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故宫古建抗震功夫是如何炼成的？
最近,一段“故宫建筑模型在强震模拟中岿然不倒”的视频在微博上火了.这段视频来自英国电视台第4频道制作的纪录片《紫禁城的秘密》.故宫博物院研究馆员周乾博士是该纪录片中展示的故宫建筑模型抗震试验的主要设计者.他向记者介绍道：“这是首次将故宫中某一建筑的整体结构模型放置在地震工况下进行测试,结果出乎意料,模型经受住了10.1级地震的考验.”
故宫建筑模型表现出的“强震不倒”靠的是什么？周乾指出,中国是世界上最早将隔震理念应用到建筑中的国家,故宫建筑的设计建造中充分考虑了抗震的需求,采用了多项隔震技术.
所谓建筑隔震,就是在建筑基础部位安放可运动装置；地震发生时,通过装置的运动来耗散、吸收部分地震能量,并错开地震波的频率,从而减轻地震对建筑的损害.
故宫古建筑的隔震是如何实现的呢？周乾举例解释道,比如建筑的柱根并非插入地底下,而是平摆浮搁在柱顶石上.地震作用下,柱根在柱顶石上往复运动,产生摩擦滑移隔震效果.
故宫古建筑的梁与柱采用榫卯节点形式连接,梁端做成榫头形式,插入柱顶预留的卯口中.地震作用下,榫头与卯口之间反复开合转动,并产生小量拔榫.拔榫即榫头从卯口拔出,但不是脱榫,榫头始终搭在卯口位置.这种相对转动也是摩擦减震、隔震机理的体现.
柱顶之上为斗拱.斗拱由坐、拱、翘、升等小尺寸构架由下至上层层叠加而成.地震作用下,这些细小构件之间相互挤压、错动,可耗散大量地震能量,并能够延长建筑的晃动周期,产生隔震效果.地震结束后,这些小构件基本能恢复到初始位置,并保持完好.此外,厚重的屋顶犹如一个胖子,在外力作用下晃晃悠悠的往复摇摆,但始终保持稳定不倒,起到了很好的隔震效果.
科研人员以故宫南三所大门为原型,按照清工部《工程做法则例》相关规定,对其开间尺寸进行适当调整,加工成缩尺比例约为1∶2的试验模型.周乾介绍,模型建造过程中,瓦作、木作、石作等所有工序严格按照清工部《工程做法则例》进行施工.《工程做法则例》是清代颁布的建筑施工工艺标准.在试验模型安装过程中,工人有一些不符合复原故宫官式木构古建的施工行为,如对斗拱采用了钉子、柱顶石平面尺寸过小、木材使用了裂纹较大的材料等等.周乾都让他们逐一进行了拆改,原汁原味地再显故宫官式木构古建的施工工艺特征.
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