一、以柔克剛:與西方石制建筑相比，中國(guó)傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑是“柔軟”的——木材易獲取，構(gòu)建過(guò)程相對(duì)便捷，但可能面臨著腐爛、蟲(chóng)蛀、斷裂等風(fēng)險(xiǎn)。然而，看似脆弱的木結(jié)構(gòu)建筑卻成為了中國(guó)傳統(tǒng)建筑的主流形式，在長(zhǎng)久的實(shí)踐與災(zāi)害面前更是留下了“墻倒屋不塌”的諺語(yǔ)。倘若將西方古典建筑譽(yù)為石頭的史書(shū)，那中國(guó)傳統(tǒng)建筑就堪稱(chēng)木頭的史詩(shī)。應(yīng)縣木塔就是“史詩(shī)”中濃墨重彩的一筆。該木塔也被稱(chēng)為“釋迦塔”，建于公元1056年，位于大同盆地地震帶中。據(jù)考證，在建成后近千年的歲月里，木塔屢遭強(qiáng)震襲擊，如在《應(yīng)縣志》中記載：“元大德九年四月己酉，大同路地震，有聲如雷，壞廬舍五千八百”；“元順帝時(shí)，地大震七日，塔旁舍宇，盡皆?xún)A頹，惟塔屹然不動(dòng)。”近代以來(lái)，邢臺(tái)、唐山、大同等地又接連發(fā)生過(guò)數(shù)次地震，木塔塔身一度大幅度擺動(dòng)，最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間達(dá)一分鐘以上。地震過(guò)后，木塔總是安然無(wú)恙。
地震發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生縱波與橫波。縱波如同海面波浪起伏，能量上下傳遞；橫波如同水中漣漪散開(kāi)，能量水平傳遞。應(yīng)對(duì)地震縱波，木結(jié)構(gòu)建筑總能“以柔克剛”，其特點(diǎn)在于：與墻體和石拱承重的西方建筑不同，中國(guó)傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑以木構(gòu)架來(lái)承受立面及屋頂?shù)暮奢d，因此，常見(jiàn)的磚石立面大多并不直接承重，只起到圍蔽、分隔和穩(wěn)定立柱作用。作為木結(jié)構(gòu)建筑的代表，應(yīng)縣木塔近70米高的塔身均由一層層木結(jié)構(gòu)樓閣式建筑組成。木構(gòu)件的柔韌性強(qiáng)，在地震來(lái)臨時(shí)，受到外力影響，就會(huì)產(chǎn)生形變，也在一定程度上具有恢復(fù)形變的能力。如靠近震中的地區(qū)，主要受縱波影響，地震強(qiáng)度較小，那么在反復(fù)小幅度“形變、復(fù)位”的過(guò)程中，一部分地震波作用于建筑上的能量就被抵消了。
當(dāng)?shù)卣饛?qiáng)度提高時(shí)，塔內(nèi)密布的“斗拱”就要開(kāi)始介入抗震了。斗拱是中國(guó)傳統(tǒng)建筑特有的一種結(jié)構(gòu)——在立柱頂、額枋和檐檁等構(gòu)架間，從枋上探出的一層層弓形承重結(jié)構(gòu)為拱，拱與拱之間墊的方形木塊為斗，合稱(chēng)斗拱。斗拱位于柱與梁之間，由屋頂和上層構(gòu)架傳導(dǎo)下來(lái)的荷載，要通過(guò)斗拱傳遞給柱，再由柱傳遞到建筑的地基。因此，斗拱起著承上啟下的作用。木塔通體結(jié)構(gòu)不用一釘一鉚，完全由大量斗拱和柱梁鑲嵌、穿插、吻合連接而成。據(jù)記載，塔身共使用54種、240組不同形式的斗拱連接立柱與橫梁。這些斗拱交錯(cuò)疊加，形成了“上大下小”的“支架”，每一層斗拱都可以有效傳遞負(fù)荷，同時(shí)，這種不用釘鉚連接的榫卯結(jié)構(gòu)在接合處留有縫隙，遇到強(qiáng)震時(shí)，縫隙會(huì)預(yù)留構(gòu)件形變的空間，讓構(gòu)件松動(dòng)，但不會(huì)散架或折斷，從而進(jìn)一步消耗地震產(chǎn)生的能量。
從高層到低層，斗拱結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜，傳遞負(fù)荷的能力逐層加強(qiáng)。地震過(guò)程中，受縱波影響，木塔開(kāi)始上下晃動(dòng)。在斗拱和其他木構(gòu)件自身形變作用下，巨大的木塔如同在一次次看不見(jiàn)的“波浪”上“彈跳”起來(lái)，有效避免了巨大的垂直能量瞬間貫穿塔身。
