從晉祠建筑看古代建筑的抗震技巧

劉 仙 芝

(晉祠博物館，山西 太原 030025)

·結構·抗震·

從晉祠建筑看古代建筑的抗震技巧

劉 仙 芝

(晉祠博物館，山西 太原 030025)

以晉祠古建筑為研究對象，通過對晉祠主殿、獻殿及舍利生生塔等建筑結構的分析探討，總結了古代建筑在抗震設計方面所運用的力學原理及布局方式，對國內建筑抗震設計的研究有重要意義。

古建筑，結構，抗震，布局

自古以來，我國就是一個多地震的國家，是世界上地震活動頻發程度、災害程度最嚴重的國家之一。在與地震災害抗爭的過程中，我國古代的匠師們是如何應對這些突如其來的自然災害的，從祖先給我們留下的大量建筑物質遺產中不難找到答案。

北魏酈道元所著《水經注》中，有一段關于晉祠的記述：“沼西際山枕水有唐叔虞祠，水側有涼堂，結飛梁于水上，左右雜樹交蔭，希見曦景。”由此可見，早在1500多年以前，這里的祠、堂、飛梁等建筑，已蔚成大觀，以后又經過歷代不斷的興建與開拓。現今以圣母殿為中心的晉祠規模，形成于北宋天圣年間，后又經金、元、明、清歷代經營擘劃，以歷史悠久、風景優美、布局緊湊、規模宏大而聞名全國。

在這近10萬m2的土地上，上起北宋年間，下至民國時期，百余座的殿、堂、樓、閣、亭、臺、橋、榭或依山或傍水地掩映在參天古木中。千百年來，這些建筑歷經風霜雪雨和地震劫難等自然災害，保存至今，甚為珍貴。主殿圣母殿是祠內最古老的建筑，也是宋代殿宇建筑中的代表作。它前臨魚沼飛梁，后擁懸翁主峰，壯麗而雄偉，在全祠布局中首屈一指。我國宋代建筑形成于北宋中葉，現存宋代建筑中，時間較早、保存較完整的便是圣母殿。它是我國建筑藝術從唐代過渡至宋代的一個重要環節，也是研究我國古代建筑發展史和建筑藝術的重要的實物資料。圣母殿建成以后，屢經地震的考驗。宋景佑四年十二月初二(公元1038年1月9日)，地震一次，約7.3級，烈度約10度；宋建中靖國元年十二月辛亥(公元1102年1月15日)，又震一次，6.3級，烈度約8度。其中景佑四年震級較大，破壞較甚，圣母殿受到沖擊，元明以來，太原地區亦屢次發生強烈地震，宋徽宗崇寧元年(1102年)曾對圣母殿加以重修。以后，歷代王朝都曾對圣母殿進行過維修。現在屋頂的琉璃脊筒、簡瓦、滴水和蹲獸等，除有少部分為宋代原件，其余大部分為明代的物件。然而圣母殿整個梁枋結構卻是宋代原物。可以說，這座始建于宋天圣年間，經歷過太原歷史上6次5.5級以上地震的建筑，是古代建筑史上的一個奇跡。這一奇跡是由于我國古代聰明的建筑匠師們，將力學原理熟練地運用到了建筑物的技藝上，使得這座近千年的建筑物成為堅不可摧的整體。

圣母殿四周共有26根廊柱，這些柱子皆向內傾斜，形成一定的側腳，從而增加了建筑結構的穩定性。四角角柱顯著增高，而上檐柱尤甚，大殿前沿呈現出優美的弧度。在建筑史上，這種做法稱之為“柱側腳”和“柱升起”，其從外觀上不僅給人以騰飛、飄逸的藝術美感，而且更主要的是降低了建筑物的重心，并使整體建筑的重心向內傾斜，這樣一來，就增強了框架的剛性，而且可以對抗水平荷載，這種做法對于整個結構的穩定性是很有幫助的，使得建筑物更加堅實和穩固。圣母殿建成后經過數次大地震，雖有影響但主體無恙，與這種做法不無關系。特別令人驚訝的是，近年大翻修時，發現48個柱礎下并沒有進行特別處理，整個大殿幾乎就是活放在懸翁山的半山腰，千年不變。這種高超的智慧和它的力學原理，以及防震抗震能力，實在值得現代建筑師們認真研究、探討和借鑒。

圣母殿上的斗拱，其調配與形制復雜多變，昂形規則不一。斗拱是我國古建筑所獨具的特征，它的出現是由于工程上的需要，最初用以支撐梁枋，承托屋檐。以后逐漸應用到構架的各個節點上，成為整座大型建筑物結構不可缺少的組成部分。它不僅美化建筑，而且可以減少立柱和橫梁之間的“切力”。它們就像一組一組的大彈簧安裝在梁枋立柱等重要部件的節點上，當地震發生時，眾多巨大的彈簧在相互聯結作用下，就像汽車減震器一樣起到變形消能的作用，“以柔克剛”地消減掉地震釋放出的一部分能量，從而發揮了它的抗震功能。通過這種巧妙的措施，以最小的代價，將強大的地震破壞力減少到最小程度，起到事半功倍的效果。

