中國古建筑的防震措施探討1

張志中

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中國古建筑的防震措施探討1

張志中

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

中國的古建筑早在漢代就基本定型，到唐、宋時期已有明確規制，而梁思成先生在《圖像中國建筑史》中提及到了一些“不守常規”的建筑，本文調查發現它們分別是1303年洪洞8級地震和1695年臨汾7?級地震之后重建的產物。進一步分析發現，依現代防震理念，先人“不守常規”的做法其實是按震害經驗采取了有效防震措施。這些防震措施雖然使建筑外觀不夠美觀，但卻增強了建筑物的防震性能。

中國 古建筑 防震措施

引言

中國建筑與中國文明同樣古老。所有的資料來源——文字、圖像、實例——都有力地證明了國人一直采用一種土生土長的建筑架構體系，從史前時期直到當代，始終保持著自己的基本特征（梁思成，2001）。在中國古建筑中，尤以木架結構體系為主，磚石結構為輔。由于木架結構中的木材具有較強的彈性和韌性，使得梁柱框架結構的整體性較強；高級古建筑的基礎部分采用滿堂灰土，用分層夯實的灰土做地基，具有較好的整體性，材料彈性也較好，因此木構架房屋具有較高的防震性能（羅哲文，1990）。在眾多現今仍保存完好的古建筑中，有建于公元857年的山西五臺山佛光寺大殿，曾經受過1038年山西忻州7?級地震和1683年山西原平7級地震的考驗，2次地震對建筑場地的影響烈度達Ⅷ度；而建于公元894年的天津薊縣獨樂寺觀音閣及山門，經受過1679年河北三河平谷8級地震的考驗，該地震對建筑場地的影響烈度達Ⅹ度（鄢家全等，2011）。探討古建筑中的防震措施，是為了更好地繼承和發揚這種理念，總結出適用于現今建筑的防震措施。遺憾的是，目前還未找到有關古地震中防震理念的文字證據。最近的研究仍以歷史文獻、考古資料和現存古建筑結構為基礎，進行分析、推論和試驗驗證等（張鵬程，2001；2002；2003）。本文擬以地震區的典型建筑為例，探尋古建筑的防震措施。

1 典型建筑

中國建筑孕育并發祥于遙遠的史前時期，發育于漢代（約在公元開始之時），成熟并逞其豪勁于唐代（7至8世紀），臻于完美醇和于宋代（11至12世紀），于明代初葉（15世紀）開始顯出衰老羈直之象（梁思成，2001）。中國古建筑早在漢代就基本定型，到唐代和宋代已經很豪勁而完美了。在宋朝還頒發了長達34卷的《營造法式》建筑工程規范，對基礎、結構、構件、乃至門歲和磚瓦都有明確的規制。

本文所論之典型建筑，是指在結構上不合常規的古建筑。在梁思成先生著的《圖像中國建筑史》（梁思成，2001）中，例有這類典型建筑。

（1）山西[洪洞縣]廣勝寺的上、下二寺是兩組使人感興趣的建筑，它們全然不守常規（圖1、2）。在這些元末或明初的建筑中可見到巨大的昴，它們有時甚至被用以取代梁。這種結構也曾見于晉南的某些建筑，如臨汾的孔廟，但在其他地區和其它時期的建筑中卻不曾見。所以，也可能純系一種地方特色。

（2）自1234年金亡之后，密檐塔突然不再流行，而被多層塔取代。在明代，這類塔的特點是塔身更趨修長，而各層更顯低矮。在外形上，塔身中段不再凸出，較少卷殺，通體常呈直線形收分僵直；屋檐的比例比原來木構小得多，出檐很淺，而斗拱纖細甚至取消，使屋檐淪為箍狀。這類塔實例很多。建于1515年[明正德十年]的山西洪洞縣廣勝寺飛虹塔（圖3）是一個特例。塔共13層，塔身逐層收分甚驟，毫無卷殺，形成一座比例拙劣的八角錐體。尤為拙劣的是，在其底層周圍，環有一圈過寬的木構回廊。塔的外面以黃綠兩色玻璃磚瓦贅飾，各層出檐則交替地以斗拱和蓮瓣承托。在結構上，全塔實際上是一座實心磚墩，僅有一道樓梯盤旋而上，后者的結構頗有獨到之處，全梯竟無一處供回轉的平臺（圖3）。西臨汾縣大云寺方塔（圖4）大體也屬這個類型，其外觀也同樣不佳。此塔重修于1651年[清順治八年]，共5層，上更立八角形頂一層，是剎的一個新奇變體。底層內有一尊巨大的佛頭像，約20英尺（約6m），直接置于地上。這種做法猶如放置此像的塔的設計一樣，全然不合常規。

