从中国故宫到希腊神庙:古代建筑是如何抗震的?

美国有一句名言是这样说的:“地震不会杀死人,杀死他们的是建筑物”。稍微反思一下,你就会知道这就是真正发生的事情。如果你站在没有建筑物的农业或沙漠地带,也许地震不会伤害你。但是,当那些沉重的建筑物倒塌压在业主的头上时,灾难就会发生。因此,古往今来,地震与建筑有着密切的关系。多年来,人类一直在探索建造建筑物的最佳方法,以便在灾难袭来时避免或至少减轻灾难。

这种关系不是现代的产物。古代文明就已经知道地震,即使他们不了解它的地质原因,无论是有意还是无意,他们试图克服地震并将知识传给后代。古代文明与建筑和地震的关系并不取决于寻求避免损失。相反,科学家们认为,一些文明已经改变了它们的建造方式,致力于利用地震的某些影响来谋取利益。

而目前,地质学家和建筑师正在努力发展一种建筑理念,尽可能保护人类免受地震袭击的风险。因为尽管人类已经达到了所有这些科学发展,但仍然很难预测即将发生的地震的位置和强度。因此,我们必须时刻做好准备。

中国:600年里经受了200次地震的建筑物!

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有很多关于抗震建筑的消息从中国传来,这使得北京成为该领域的全球领导者之一。但中国建造高达100层的抗震建筑的这种发展并非一蹴而就,而是从紫禁城开始的中国建筑哲学的长期信息传递和发展的产物。

故宫以在600多年的历史中经受了200多次地震而闻名。这使它成为中国首都北京最著名的历史古迹之一。这座城市有一座宏伟的宫殿,在6个世纪里曾住过24位皇帝,宫殿内藏有近百万件文物。此外,它还被认为是最抗震的建筑物之一。该地区的地震袭击促使其居民发展他们的建筑理念以抵御强烈地震。这是一种不断发展并代代相传的理念。然而,一个工程师团队还是对以紫禁城风格设计的建筑进行了10级震动测试,但并没有发生什么事情。

“斗拱”:中国建筑稳健的秘诀

在上述经验中,建筑师发现,中国古代建筑经久耐用的最重要因素之一是称为“斗拱”的建筑技术,字面意思是顶或块。它是包含在建筑物中的一种结构元素,由木制支架组成。

斗拱结构是最抗震的建筑形式之一,这种木结构已经帮助许多建筑物抵御了数百次毁灭性地震 (Shutterstock)

这些形状在构造时不使用钉子或胶水,其中的诀窍在于:互锁拱将重量转移到垂直柱上。从而减少水平梁上的压力。从结构力学的角度来看,斗拱结构是最抗震的建筑形式之一。这种木结构帮助许多建筑物抵御了数百次毁灭性地震。发明这种必须由专业木匠建造的木制结构的功劳可以追溯到中国古代工程师。

历史学家克劳斯·茨威格(klaus zwerger)在他的《木头和木头接合:欧洲、日本和中国的建筑传统》(Wood and Wood Joints: Building Traditions of Europe, Japan and China)一书中解释成,中国古代文化中的建筑系统依赖于比例和协调。而这不是他们一朝一夕就能发现的,而是需要几千年的观察,才能从结构上达到合适的尺寸。这些尺寸使他们能够建造出既不缺乏美感,又能同时抵御猛烈地震的建筑。

直到现在,中国并没有在建筑上抛弃这一建筑遗产,而是将其输出到周边文化。许多当代设计师依靠这项技术同时创作出惊人而强大的建筑作品。这些日本建筑师中最著名的就是隈研吾,其最著名的现代建筑包括梼原木桥博物馆和积木咖啡馆等采用中国古代建筑技术和抗震技术建造的建筑。

印加:灵活性比坚固更重要

从亚洲到南美洲,我们发现了一个被考古专家和建筑师称为“建筑是其最大成就”的文明,也就是印加文明。这些专家特指建筑马丘比丘(Machu Picchu)。这是一座位于秘鲁安第斯山脉高处的石头城堡,建于十五世纪。

印加建筑是使用没有胶水、水泥或钉子的紧密排列的石头建造的,依靠重力将石头粘在一起。然而,那些没有物理连接的石头,你无法在它们之间滑动任何东西,即使像信用卡一样厚。

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虽然秘鲁是地震多发地区之一,但这些石头在重力作用下聚集在一起,经受住了1746年一场名为“利马和卡亚俄”的8.8级大地震。当时,楼房摇摇晃晃,但并没有倒塌。这是由于石头彼此和谐放置的技术和比例,因此它们在地震期间和谐地振动,然后由于重力再次下压。到目前为止,这个地方被认为是所有试图同时理解这种简单而复杂的建筑技术的建筑师的目的地,这种建筑有能力承受袭击地球的最强烈的地震。所以,他们中的一些人花了40多年的时间研究这种架构。

