英國的木匠們,難以理解在600多年的時間里,故宮先后經歷了200多場極具破壞性的地震,為何中國人卻從來不擔心它會被震塌?

包括那場將唐山夷為平地的大地震,當時的震中離故宮只有150公里,北京市區多處古建筑都遭到了損壞,但故宮卻始終巋然不動。像故宮這樣的古建筑身上,到底匯聚了多少古人的心血和智慧,又藏著哪些我們現代無法解答的黑科技?

扛得住10級地震的中國古建筑

為了搞清楚這些問題,2023年,英國的木匠們按照1:5的比例,仿造了幾個與故宮建筑結構相同的模型,然后將它放到模擬地震的平臺上,開始檢測它到底能夠抗住幾級地震。

工作人員首先將地震等級調到4.5級,這樣的地震會讓人感受到明顯的震動,足以讓一些簡單的建筑墻體出現裂縫甚至直接倒塌。而故宮模型在上面整體的搖晃幅度很大,看上去搖搖欲墜,然而在30秒的測試時間里,它卻始終不曾倒塌。

按照故宮模型這么強烈的搖晃程度來看,外國專家們相信,它絕對撐不到6級地震就會完全散架,而在場的中國專家相視一笑,沒有說話。

等現場工作人員真的把震級調整到6級時,外國專家們驚訝地發現,模型的搖晃程度和剛才幾乎一樣,但是仍然沒有倒塌的跡象。

隨后,震級被調到了7.5級,這已經是很多大地震才能表現出來的振幅了。只見,故宮模型發生了劇烈的搖晃,內部的墻面也轟然倒塌,然而整個木制結構依然沒有倒塌,主梁和立柱的銜接處都沒有脫節。

震級還在加大,這次直接上升到了9.5級,這是人類有史以來的最強地震強度,然而結果和之前的一樣。不甘心的外國專家將震級調到最大的10級,30秒后全場沉默,整個模型依然完好無損地站在地震臺上。

外國專家們總算服氣了,可是他們實在太疑惑了,這樣一個看起來弱不禁風的木制框架里,沒有一根螺絲,是怎么抗住10級地震的?中國專家上前,向外國專家指出了故宮模型立柱下面的紅色標記。原來和地震前相比,建筑物已經整體移動了幾厘米。

故宮沒有地基?

全世界的建筑學家都在疑惑,為什么中國古建筑這么抗震?實際上,中國建筑學家不認同“抗震”這個說法,他們更傾向于認為,古建筑依靠自身獨特的結構在吸收和化解地震帶來的沖擊力,頗有道家太極拳“四兩撥千斤”的意味。那這到底是怎么做到的呢?

我們先來看看現代建筑是如何修建房子的。現代人修房子必須先打地基,把柱子插在地基里,然后修承重墻,最后封頂。這樣的房子有一個缺點,那就是太“剛直”,古人說“過剛易折”,這個修房子也是一樣的。

現代建筑的立柱總是插在地里,看似非常穩固,能夠抗住很多地震,實際上在大地震發生的時候,95%以上的樓房都是從上往下倒塌的。你的柱子或許能夠承受住地震的沖擊,但是當上層房屋開始左右搖晃時,剛硬的立柱就會瞬間折斷,導致整個房屋全部坍塌。

而古建筑最大的不同在于立柱不直接插入地下,它的結構更為復雜。以故宮太和殿為例,它的立柱下面是柱礎(磉盤),也就是地面上那個圓盤一樣的結構;柱礎下面還有用石磚構筑的磉墩。

看上去,立柱就像是插入了地下,實際上它卻能夠在磉墩的范圍內移動,而不至于讓立柱折斷。

很多人可能會說了,那這房子豈不是就跟放在地上的積木一樣,沒有地基了嗎?以前,確實有人說故宮的建筑是沒有地基的,甚至以此來質疑中國古人不懂建筑學。但是你有沒有想過,一群沒有地基的房子,是怎么在600多年里抗住無數地震的呢?