圖1 廣勝寺下寺前殿建于1319年（元延佑六年），可見巨大的昂

圖2 廣勝寺上寺前殿，可見巨大的昂Fig. 2 Upper temple interior hall , 1319 in temple of the dragon king , showing huge ang

圖3 山西洪洞廣勝寺飛虹塔建于1515 年

圖4 山西臨汾大云寺方塔建于1651 年（重建于1728 年）

值得注意的是，被梁思成先生視為不合常規的這些典型古建筑，都在山西省的臨汾地區。而臨汾地區又是中國大陸上地震活動最頻繁、最強烈的地區之一，曾發生過1303年的洪洞趙城8級地震和1695年的臨汾7?級地震，以及多次6級地震。這些典型古建筑是否同大地震后的重建有關呢？值得關注。

2 與大地震后的重建有關的典型古建筑

1303年發生在山西省洪洞趙城一帶的8級地震，是中國歷史上文字記載史料較多的大地震之一。經考證研究后給出的該震等震線分布圖表明，廣勝寺所在洪洞趙城一帶的地震烈度達Ⅺ度；臨汾市位于Ⅹ度重破壞區內（國家地震局地球物理研究所等，1990a）。該次地震曾造成大量房屋建筑和農田水利設施被破壞，死亡人數超過20萬，因此，地震災區的恢復重建是個艱難而漫長的過程。

（1）洪洞廣勝寺

據（明）洪武《平陽志》記：“廣勝寺在霍山南嶺上，歸有阿育王所建舍利塔，……至元大德地震，廟、塔傾頹，遂移寺山下。當霍泉之北，歸寺遺址尚存?！庇钟洠骸霸蟮麻g地震，將北霍渠郇堡等村渠道陷裂，斗門壅沒不存。泉水減少”（王汝鵰，2003）。

又據《重修明應王殿之碑》記載：“……泉之北，古建大剎精藍，揭名曰‘廣勝’，不虛譽耳。視其佳麗絕秀，非大雄能棲此乎？殿廊、齋舍僅可百楹，僧行稱是。世祖薜禪皇帝御容，佛之舍利、恩賜藏經在焉，乃為皇家祝壽之所?！?。緣其歸，殿宇、門廊、像繪尤備。不幸至大德七年八月初六日夜，地震河東，本縣尤重，靡有子遺。書云‘火炎昆崗，玉石俱焚’。奚嘗有二哉！上下渠堰陷壞，水不得通流。當年十一月，渠長廊下郭髦，告蒙本路總管府差委霍州倅李承務、縣尹劉承事董其役，開淘依歸澆灌。至大德九年秋，本路萬僧都宣差祀香，省會渠長史珪并本縣官，將殿即便重蓋。縣委主薄申公，提調珪與南霍杜玉、胡福渠長鳩工，各量使水村，分計置修造，富有者施財，貧薄者出力，創起正殿木裝，始經營之也。時有寺僧聚提點亦嘗施工。繼而劉思直塑像結瓦，郭景信造門成趣。至延佑六年，渠長高仲募工，殿內砌造沙壁完備。南霍渠長王顯、許亨同心津助，及山之僧妙潛添力贊其事，煥然為之一新，謗者杜其萬口?！保ㄍ跞犍m，2003）。

