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地震都撼動不了的榫卯結(jié)構(gòu),到底有多神奇?

中國科學(xué)技術(shù)館
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20世紀,世界三次8.6級以上地震,兩次發(fā)生在我國境內(nèi)。但眾多古建筑經(jīng)受考驗,主體結(jié)構(gòu)依舊如初,這得益于榫卯結(jié)構(gòu)在古建筑中的廣泛運用。你是否好奇這神秘的榫卯結(jié)構(gòu),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?cè)岵闹袊腔?/p>

榫卯結(jié)構(gòu)是中國傳統(tǒng)工藝中木質(zhì)之間起到連接作用的一種結(jié)構(gòu),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?yōu)槭裁茨苓@么牢固呢?

材料性質(zhì):木質(zhì)材料一般有縱向排列的前衛(wèi)構(gòu)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(jié)構(gòu)就是根據(jù)木材的這一特點,將部分橫向受力轉(zhuǎn)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(fā)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(jié)構(gòu)為相同材質(zhì)的連接,在環(huán)境的溫度和濕度發(fā)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(jié)構(gòu)更加牢固,避免出現(xiàn)因為連接處松動而導(dǎo)致使用壽命縮短的情況。

制作手法:榫卯結(jié)構(gòu)工藝手法復(fù)雜,構(gòu)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(zhì)材料本身。

2、久經(jīng)考驗的抗震性能

我國是一個多震的國家,位于環(huán)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(nèi)三次8.6級以上的地震,有兩次發(fā)生在我國境內(nèi)。然而,許多古老的建筑卻能久經(jīng)考驗,主體框架結(jié)構(gòu)依舊保持原樣,這就要歸功于榫卯結(jié)構(gòu)在古建筑中的廣泛應(yīng)用。

其中,最典型的例子就是距今有近一千年歷史的應(yīng)縣木塔。該塔始建于遼清寧二年(公元1056年)是我國現(xiàn)存最古老的木結(jié)構(gòu)塔式建筑,經(jīng)過地震和戰(zhàn)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(shè)計,和穩(wěn)固結(jié)實的磚石臺基,更重要的一個原因就是,塔內(nèi)梁柱之間的斗拱連接,而這些斗拱的構(gòu)件都是以榫卯結(jié)構(gòu)進行連接的。

中國科學(xué)技術(shù)館展品:應(yīng)縣木塔

相關(guān)資料顯示,應(yīng)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(jié)構(gòu)讓連接處于半固結(jié)半活鉸的狀態(tài),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(jié)構(gòu),能夠有力地抵抗旋轉(zhuǎn)波,增加了建筑整體的穩(wěn)定性。因此,不用一釘一鉚的榫卯結(jié)構(gòu)真的可以實現(xiàn)“萬年牢”。

3、現(xiàn)代建筑中的榫卯結(jié)構(gòu)

由于榫卯結(jié)構(gòu)難以通過制作簡單模具而批量制造,人工成本高,因此在現(xiàn)代建筑和家具中已經(jīng)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(gòu)思和穩(wěn)固的特性,重新獲得了人們的關(guān)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(gòu)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(gòu)成中國木建筑中傳統(tǒng)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(jié)合的中國傳統(tǒng)文化理念,也暗示各學(xué)科之間互相融合,互相促進。

古人的巧思對現(xiàn)代設(shè)計具有很高的借鑒價值,而榫卯結(jié)構(gòu)背后所隱含的工匠精神,在當下,更值得我們所有人學(xué)習(xí),通過改進和靈活運用,讓傳統(tǒng)文化重新煥發(fā)光芒。

參考文獻:

《論古建筑中的榫卯結(jié)構(gòu)及其抗震功能》環(huán)球人文地理雜志

《中國古建筑榫卯結(jié)構(gòu)在地震區(qū)運用的優(yōu)勢》現(xiàn)代裝飾(理論)

《榫卯結(jié)構(gòu)在木構(gòu)建筑中的傳承與發(fā)展》林產(chǎn)工業(yè)

評論
科普lyjzgf
庶吉士級
榫卯結(jié)構(gòu)的神奇之處在于其力學(xué)性能優(yōu)越、抗震效果顯著、環(huán)保且可持續(xù)、工藝美學(xué)獨特以及歷史傳承價值深厚,這種古老而智慧的建筑連接方式,不僅在實用功能上超越了時空限制,還在文化象征意義上成為了中華民族智慧的象征。
2024-04-06
追夢人C·hui
大學(xué)士級
中國古建筑聞名遐邇,是古代中國工匠智慧的結(jié)晶,傳承中國工匠精神,守正創(chuàng)新,靈活運用,讓傳統(tǒng)文化重新煥發(fā)光芒。
2024-04-06
周美華ZMH
庶吉士級
折服于我國古人的大智慧!先輩們在建筑方面的大工匠精神值得我們永遠驕傲和自豪!榫卯結(jié)構(gòu)的應(yīng)用是中國古代科學(xué)技術(shù)與文化藝術(shù)的美妙結(jié)晶!
2024-04-06