另外，圣母殿的屋頂為重檐歇山頂，其復雜的結構和大量的構件，大大增加了屋頂乃至整個構架的整體性，龐大的屋頂以其自重壓在柱網上，也提高了構架的穩定性。

同屬于晉祠三大國寶建筑之一的獻殿，是供奉圣母邑姜的享堂，創建于金大定八年(公元1168年)，中經明萬歷二十二年(公元1594年)修葺，1955年又用原料照原式翻修，基本上還保持著宋代建筑的風格。“其梁架，只是在簡單的四椽栿上放一層平梁，梁身簡單輕巧，不弱不費，故能經久不壞，殿之四周均無墻壁，前后明間辟門，其余各間，在堅厚的檻墻之上安直欞柵欄”，其柱子“升起”“側腳”明顯，增強了框架整體的剛性，整個建筑顯得寬敞明亮。其在結構上采取以柱子承重的木構架形式，而不是以墻承重，這是中國古代建筑同世界其他各系古代建筑主要以磚石墻為承重體系的重大區別之一，同時在抗震上也十分有利。獻殿全部結構不用一根釘子，皆為卯榫而成，站在殿內仰望殿頂，木條上下左右穿插，令人眼花繚亂。這種不用釘子的構件連接方式，甚至超越了當代建筑框架、剛架結構體。其生氣靈活的神韻以及比例協調的藝術性，無不令觀賞者賞心悅目。卯榫結構是卯和榫的結合，卯是指在木構件上挖的洞眼，榫是指在木構件上留下的準備插入卯的端頭，它是木件之間多與少、高與低、長與短的巧妙組合，這種組合可有效地限制木件之間向各個方向的扭動。木制榫卯技法的誕生最早起源于上古時期，通過中國歷代大木構建筑系統的不斷實踐而逐漸走向成熟，并且得到創新和發展。這種結構類似于人的關節，兩根梁或柱上分別有榫頭和卯眼，互相咬合，連接在一起。卯榫的制作嚴密而不固定死，具有很高的柔韌度，其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，減小了結構的地震響應。當地震來的時候，無論是朝哪個方向搖晃，這種卯榫聯結都能承受這種形變。加以木材本身的彈性，留有活動余地，即使由于地震的沖擊導致建筑物的位置變形，震后經過一定時間的推移，也會逐漸地恢復原狀。

晉祠的建筑多為木質結構，傳統的木結構，具有框架結構的種種優越性，如“墻倒屋不塌”的功效。木材本身是一種自重輕、力學性能好的剛柔相宜的材料，木材的重量僅為混凝土重量的1/4～1/5，相同體積的建筑物，結構自重越小，受到的外力沖擊的作用也越小。而其柔性的連接，使得木結構建筑具有良好的彈塑性能和一定程度的自我恢復能力，對于瞬間沖擊荷載和周期性的沖擊破壞有很強的抵抗能力，其結構本身就能消減掉地震中的大量能量，從而減小了結構的地震響應。晉祠圣母殿在數次地震中均不同程度地受損，但主體結構仍未倒塌，就是這種柔性框架結構抗震能力的表現。

合理的幾何形平面和簡單的體型，也是古代建筑工匠們用以提高建筑物抗震功能的一種巧妙做法。現存的古代建筑物，平面和體型大多是簡單的、規則的和對稱的，在單座建筑中，絕大多數的殿、堂、樓、閣是并不太狹隘的矩形、正方形、正六角形或正八角形，也有少數圓形的。在規整的建筑物的平面外廊中，也很注意均勻對稱。此種做法，使結構各部位、各節點受力相對均衡，地震時各部分的震動易于協調一致，不易產生局部應力集中而造成破壞。晉祠圣母殿面闊七間，進深六間，平面幾乎呈方形，并且“副階周匝”，即在殿身四周圍廊，這種抗震手法在晉祠圣母殿中得到了典型應用。

古代的高層建筑物又是怎樣抗震的，我們以晉祠的舍利生生塔為例來看一下。晉祠的舍利生生塔創建于隋代開皇年間，宋代重修，清乾隆十六年(公元1751年)重建，是一座平面八角七級琉璃樓閣式磚塔，這種造型的塔體本身就已具備了框架結構的性能。它在建筑結構上采用了我國傳統的仿木結構做法，并由地宮、塔基、塔身和塔剎組成。塔基是一個高1 m的八角形磚砌基臺，塔身為八角形，塔剎為寶瓶式，全塔高約38 m。塔的每一層都采用仿木結構磚砌斗拱鋪作。其內部結構為空筒型，梯級在塔內旋繞而上，不僅開闊了中心空間的利用面積，同時大大增強了地震所造成的折彎剪力度。塔每層收分，向內縮小，形成下大上小的結構形狀，保證了地震作用下建筑的整體穩定性，實踐證明這種構造方式具有較好的抗震性能。其塔內階梯，除第二層為26級，與第一層相比減少兩級外，其余皆遞減一級，各層階數分別為28級，26級，25級，24級，23級，22級。這樣處理使得塔的重心下降，非常的科學，既可抗風，又能抗震。

綜上所述，可見我國古代的能工巧匠們在長期的勞動實踐中，積累了豐富的抗震經驗，將力學原理嫻熟地運用到建筑工程的施工上，大到建筑群體的布局處理，小到構件斷面的尺寸設計，處處展示出其在抗震設計方面的智慧和匠心，從而創造出一個個巧奪天工的驚人之作。這些作品不僅令我們感到驚奇，更令我們無比自豪。

[1] 梁思成.中國建筑史[M].天津：百花文藝出版社，1998.

[2] 劉永徳.晉祠風光[M].太原：山西人民出版社，1957.

[3] 劉大鵬.晉祠志[M].太原：山西人民出版社，1985.

The seismic techniques of ancient architecture from the Jinci building

LIU Xian-zhi

(JinciMuseum,Taiyuan030025,China)

Taking the Jinci ancient building as the research object, through the analysis and discussion on Jinci main shrine, Xiandian and Sarira living tower and other building structure, summarized the used mechanics principle and layout ways of ancient buildings in seismic design, had great significance to domestic building seismic design research.

ancient architecture, structure, seismic, layout

1009-6825(2014)34-0042-03

2014-09-25

劉仙芝(1970- )，女，館員

TU352.11

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