山西五台山佛光寺东大殿被梁思成称为“
中国第一国宝
”,是中国现存保存最完整、规模最大、等级最高、最古老的唐代木构建筑,也是中国唐代木构建筑遗存的最重要代表之一。
在其超过1100年的历史中,经历过多次自然灾害的考验,佛光寺所处的五台山位于华北地震区的汾渭地震带上,经历了包括至少8次5级以上的地震。尽管经历了如此频繁的地质灾害,佛光寺特别是其东大殿,仍然保持了较好的完整性和稳固性,这主要得益于其精湛的建筑技术和坚固的结构设计。今天就和大家来探讨一下佛光寺东大殿的抗震秘籍!
首先,让我们了解一下中西方传统建筑抵御地震方式的差异。西方传统建筑结构体系抵御地震作用的方式主要是“抗震”,其本质是
“对抗性”的,中国传统建筑结构体系抵御地震作用的方式与此殊异,其主要以“隔震”、“减震”方式应对地震作用,体现出“以柔克刚”
防灾理念,其特有的结构构造使得许多的结构构件之间相互作用(如柔性连接、摩擦滑移、耗能减震)而消耗地震动能量,以达到结构的减震、隔震之目的。
佛光寺之所以能够屹立不倒,主要有三大法宝。
一、“材分制”
建筑史学家傅熹年在其著作《中国科学技术史·建筑卷》中,详细描述了佛光寺东大殿的惊人之处:“佛光寺大殿竟然在建成后未经大修,构架毫无移动,构建不受压变形或破坏,坚挺屹立,经历一千一百余年,屡经地震而依旧完好如初。”他将其坚固之因追溯至“材分制”。1103年所编订的《营造法式》中对“材分制”有着精密而详尽的阐释:建筑所用的标准木材称为“材”,“材”分为若干等级,以材高的1/15为一分。规定了某种性质、规模的建筑大体需要哪一等级的材料,并确定建筑物的面阔、构建、断面为若干分。只要确定了性质和间数,应用模数,就能够构建出稳固而合理的建筑。《营造法式》虽然是宋朝出品的官方建筑范本,但是它是在唐代的基础上取得的。佛光寺在建造的时候,应该还没有这个叫法,但是已经有这个概念。
以东大殿为例,“材”的高宽为30厘米×20.5厘米,与《营造法式》中规定的3:2比例十分接近。这也正是从圆木中取材,确保最大承载力的木料断面采用黄金比例的体现。
二、斗拱结构
斗拱是中国建筑特有的一种结构。在立柱和横梁交接处,从柱顶上加的一层层探出成弓形的承重结构叫拱,拱与拱之间垫的方形木块叫斗,合称斗拱。斗拱在建筑物中起到了支撑和分散荷载的作用,使建筑物更加坚固和耐久,地震时能消耗地震传来的能量。
梁思成在佛光寺东大殿的发现中,甚至观察到了7种不同形式的斗拱。斗拱能够分散和传递来自不同方向的力,使得建筑物在地震中能够更好地吸收和分散地震波的能量。
佛光寺斗拱雄大,出檐深远,柱子粗壮,屋顶平缓,整体建筑风格为典型的唐代建筑。斗拱高度约为柱高的1/2,斗拱断面尺寸为210厘米×300厘米,是晚清斗拱断面的10倍;殿檐探出达3.96米,在宋以后的木结构建筑中是找不到的。同时,大殿梁架的最上端用了三角形的人字架,使用时间之久在全国现存的木结构建筑中可列第一。这样的设计不仅节省了木材,还减轻了建筑物的整体重量,使构架更大更稳固。
三、结构整体性强
在《中国古代木结构建筑技术(战国 -北宋 )》一书中,陈明达先生用纵架横架的方式对佛光寺进行了解读。它的铺作层是由尺度较小的木料交错咬合拼搭起来的整体结构。从平面上看这个结构形式由特殊柱网形式构成,以保证结构强度。纵横架组合构件有很好的受力特征。交错的纵横架稳定了结构,完成了梁与枋的交接,也呼应了檐口出挑的要求,使用的大部分材料还是小木料,从各方面看这种构件组合模式都有一定优势,外槽檐柱和内柱上的斗拱联为整体后,结构吸收地震能量的作用很强,因此这种结构形式具有非常好的耗能减震作用。
始建于公元857年的佛光寺东大殿历经多次地震仍能保持其结构的完整性,不仅体现了中国古代建筑艺术的高度成就,也反映了古代工匠们对自然界规律的深刻理解和巧妙运用。
参考资料:
傅熹年:《中国科学技术史·建筑卷》
陈明达:《中国古代木结构建筑技术(战国 -北宋 )》
无用研究社公众号:佛光寺-最后的大唐
古建伊始-大木作中的柱、枋、梁
高大峰 :中国木结构古建筑的结构及其抗震性能研究
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