以上文獻資料說明：

①位于霍山南嶺上，氣勢宏偉的皇家寺廟廣勝寺，在元大德七年（1303年）地震時，曾遭受到“廟、塔傾頹”的毀滅性破壞。震后移寺山下重建。

②震后3個月，先修復上下渠堰，使之依歸澆灌。震后2年才開始重建寺廟，經14年即1319年才修建成今下寺。

③直到大地震后80年的明洪武年間，山上的歸寺遺址尚存，上寺和塔還未重建。據梁思成先生考證（本文前述），上寺建于元未明初；飛虹塔建于1515年。

這就是說，當今譽滿中外的廣勝名寺，是在遭受1303年大地震的毀滅性破壞之后，經過200年的時間重建的。其上、下寺和飛虹塔等典型建筑，均屬地震后的重建產物。

（2）臨汾孔廟

中國從宋朝開始推崇儒學，以孔廟為代表的廟學盛行。臨汾孔廟在1303年大地震后是否重建，未見到確切的文字記載。但從《山西地震碑文集》中（王汝鵰，2003）可見，位于該地震影響Ⅷ度區（文水、安邑等）剛重建過的文廟又遭嚴重破壞，不得不再次重建，而且臨汾城南規模宏偉的堯廟，直至1447年還未重建到震前的規模（王汝鵰，2003）。因此，位于該次大地震Ⅹ度區的孔廟，震后重建是難免的?，F有資料表明，在1695年臨汾地區又遭受7?級地震后，該廟不得不再次重建。

據清康熙三十五年《臨汾縣志》和康熙四十七年《平陽府志》記：“康熙三十四年四月初六戊時地震，府城并東關域垣、樓堞、衙署、神佛、廟宇、民舍、倉庫盡行倒塌，壓死城鄉人民貳萬柒仟捌佰肆拾柒人。……”。“平陽知府清發蒲州、河津倉米煮粥，……。又發西安庫銀貳拾萬兩修理城垣、府縣兩學并文武各衙門、倉庫、監獄”（謝毓壽等，1987）。

又據清·平陽府學文廟祭器樂器儀注碑（1708年）記：“康熙甲申冬，余承乏平郡，初謁圣廟，見學宮當地地震之后，俱系新建，規模整飾，而木主已朽壞?！保ㄍ跞犍m，2003）。

再據清·平陽重修郡學碑（1734年）記：“學校設于郡、于州、于縣，一也。而郡學為支屬所觀法，尤郡政之先務?！?。平陽郡學修于國朝康熙三十四年地震圯后，一切祭杞陳設、禮樂諸器，則備于四十七年間前守東武劉君之手，詳郡乘所載劉君碑記中?！保ㄍ跞犍m，2003）。

以上文獻資料記載說明，在1695年大地震時，臨汾文廟再次遭到“盡行倒塌”般的毀壞，震后由政府出資重建。在重建中可能使用過舊材料，10年后（1708）又見有木柱朽壞的現象。臨汾城內就一座孔廟。梁思成先生所見到有巨大昴的孔廟，當是該廟。

（3）臨汾大云寺分塔

臨汾大云寺始建于唐貞觀六年（632年），曾多次重修?，F今屹立的古塔，是1695年大地震后重建的產物。

據清·平陽府城大云禪寺重修碑記：“平陽府郡城西南隅，古有大云禪寺，俗曰鐵佛寺。肇自大唐貞觀六年建寺，屢代重修。中有金頂寶塔一座，上出重云。偶于大清康熙乙亥歲夏四月六日戌刻，忽遭震變之災，寺廟傾塌，民居無存，壓死男女不可勝記。地聲如雷，經年不息。至五十四年乙未歲，復有善士陳國信，始發慈念，請設會教，督工盡力，兼募四方檀越，謹卜是年春二月一日，命工起建，始立寶塔根基，層層日葺，修至年月日，工成告俊。……”（王汝鵰，2003）。

再據清·平陽府重修大云禪寺浮圖碑記：“……。按郡志，浮圖建于唐貞觀六年。……。由唐而五代、而宋、而元、而明、歷千兩百載，浮圖有無修殿，當亦無關興廢，都不知載?！?。歲在康熙乙亥，坤維偶而失奠，浮圖隨毀。毀三十年，而余來守茲土。省問疾苦，比多旱干，歲屢不登，膠癢之士亦鮮獲雋?！｀岛酰∈繛槊袷?，民為邦本，食為民天?！?。愛集諸紳士，鳩工庀村，度其費亦不甚巨。……。計工起于雍正五年二月，迄于六年三月?！保ㄍ跞犍m，2003）。