所以故宮是有地基的,不僅有,而且古人最重視地基的建造。在《營造法式》這本古典建筑學著作中,對在哪里修地基,修多長多寬都有詳細的記載,甚至于,那一塊地方改用石磚,拿一塊地方該用木材,用什么動作,加幾方土都寫得非常精細。可以說故宮的地基,構造之復雜、用料之精致,那都是絕無僅有的。

故宮的地基結構

榫卯是古建筑的靈魂

當然,這個地基真要造出來并不難,最難的還是修屋頂,而說到古建筑的屋頂那就離不開榫卯結構了,說它是古建筑的靈魂也不為過。

榫卯結構由榫頭和卯眼兩部分構成,可以互相嵌套固定以增加建筑的穩定性,光是一扇窗戶就有500-1000個榫卯連結而成,而要想構建一個大型建筑的屋頂,估計沒有上萬個小零件根本搞不定。

榫卯

那么,古人為什么要把房屋修得這么復雜呢?像現代的鋼筋水泥一樣直來直往的不行嗎?還真不行,我們來看看榫卯結構的作用就能理解了。

上萬個榫卯構建的房頂,在遇到地震的時候,每一塊零件都有吸收地震沖擊力的作用,然后不斷把這個力往下傳遞,在傳遞的過程中起到了卸力的作用。因此,我們可以看到,在地震的時候,哪怕立柱已經搖晃得很厲害了,但是屋頂依然不動如山。

同時,因為榫卯結構鑲嵌的時候留有十分微小的空隙,所以它不像一塊鋼筋混凝土那樣剛直,反而具有一定的柔韌性和彈性,允許材料產生一定的變形,因此不容易折斷倒塌。

1973年,中國考古隊在浙江河姆渡文化遺址中,發現了這種神奇的榫卯結構,據檢測它們距今已經7000年了。實際上,榫卯結構并非中國古建筑最獨到的發明,在德國的原始遺跡考古中,人們也發現了類似的榫卯結構,而且也是起源于7000年前。所以,中國或許并非榫卯結構的開山鼻祖。

古建筑和核心科技——斗拱

不過值得注意的是,在戰國時代,榫卯結構得到了進一步的開發,衍生出了斗拱結構,它才真正算得上是中國古建筑的精髓。不僅是因為在世界其他文明中沒有發現過斗拱結構,而且也是因為它讓中國古建筑更加實用和美觀了。

斗拱主要用于建筑物立柱、橫梁以及屋頂三者的交匯處,主要作用也是增強房屋的穩定性。從戰國到唐朝再到后來的明清,歷代建筑大師都在強化斗拱的作用,但是日本人在模仿唐朝建筑時卻丟掉了斗拱的靈魂,所以很多人會覺得日本古建筑看上去很別扭。

實際上,斗拱的結構不僅用于修建房屋,在橋梁的構建上,它也起到了至關重要的作用。

1975年1月,一批429噸重的機械構件急需運往燕山石化公司,但是,由于這批貨物實在太重,專家們都無法保證永定河上的幾座新橋能夠完成這個任務。

  1. 專家們說,看來這個任務只能交給那座古橋了,不用加固,它沒問題。

要知道這可是800年前修建的古橋啊,它真的比當時新建的橋還要靠譜嗎?

當這429噸設備開上橋以后,所有人捏了一把汗,因為橋拱正在下沉,最大下沉量達到了0.52毫米,眼看著這座古橋將和設備一起沉入河中。誰知20分鐘后,設備安全通過,古橋安然無恙。原來拱橋之所以下沉,主要是因為橋梁的斗拱具有一定的韌性,盡管發生了微小的形變,卻并沒有因此坍塌。而這座神奇的古橋就是著名的盧溝橋。

盧溝橋

古建筑的傳承

今天再回過頭來看,從這種“剛柔并濟”的古典建筑中,我們還能夠感受到道家的獨特智慧。然而掌握了無數高科技的現代人,卻再也難以復制出古代的這種建筑了,或許在古人的“科技”里,潛藏著某些現代物理和數學難以解答的奧秘。而我們只是從古建筑中學到了些許皮毛。

滕王閣

有時候,現代人不僅難以復制古典建筑,甚至還在破壞它們。在山西應縣有座被吉尼斯世界紀錄認證的世界最高木塔,它就是釋迦塔,也被大家叫做應縣木塔。它修建于1056年,與意大利比薩斜塔、巴黎埃菲爾鐵塔并稱為“世界三大奇塔”。

應縣木塔

這座古老的木塔歷經近千年的風吹日曬和10余次大地震,依然屹立不倒。然而,在1926年的戰亂中,卻遭到了馮玉祥軍隊的炮火攻擊,共中彈兩百余發卻沒有倒塌。神奇的是:即使在戰爭年代,炮彈打在塔身上燃起大火也會在瞬間熄滅……(來源于新民晚報)

雖然如此,但是木塔的近況卻不容樂觀,據說,比薩斜塔僅歪了3.99度,而應縣木塔的二層卻傾斜了15度,觸目驚心!

如今,我們已經可以用機器源源不斷地自動化生產榫卯零件,但是卻再也無法建造出像應縣木塔這樣的建筑了。