20世紀,世界三次8.6級以上地震,兩次發生在我國境內。但眾多古建筑經受考驗,主體結構依舊如初,這得益于榫卯結構在古建筑中的廣泛運用。你是否好奇這神秘的榫卯結構,為何能賦予建筑如此驚人的抗震能力?那么,就讓我們一起走進“榫卯”的世界,一探究竟吧!
1、剛柔并濟的中國智慧
榫卯結構是中國傳統工藝中木質之間起到連接作用的一種結構,其中凸出來的部分被稱為“榫”,凹進去的部分被稱為“卯”。搞清楚了名稱之后,咱們再來看看不用一根鐵釘固定的它們為什么能這么牢固呢?
材料性質:木質材料一般有縱向排列的前衛構成,這一特性使材料的強度及韌性都集中在縱向,而橫向則相對薄弱。榫卯結構就是根據木材的這一特點,將部分橫向受力轉換至縱向,借用縱向的強度和韌性支撐起力,可謂是將“揚長避短”發揮到了極致。
其次,與連接處使用金屬釘打造的物品不同,榫卯結構為相同材質的連接,在環境的溫度和濕度發生變化時,它們自身的伸縮程度相同,連接兩端的木材會共同收縮或舒張,使得整體結構更加牢固,避免出現因為連接處松動而導致使用壽命縮短的情況。
制作手法:榫卯結構工藝手法復雜,構造方式多樣,凹凸面相互咬合,能夠大大提高連接處的承重能力,甚至大于木質材料本身。
2、久經考驗的抗震性能
我國是一個多震的國家,位于環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間,地震活動頻率高、強度大、震源淺、分布廣。20世紀,世界范圍內三次8.6級以上的地震,有兩次發生在我國境內。然而,許多古老的建筑卻能久經考驗,主體框架結構依舊保持原樣,這就要歸功于榫卯結構在古建筑中的廣泛應用。
其中,最典型的例子就是距今有近一千年歷史的應縣木塔。該塔始建于遼清寧二年(公元1056年)是我國現存最古老的木結構塔式建筑,經過地震和戰亂年代的洗禮,至今仍然傲然矗立,除了能夠抵御地震波扭矩力的正八角形平面設計,和穩固結實的磚石臺基,更重要的一個原因就是,塔內梁柱之間的斗拱連接,而這些斗拱的構件都是以榫卯結構進行連接的。
中國科學技術館展品:應縣木塔
相關資料顯示,應縣木塔中運用到榫卯形式的地方多達62種,有54種斗拱。這些榫卯結構讓連接處于半固結半活鉸的狀態,能夠承受更大的彎矩,同時,在受到地震波中的垂直沖擊波攻擊時,榫卯組件還可以通過“彈跳”的方式消解巨大的破壞能量。除此之外,榫卯將建筑整體連接成一個筒形框架結構,能夠有力地抵抗旋轉波,增加了建筑整體的穩定性。因此,不用一釘一鉚的榫卯結構真的可以實現“萬年牢”。
3、現代建筑中的榫卯結構
由于榫卯結構難以通過制作簡單模具而批量制造,人工成本高,因此在現代建筑和家具中已經很少能見到榫卯的身影了。不過,近年來,榫卯憑借其精妙的構思和穩固的特性,重新獲得了人們的關注和青睞。
2010年上海世博會上,極具中國氣韻的中國國家館,其承重構件就是利用榫卯工藝制成,懸挑出檐,層層疊加,將檐口額力均勻傳遞到柱子上,最終構成中國木建筑中傳統的“斗冠”造型,舉世矚目的“東方之冠”由此誕生。
中國國家館“東方之冠”
同樣具有代表性的,還有距離“鳥巢”僅一箭之遙的中國科技館新館,館身整體呈正方形,由若干個積木般的塊體互相咬合而成,看上去仿佛我們小時候玩過的“魯班鎖”的巨型版,其中不僅蘊含著重視整體與部分相結合的中國傳統文化理念,也暗示各學科之間互相融合,互相促進。
古人的巧思對現代設計具有很高的借鑒價值,而榫卯結構背后所隱含的工匠精神,在當下,更值得我們所有人學習,通過改進和靈活運用,讓傳統文化重新煥發光芒。
參考文獻:
《論古建筑中的榫卯結構及其抗震功能》環球人文地理雜志
《中國古建筑榫卯結構在地震區運用的優勢》現代裝飾(理論)
《榫卯結構在木構建筑中的傳承與發展》林產工業
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