的安全,也节省了建筑维修的成本。
三、梁架和斗拱
- 1、斗拱就是由很多小构件,层层叠叠组成的承重结构,一般是柱子和梁之间,梁和梁之间的节点。每次看到斗拱,我想到的是车上用的减震构件,特别是农村的三轮拖拉机,车斗和轮子之间用的“倒拱”形的钢叠片。在有振动的时候,钢叠片和斗拱可以变形,荷载消失之后就会恢复原样。在变形过程中消耗能量,保证结构的安全。
- 2、梁架。紫禁城屋顶是琉璃瓦,下面是木构架支撑,是由多个木梁组合而成。一般的做法是:梁的两端搭短柱,然后搭梁;再搭短柱、搭梁等等,叫做“抬梁式”结构。这样就会形成坡屋顶,有利于结构的采光、隔热、排水等等,形成室内冬暖夏凉、干燥清爽的环境。抬梁式的梁架的高度的比例关系,让紫禁城在遇到大风和地震的时候,减小倾覆的危险。
结语:古代工匠的智慧,让600多年的紫禁城经历200多次地震还屹立不倒,主要依靠地基土的构造合理,房屋结构的相互错动、挤压消耗能量,保证了建筑结构的安全。每一处都体现着工匠的经验丰富,体现着我们老祖宗的无穷智慧。
以上仅代表个人观点,你觉得故宫为什么600多年在200多次地震下还完好的保存呢?赶快留言发表自己的看法吧!
【我是土木工程硕士、房产领域创作者建闻君,喜欢的话就关注一下吧!本文为作者原创,在今日头条首发,未经允许,请勿转载】