已有文獻資料說明：①臨汾大云寺、及金頂塔始建于唐貞觀六年，曾歷代重修（其中包括梁思成先生提到的1651年重修）；②1695年大地震時，廟宇、寶塔傾塌，民居無存；③大地震20年后（1715年），才重建寺廟，并始立寶塔根基；④因連年旱干等原因，直到1728年春，大云寺內的寶塔才完成重建。這就是說，梁思成先生所見到的大云寺方塔，應該是在1695年臨汾7?級地震之后重建的產物。

本節所述內容表明，洪洞廣勝寺（包括上、下寺及飛虹塔）、臨汾孔廟和大云寺方塔等，這些曾被梁思成先生認為是“不守常規”的古建筑，都是遭受大地震毀壞后重建的產物。

3 探討

現今，防震措施是指根據抗震理念設計原則，進行建筑和結構總體布置、地基處理、選擇材料并確定細部構造的過程。各類工程結構的防震措施要求，都是根據地震災害的特點和工程經驗等所形成的基本原則而規定的。中國的古建筑雖然具有較強的防震性能，但大地震災害仍屬于偶然事件，難以避免，大量的古建筑不得不在大地震后重建。在重建工作中，先人們有可能根據震害經驗采取某些“不守常規”的措施，以圖更有效地防御和減輕地震災害。本文擬針對前述震后重建的古建筑，探尋其防震措施。

（1）巨昴的防震作用

昴是指外檐柱頂端華拱上部從內面向下斜伸的懸壁長木構件（圖5，梁思成，2001）。昴的上端稱為昴尾，常由梁或榑的重量將其下壓，從而成為支承排出的屋檐的一根杠桿。有的古建筑，如山西五臺山的佛光寺大殿，屋檐排出達4米，可以見昴的作用很重要。木結構房屋自身具有較好的耐震柔性性能，在遭遇大地震時，屋架經反復搖擺，可能傾斜，但不會像磚石結構那樣容易倒塌。但是，人們受到地震驚嚇都會倉皇外逃，而檐瓦掉落或屋檐垮塌，卻成為傷亡的主要原因。由巨大的昴支撐的屋檐，比常規的昴要穩固一些，不易垮塌。當由巨大的昴取代梁時，屋檐的整體性更好，屋檐不會因昴尾同梁之間脫節而垮塌。

因此，無論是1303年洪洞8級地震后廣勝寺的重建，還是1695年臨汾7?級地震后孔廟的重建，所采用的不守常規的巨大昴構件，有時甚至取代梁的做法，實際是提高屋架的穩固性，也就是增強了防屋檐垮塌能力，減少地震傷亡的防震措施。

（2）飛虹塔的防震特點

建于1515年的山西洪洞縣廣勝寺飛虹塔，曾被梁思成先生視為“特例”（梁思成，2001）。但用現代防震理念來看待，該塔的特例卻具有防震的特點。

首先，“在結構上，全塔實際上是一座實心磚墩，僅有一通樓梯盤旋而上”。這種實心磚墩增大了橫截面積，對比“空心”塔來具有更強的防震性能?！八彩龑?，塔身逐層收分甚驟，毫無卷殺，形成一座比例拙劣的八角錐體”。八角錐體比四角或六角錐體具有更好的軸對稱性。收分甚驟的八角錐體，雖然不夠秀美，但相對于同樣高度的塔卻降低了重心，減少了地震作用下的搖擺力矩，增強了防震能力。從飛虹塔結構受力示意圖（圖6）中可以看出，其重心高度約為全高的2/5左右，若為追求外形的優美而采取較小的收分或上下收分，將會顯著提高重心高度，造成在地震力的作用下底部彎矩增大，由于磚砌體本身的強度特性，邊緣一旦出現拉應力則可能迅速導致塔的破壞。

圖中為水平地震力，為質心位置，為重力，c為質心高度。這個時期的塔普遍出檐很淺，而斗拱纖細甚至取消。而飛虹塔卻“各層出檐則交替地以斗拱和蓮辨承托”。仍然采用斗拱和蓮辨承托其屋檐，必然使其屋檐更加穩固，在地震中不易塌落。尤其是在其底層周圍，環有一圈過寬的木構回廊，在梁思成先生看來很不美觀，甚至很“拙劣”，但其在地震時可以起到很好的防護作用，萬一塔身某些不堅固的物體掉落下來，不至于傷及塔下的人員。

