如果說基礎和柱子讓木結構建築有個堅實的下盤,那麼不用釘子的構件連接則是木結構框架晃而不散的根源。
木結構建築構件之間的連接方式可以有效地消解地震能量。木結構建築的構件連接是榫卯結構,榫卯連接既不會讓各構件分開,同時又有餘量。
榫卯是極為精巧的發明,我們的祖先早在7000年前就開始使用。這種不用釘子的構件連接方式,使得我國傳統的木結構成為超越了當代建築排架、框架或者鋼架的特殊柔性結構體,不但可以承受較大的荷載,而且允許產生一定的變形,在地震荷載下通過變形吸收一定的地震能量。
工藝精巧剛柔相濟
中國木結構建築中有個獨特的構件——鬥拱,它很好地體現了分散受力的原理。在立柱和橫梁交接處,從柱頂上的一層層探出成弓形的承重結構叫拱,拱與拱之間墊的方形木塊叫鬥,兩者合稱鬥拱。過去古建築都要有屋簷,出挑的屋簷必須要有木料支撐才不會塌落。但是,如果用一根木料支撐,承受力顯然不夠,而且那麼大的木料也並不好找。於是古代工匠就想出一個巧妙的辦法,將整根木料化整為零,在柱子上像搭積木一樣,縱橫交錯逐級伸出,這樣不但用的木料少,而且承受力也比隻用一根木料大得多。形象地說,鬥拱就像個大彈簧,在木結構建築中起到了消解地震能量的作用。
獨樂寺觀音閣之所以在多次強震中屹立不倒,主要是鬥拱起了作用,觀音閣的鬥拱設計十分巧妙,在沒有一顆釘子固定的情況下,通過七層木塊的相互交織,達到了相互連接固定的作用,這樣在地震出現時能及時減緩外部的壓力,具有很強的抗震性能。
除鬥拱外,在木結構建築中由於柱子起到支撐整個建築的承重作用,因此柱子的加工也十分重要。我們在故宮、天壇看到的那些大殿的柱子,加工時一般要先把木材刨光打磨,之後在表麵纏上麻絲,再在麻絲外刷上灰,等灰和麻絲固結幹燥後,再重複五遍這樣的工藝,最後,再刷上防雨漆。這樣處理後的柱子可以支撐住木框架,保證建築的一體性。
木結構建築中不用木材的地方有兩處,一是基礎,二是屋頂的瓦。由於材質不同,它們與木材之間是怎樣連接的呢?
由於柱子為木製,所以立柱與基礎之間放置柱腳石,以防止柱子受潮腐蝕。柱子、柱腳石、基礎三者之間是不存在可靠連接的,而是直接把柱腳石放置於基礎上,再把柱子立置於柱腳石上。這樣受到震動時,柱子可以小幅度移動。
瓦與木材是通過一種特製的粘合劑連接的,首先把青灰、白灰、麻刀絲拌勻,均勻地塗抹在屋頂木材上,大約塗4公分厚,之後再塗上8公分厚的黏土與白灰混合的大泥,最後把瓦鋪在這上麵,等幹燥後,瓦與木材就連接在一起了。所以,我們常常看到一些年代久遠的木結構建築屋頂上長草。
大範圍推廣有局限
既然木結構建築有很好的抗震性能,為何不大麵積推廣呢?
人生活在地球上並不是隻有地震這一種災害要麵對,房屋建築還要滿足防風、防雨、防火、防蟲蛀等多種要求,這樣看,木結構建築的功能就顯得單一了。因此,目前世界上的主要建築還是以磚混建築為主。
盡管木結構建築有一定的抗震特性,但是,它受高度限製,除了一些木塔外,很難看到高於20米的木結構建築。由於現代建築越建越高,所以木結構建築逐漸退出曆史舞台,取而代之的是混凝土剪力牆結構,而如果超過100米,則多用鋼結構,因為鋼結構重量比混凝土輕,而且抗拉伸力也較好。
平時人們在美國、日本看到的現代木結構建築多為一兩層的,這與木材的特性有關,對於高層建築來說,天然木材力學性能有限,加上防火的要求,所以木結構不適合高層建築。
盡管木結構建築已不再是現代建築舞台的主角,但是其獨特的構造理念和力學設計還是值得人們去研究和借鑒。(責任編輯/喻曉)