二、剛?cè)岵?jì):相比起縱波，橫波會(huì)導(dǎo)致建筑水平晃動(dòng)。當(dāng)建筑的自震周期與地震波的周期一樣時(shí)便引發(fā)了共振，此時(shí)地震對(duì)建筑的危害將達(dá)到最大。為了應(yīng)對(duì)橫波沖擊，除了斗拱，木塔內(nèi)外還遍布著各種橫向的交錯(cuò)木柱，這種木柱呈現(xiàn)出“筒”狀，被稱(chēng)為槽柱網(wǎng)，將木塔中央的墻體“套”在里面。木塔內(nèi)外共有兩層槽柱網(wǎng)，與斗拱、梁枋等構(gòu)件組成結(jié)構(gòu)層中的“減震彈簧”，不僅有效承重、強(qiáng)化塔體，還能在地震中通過(guò)橫向摩擦與錯(cuò)位，消除地震橫波帶來(lái)的能量——無(wú)論塔體向哪個(gè)方向移動(dòng)，槽柱網(wǎng)都會(huì)把它向反方向“拉”，這也是在連續(xù)橫波襲來(lái)時(shí)木塔可以持續(xù)晃動(dòng)但不會(huì)向某一方向完全傾斜的原因。對(duì)抗橫波，僅僅依靠木構(gòu)件形變的“柔性”還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。于是，每層都配備了厚實(shí)的墻體，它們牢牢“抱”住木構(gòu)件，發(fā)揮了“剪力墻”的作用，也增強(qiáng)了每層構(gòu)架的整體性，同時(shí)充分體現(xiàn)了木塔的“剛性”。每遇到大地震，就是木塔抗震“剛?cè)嵯酀?jì)”的時(shí)刻。當(dāng)?shù)卣鹂v波與橫波所帶來(lái)的能量被有效抵消后，地震對(duì)塔體的損害也就大大降低了。
三、固本浚源:對(duì)于高聳的建筑物，地基如同站立在地上的“腳”。地基穩(wěn)固，建筑主體才能長(zhǎng)久屹立。作為一項(xiàng)古代“超級(jí)工程”，應(yīng)縣木塔擁有以石料砌成的巨大塔基，在塔基之上，還構(gòu)筑了更加復(fù)雜的臺(tái)基。臺(tái)基又被稱(chēng)為“須彌座”，得名于佛教中的“須彌山”，是建筑下方用磚石砌成的平臺(tái)，作為建筑的底座。應(yīng)縣木塔塔底臺(tái)基為雙層磚石結(jié)構(gòu)，第一層為矩形大臺(tái)基，第二層為貼合木塔整體外形的正八邊形小臺(tái)基。兩層臺(tái)基重疊，將幾千噸重的木塔從地面上“抬”了起來(lái)。當(dāng)?shù)卣饋?lái)臨時(shí)，臺(tái)基就成為了一個(gè)“浮筏”，將斗拱、槽柱網(wǎng)、立柱和墻體傳導(dǎo)下來(lái)的能量疏導(dǎo)至地面，載著建筑“漂浮”在地震波形成的“驚濤駭浪”中。同時(shí)依靠深埋于地下的地基支撐，讓木塔雖處地震帶，卻能在一次次地震中化險(xiǎn)為夷。“求木之長(zhǎng)者，必固其根本；欲流之遠(yuǎn)者，必浚其泉源”。從應(yīng)縣木塔的種種抗震措施中，我們可以看到如今許多防震技術(shù)的影子——框架結(jié)構(gòu)之于榫卯，混凝土剪力墻中鋼筋之于槽柱網(wǎng)，現(xiàn)代高層建筑普遍應(yīng)用的“內(nèi)外筒體加水平桁架”之于槽柱、斗拱和梁枋組成的塔體“套筒”……自然災(zāi)害可以促使建筑技術(shù)革新，人類(lèi)文明總是在一次次技術(shù)的突破中前進(jìn)。
有些保留至今的古建筑卻似乎擁有獨(dú)特的抗震“密碼”。它們屹立在千百年歲月中，見(jiàn)證和記錄著歷史，不僅讓今天的人們可以一睹古代建筑藝術(shù)瑰寶，也為現(xiàn)代建筑抗震技術(shù)的發(fā)展和完善提供參考和借鑒。
為何中國(guó)古人偏愛(ài)木結(jié)構(gòu)建筑？
究其原因，或許我們可以在明代造園學(xué)家計(jì)成的著作《園冶》中得到啟示。《園冶》中記述了這樣的觀點(diǎn)：人和物的壽命是不相稱(chēng)的，物可以傳至千年，人生卻不過(guò)百歲。我們所創(chuàng)造的環(huán)境應(yīng)該和預(yù)計(jì)自己可使用的年限相適應(yīng)便足夠了。其本質(zhì)正是在于，讓建筑服務(wù)于人。于是，在沒(méi)有現(xiàn)代建造技術(shù)的古代，當(dāng)西方建筑史以神廟、教堂為中心，打造石頭建筑以期望實(shí)現(xiàn)“不朽”時(shí)，大批符合社會(huì)生產(chǎn)力水平的木結(jié)構(gòu)“臨時(shí)”建筑在中國(guó)的土地上拔地而起，壯大城市、便利人民，直到把這種建筑藝術(shù)推向輝煌。
所謂古建筑的抗震“密碼”，并不在于斗拱、榫卯的“以柔克剛”，也不在于槽柱網(wǎng)與墻體配合下的“剛?cè)岵?jì)”，而是我們的祖先在構(gòu)建它們時(shí)多了一分對(duì)使用者的擔(dān)憂，也多了一分對(duì)自然的敬畏。