該塔雖然建在霍山南端山脊之上，地震中受弧突地形加鞭稍效應的影響較大，由于具有上述防震的特點，經受住了多次大地震的考驗。在1556年陜西關中8?級地震時，影響到洪洞廣勝寺一帶的烈度為Ⅶ度（國家地震局地球物理研究所等，1986），飛虹塔安然無恙。1695年臨汾7?級地震時，廣勝寺所在的洪洞趙城位于Ⅷ度影響區內（國家地震局地球物理研究所等，1990b）。據實地考察、考證，飛虹塔只是塔頂4個小金頂中的2個被震壞，并于1703年修復（王汝鵰，2003）。

所以說，在1303年山西洪洞8級地震之后重建的廣勝寺飛虹塔，采取了一些不符合建筑美學的做法，但卻是該塔的防震特點。

（3）大云寺方塔的防震優點

現存的大云寺方塔，是1695年臨汾7?級大地震后重建的產物。方塔底層供奉有高約6米的巨大佛頭像。整座塔逐層收分甚驟，像四面錐體，被梁思成先生視為外觀不佳，全然不合常規。因該塔底層供奉有巨大佛頭像，若按常規設計建造，塔高將難以實現。收分快，降低了塔高，也降低了塔的重心，縮短了塔的自振周期，塔的底面積又大，這就提高了塔的穩定性，增強了防震能力。同時由于盡可能降低塔身整體的重心，這就在一定程度上彌補了塔底部大開間造成的重心升高的不利特性，從而實現了結構與功能的統一，滿足既定功能的同時保證了塔身整體的在水平地震力作用下的剛度和強度，犧牲外觀美觀的代價也是能夠接受的，大云寺方塔結構受力示意圖如圖7所示。

圖6 飛虹塔結構受力示意圖

圖7 大云寺方塔結構受力示意圖

圖中為水平地震力，為質心位置，為重力，c為質心高度。雖然該塔重建后未經大地震的考驗，但類似的震害經驗可以間接證明。在1556年陜西關中8?級地震時，西安的影響烈度為Ⅸ度（國家地震局地球物理研究所等，1986）。其外形與大云寺方塔類似，建于701—704年的西安慈恩寺大雁塔，經地震后完好無損。而外觀秀美的西安薦福寺小雁塔（建于707—709年），卻在地震時遭到塔頂垮落，塔上部沿歲口產生貫通裂縫。（梁思成，2001）。

所以，大云寺方塔的外觀雖不佳，但其結構形式具有底面積大、重心低、自振周期短等防震優點。

4 結論

綜上所述，可得如下結果：

（1）中國的建筑一直采用著一種土生土長的構造體系，從史前時期以來，始終保持著自己的基本特征。中國的古建筑早在漢代就基本定型，到唐代和宋代已經豪勁而完美了。在宋朝還頒發了長達34卷的《營造法式》工程規范，對基礎、結構、構件、乃至門歲和磚瓦都有明確的規制。

（2）在中國的古建筑中，尤以木架結構體系為主，磚石結構為輔。而木構架房屋具有較高的防震性能。在眾多至今保存完好的古建筑中，有經受過Ⅷ度、甚至Ⅹ度地震影響的實例。災害性地震仍屬偶然事件，難以避免。大量的古建筑不得不在大地震后重建。先人們在大震后的重建中，可能會根據震害經驗采取某些“不守常規”的防震措施，以圖避免和減輕地震災害。因此，擬以地震區典型的古建筑為例，探尋其防震措施。

（3）在梁思成先生所著《圖像中國建筑史》中，曾指出一些“不守常規”的古建筑。其中包括山西洪洞縣廣勝寺上、下二寺和臨汾孔廟等建筑結構，可見到巨大的昴，昴有時甚至被用以代替梁；廣勝寺的飛虹塔則是一座比例拙劣的八角形實心磚墩錐體，在其底層周圍，環有一圈過寬的木架回廊；臨汾大云寺方塔，其結構和外觀也全然不合常規。值得注意的是，這些被梁思成先生視為不合常規的古建筑，都在山西省的臨汾地區。而臨汾地區又是中國大陸上地震活動最頻繁、最強烈的地區之一。

