木結構建築抗震之謎
科海泛舟
作者：魏剛
在曆史的長河中，由於地理差異，人類社會逐漸形成兩大建築結構。一種是以磚石為主的堅硬建築，表現為歐洲的城堡和教堂；另一種是以天然木材為主的柔軟建築，表現為中國的殿閣樓台。
在現代工業文明到來之前，這兩大建築類型在各自的地域和社會中不斷發展，幾乎達到了各自建造技術的極致。我們姑且暫時將城堡和教堂放在一邊，來看一看木結構建築的特點和抗震之謎。
震後不倒的木結構建築
在汶川地震中，四川都江堰青城山前山有部分木結構的別墅建築，在災後的實地調查中人們發現，建築麵積約200平方米的木結構房屋底層裂縫最多出現了6處，二層的裂縫最多出現了2處，但並不影響結構安全性和正常使用。
2009年，日本和美國科學家進行了一次木結構建築抗震實驗。他們在一座實驗工作台上建造了一座7層高的木結構建築，然後製造一次相當於裏氏7.5級的人造地震，震動持續了40秒鍾。實驗結果顯示，木結構建築對強烈地震有較高的耐受力。
清華大學建築學院教授王貴祥透露，我國古代木結構建築有不少經曆了數百上千年，仍然巋然屹立。
比如位於天津薊縣盤山腳下的獨樂寺，始建於唐代，寺內的觀音閣和山門重建於遼代。自重建以後千餘年來，獨樂寺曾經曆了28次地震，其中清康熙十八年（1679年）三河、平穀發生8級以上強震，薊縣城內官民房屋全部倒塌，隻有觀音閣不倒。1976年唐山大地震，觀音閣及山門的木柱略有搖擺，但整個大木構架安然無恙。
還有位於山西省應縣城西北佛宮寺內的應縣木塔，建於遼清寧二年（1056年）。據史書記載，在木塔建成200多年時，當地曾發生過6.5級地震，餘震連續7天，木塔附近的房屋全部倒塌，隻有木塔巋然不動。上世紀初軍閥混戰的時候，木塔曾被200多發炮彈擊中，除打斷了兩根柱子外，別無損傷。
天然木材以柔克剛
木結構建築為何有如此奇特的抗震性能呢？中國工程院院士、中國地震局工程力學研究所原所長謝禮立指出，木結構建築擁有一定的抗震性能主要是由其材料決定的。天然木材本身質地較軟，比磚石混凝土和鋼材有更好的柔韌性，可以承受更大的形變。同時，天然木材一般比較輕，整個建築的重量就比磚混和鋼結構的建築要輕得多。這些都有利於抗震。
長期從事古建築修繕工作的業內人士認為，一般木結構建築主要采用鬆木、杉木，這些針葉樹木既能承重又有韌性，而楊木、柳木因為易斷裂，則不會用在木結構建築中。高級的木結構建築的連接件會用金絲楠木等成材年份長，韌度高的木材，但在國內，這些名貴木材已經在明清兩代被采伐殆盡。
據了解，采伐後的木材並不能直接就用於建築，因為含水率很高，不加處理使用會導致建築日後變形。因此，木材采伐運輸後，要進行烘幹，一種是自然晾幹，但是耗時長，一種是逐漸加溫烘幹，時間短。烘幹後的木材在壓力下可以變形，但不會斷裂，壓力消失後，還可以恢複原樣。這也是天然木材作為建築材料的優勢。
可變形的框架結構
除了天然木材本身的可塑特性外，木結構建築擁有可變形的框架結構。比如，一把木椅子，你使勁晃動，它會吱扭作響，但是椅子不會散架。
我國古代木結構建築主要由四部分組成，分別是地基、基礎、牆柱、屋頂。其中，地基是由石灰、黏土和細砂所組成的三合土夯實的。地基上麵是基礎，一般是獨立基礎，也就是砌個大磚台。一旦發生震動，雖然下麵的地基會晃動，但是由於上麵是個整體，所以晃動而不散架。
木結構建築沒有承重牆，它的牆體隻承受自身的重量而不承受建築其他荷載。承重的隻有柱子。
專家指出，木結構建築的支撐柱不是釘死在地基裏的，而是放在石頭基礎上，也可以移動。在汶川地震後，當地的許多木結構建築的柱子就發生了移動，但是建築本身沒有倒塌。這種特點使人們在大地震過後經常看到“牆倒屋不塌”的景象。