因此,2016年在秘鲁建造的一所大学建筑被称为“现代马丘比丘”,并获得英国皇家建筑师学会颁发的世界最佳新设计一等奖,或许也就不足为奇了。也许该建筑的设计和建造方式与古代印加人不同,但建筑师们在其建造过程中使用了一些他们能够在这座坚固的建筑中破译的细节。

一总之,很可能我们还没有达到足够的建筑能力来建造灵活到这种程度的建筑。但是现代建筑已经找到了使建筑物在地震中更具灵活性的方法,即通过构建类似弹簧的“拉链”支柱,从而使建筑物在发生地震时的移动更加灵活。

还有另一种建筑方式,可以减少地震时建筑物振动的影响,使其运动更加灵活,不那么猛烈。它被称为“Damper”,意思是“阻尼器、减震器”。这是地震阻尼系统的一种,用于高层建筑中以抵抗地震荷载。这项技术于1950年首次应用于世界贸易中心的建设,并从1980年开始广泛使用。减震器就像开车遇到颠簸时的汽车助手,里面有一种粘性液体,有助于减震。

液化现象:不要在这里建房

“不要在这里建房”。这是日本东北海岸一个小村庄一块10英尺高的石碑上用日语写的一句话。这是几个世纪前祖先留下的一句话,警告后代不要在那个地方建房,因为那里很容易发生海啸。因此,几个世纪前,日本人就意识到建造建筑物的方式与建造建筑物的方式同样重要。人类吸取的这一教训,或许是以一种严酷的方式实现的,并在塑造和改变我们现代时代的建筑理念方面发挥了重要作用。

我们现在讨论的是细沙土在地震中发生的“液化”现象。那时,地球会变成一滩水或“胶冻”,上面无法支撑任何一座坚固的建筑物。1985年墨西哥城遭受里氏8级地震的灾难,造成数千人的建筑物和生命损失,以及数百万美元的救援和重建行动,就是这种现象的一个例子。

我们从这场灾难中吸取的教训与建筑本身无关,而是与我们将建设的土地的性质有关。许多世纪后,后代可能会在所有土壤由细沙组成的地方找到我们的警告,即建议他们不要在这里建造家园。

地震断层上方的神庙

以往的经验和例子告诉我们,一些文明从过去的错误中吸取教训,成功地开发出能够抗震的建筑。但其他一些文明并不满足于此,而是决定从地震的影响中受益于文化和建筑。

在英国普利茅斯大学2017年发表的一项题为“地震断层可能在塑造古希腊文化方面发挥了重要作用”的研究中,研究人员提出了一种可能性,即古希腊人可能有意在之前受过地震活动影响的土地上建造神庙,这背后的原因是什么呢?

当地震发生、地面出现裂缝时,一些烟雾和气体可能会从这个裂缝中冒出来,使吸入它们的人感到欣快,并给他们一种类似于吸毒的感觉。所以,当时的地震导致了希腊最著名的女巫团体之一“德尔斐(Delphi)女巫”的出现。

阿波罗神庙建在石灰岩之上,石灰岩被两条相交的断层打断,地震活动导致从埋藏的油气藏中释放出极少量二氧化碳、甲烷和乙烯气体 (Pixels)

最突出的例子是阿波罗神庙,其历史可以追溯到公元前1400年。它建在石灰岩上,由于地震活动,两条交叉裂缝使二氧化碳、甲烷和乙烯气体从埋藏的油气藏中释放出来,数量非常少。乙烯是一种具有甜味和麻醉气味的气体。这座神殿的女祭司吸入这些气体,进入了一种狂喜的状态,声称她们正在与神灵交流。因此,这座神庙对希腊文明产生了深远的影响,并成为其文化的一部分。

在同一项研究中,研究人员证实,德尔斐神庙并不是唯一一座建在地震断层上的神庙。但是,对于古希腊文明来说,有许多神圣而重要的地方,它们都建在散发出这些麻醉烟雾的地震断层之上。地球科学教授、该研究的作者之一伊恩•斯图尔特(Ian Stewart)称:“许多重要遗址,尤其是古希腊文明遗址,直接位于地震活动造成的断层线上方。这绝非巧合。”

斯图尔特解释称:“我并不是说所有古希腊圣地都建在断层之上。但是,虽然我们现在只看到地震的负面影响,但希腊文明却能够利用地震的影响来发挥其优势”。这对建筑物的架构和地点的选择产生了明显的影响。

也许我们无法阻止地震的发生,但是我们当然可以通过采用适当的建筑方式,以及从前几代人传承地震知识和历史经验的经验中获益,从而提高我们在地震中幸存下来的机会。

来源 : 半岛电视台