（4）地方志書和地震碑文記載的史料表明；①洪洞廣勝寺上、下寺及飛虹塔，是在1303年8級地震時遭受“廟、塔傾頹”的毀滅性破壞后，經14年才建成下寺，到1515年才建成飛虹塔；②臨汾孔廟在1695年大地震時又遭到“盡行倒塌”般的毀壞，震后由政府出資重建；③臨汾大云寺及金頂寶塔在1695年大地震時遭到“廟宇、寶塔傾塌，民居無存”的毀壞，震后20年才重建寺廟并始立寶塔根基，直到1728年春才建成現存的方塔。所以說，這些“不守常規”的古建筑，都是遭受大地震毀壞后重建的產物。

（5）用現代防震理念來看待上述古建筑中不守常規的做法，恰恰是防御和減輕地震災害的有效措施。其中：①在廟宇大殿中采用巨大的昴構件，有時甚至取代梁的做法，實際上是提高屋架的穩固性，也就增強了房屋檐的抗垮塌能力，可減少地震造成的人員傷亡。②飛虹塔的實心磚墩增大了橫截面積；八角錐體具有更好的軸對稱性；收分甚驟降低其重心；各層出檐則交替采用斗拱和蓮辨承托，使其屋檐更加穩固；底層周圍過寬的木構回廊，有很好的防護作用。③大云寺方塔的外觀雖不佳，但其結構上具有底面積大、重心低等防震優點。這就是說，先人們在大地震后的重建中，可能會按震害經驗采取某些不守常規的防震措施，雖然在結構外觀上不夠美觀，但卻增強了建筑物的抗震性能。可以推想，如果梁思成先生注意到這些不守常規的建筑都是大地震后重建的產物，有可能就不再將其視為另類，也許會從抗御地震災害的角度得出更為合理的解釋。

致謝：李小軍、劉愛文、吳健研究員對本文提出了寶貴的意見和建議，吳健研究員為本文提供了結構動力圖件，已故工程地震專家鄢家全先生在生前將梁思成的著作推薦給許多同事和研究生閱讀，并就書中的一些觀點展開過討論，對本文的撰寫思路很有啟發，在此一并表達謝意！

國家地震局地球物理研究所，復旦大學中國歷史地理研究所，1986．中國歷史地震圖集（明時期）．北京：地圖出版社．

國家地震局地球物理研究所，復旦大學中國歷史地理研究所，1990a．中國歷史地震圖集（遠古至元時期）．北京：中國地圖出版社．

國家地震局地球物理研究所，復旦大學中國歷史地理研究所，1990b．中國歷史地震圖集（清時期）．北京：中國地圖出版社．

梁思成，2001．圖像中國建筑史．梁從誡譯，天津：百花文藝出版社．

羅哲文，1990．中國古代建筑．上海：上海古籍出版社．

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謝毓壽，蔡美彪，1987．中國地震歷史資料匯編第三卷（清時期）．北京：科學出版社．

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Discussion on the Earthquake Prevention Measures of Ancient Architectural Buildings in China

Zhang Zhizhong

(Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China)

China's ancient architecture as early as the Han Dynasty on the basic stereotypes, to the Tang, Song period there is a clear regulation, and Mr. Liang Sicheng in the “A Pictorial History of Chinese Architecture”, referring to some of the “non-conventional” of the building. In this paper, we find that they are the product of the 1303 Hongdong8 earthquake and the7? Linfen earthquake in 1695. Further analysis found that, with the concept of modern shock to treat, the first people “not to observe the conventional” approach is actually based on the experience of earthquake damage to take effective measures. These protective measures for consideration. Although the appearance of the building is not good, but enhance the shockproof performance of buildings.

China；Ancient architectural buildings；Earthquake prevention measures

1基金項目 國家科技支撐計劃課題2015BAK18B01“縣市防震減災能力評價模型及風險動態評估系統研發”資助

2016-07-20

張志中，男，生于1954年。高級工程師。早期從事地震儀器研制工作?，F從事歷史地震和工程地震工作。 E-mail：zhizhong1954@126.com

張志中，2017．中國古建筑的防震措施探討．震災防御技術，12（1）：194—202．doi：10.11899/zzfy20170120