我们都听过童话故事《三只小猪》。故事里，猪老大的草房子和猪老二的木头房子都不如猪老三的石头房子结实。但地震来袭时，情况还是如此吗？

2023年2月土耳其7.8级地震后的土耳其卡赫拉曼

      2023年2月6日，土耳其在十二小时内连续发生两次7.8级地震，有超过16万栋建筑倒塌或严重受损，造成的损坏是土耳其现代史上最严重的一次。令人扼腕的是，土耳其老城区大量古迹在地震中毁于一旦，近2000年历史的加济安泰普城堡的部分堡体坍塌，而距离震中约160千米的耶尼清真寺主体建筑的圆顶部分也几乎全部坍塌。

因地震严重受损的加济安泰普城堡

       我们不难发现这些损毁的古建筑都是《三只小猪》故事中“最坚不可摧”的砖石建筑。我国古建保护专家、故宫博物院研究馆员周乾指出：“加济安泰普城堡和耶尼清真寺的建筑结构形式均为砌体结构，就是以砖石结构为主，将砖石作为核心承重材料的结构形式，加之砖石块体之间采用抗外力强度较差的砂浆连接，建筑抗震性能差。在水平向的地震作用下，连接砖石块体的砂浆很容易松散，导致砖石墙体松动、开裂，进而诱发建筑倒塌，这正是导致二者在地震中受损严重的重要原因。”

     看来，在自然的绝对力量面前，人类昔日的灿烂文明似乎不堪一击。自古以来，我国是一个地震频发的国家，但令人意想不到的是，在多震地区的一些古建筑走过百年甚至千年时光，虽历经百余次地震，却仍屹立不倒，而这些古建筑大多都为木结构。

中国传统古建筑以木结构为主

     众所周知，决定建筑物的抗震能力有很多方面，建筑材料是其中一个重要因素，它直接影响建筑结构的安全。这一期《古代建筑的抗震秘籍》，小编将带你走进世界上现存规模最大，保存最完整的木结构古代宫殿建筑群——故宫。我们将从建筑材料的角度看看这座木制宫殿究竟有什么神奇之处。

故宫 

百震不折的柔性建材——木材

    位于中国燕山地震带上的故宫始建于明成祖永乐4年，即1406年，至今已有600多年的历史，在这漫长的岁月里，它挺过了200多次破坏性地震，其中包括1976年那场几乎把唐山夷为平地的7.8级大地震，而故宫离那场地震的震中仅150公里。这座木制宫殿能屹立至今，与营建故宫的建筑材料——木材——不无关系。

一、天然抗震建材

    我国地大物博，拥有巨大的森林资源储备。同时，受到古代冶炼工艺等影响，铁制器具数量较少，树木作为一种储量大、易获取、易加工以及力学性能良好的材料在古代建筑中获得广泛使用。

    木材本身具有较好的弹性，这一特性让建筑物在短时间内可以缓冲地震带来的震动。遇到强烈地震时，其构件很难被折断。其次，木材有着天然的韧性，可以在地震中起到消耗和吸收外力的作用，从而起到减震的效果。再者，木材相较于石料，自重较轻，在地震中自重越轻，惯性越小，水平载荷也越小，建筑物晃动的程度也会相应减小。

    除了木材天然的抗震优势之外，我国木构古建筑采用榫卯、斗拱等构造做法，均有利于防震。

1、榫卯

木构建筑节点是榫卯结合，榫卯之间有缝隙，可以活动，从力学角度来讲属于半刚性节点。这种节点是非常有利于古建筑抗震的。地震来袭时，地震能量经过几万个榫卯的传递后，越来越弱最终消失，减少了对古建构架的破坏。

2、 斗拱

    斗拱是位于柱顶之上、屋檐之下的组合体，由很多小尺寸的斗形、弓形的木构件组成。无论是水平向还是垂直向的地震波，都不会造成斗拱破坏。发生水平地震时，斗拱的各个构件之间互相摩擦、挤压，并产生往复运动，它们犹如机器的零件一样，在地震作用下不断产生各种运动，耗散了大量的地震能量。事实上，大量的古建震害勘查结果表明，斗拱在地震作用下一般保存完好。木材的天然优势再加上能工巧匠的结构设计让这看似不堪一击的木材拥有了不俗的抗震表现。

     2017年，中国地震局结构力学研究所又做了一次类似的实验，不同的是这次动用了两台机器，制作了两组模型。一台上面组装了一座木构建筑模型，另一台建造了一座钢筋混凝土结构建筑模型。两个模型在外形、尺度、重量等方面高度相似，以求最大的可比性。在经过地震烈度为5度、7度、9度的震动之后，两座建筑都抵御住了模拟地震的考验。当实验增加至11度之后，混凝土建筑的柱头和柱根处严重碎裂、建筑报废；而木构建筑除了围墙倒塌之外，木构架依然安然无恙，仅发现角柱柱根处有6mm左右的位移。

三、皇家严选，妙招防腐

从明永乐帝到清宣统帝，历史上共有24位皇帝在故宫居住执政，因此营建的木材也绝非凡品，而是主要选择了金丝楠木和杉木。

                                                                          

      其中金丝楠木尤为珍贵，它被称为“木中之王”，木纹中带有金丝，因有着类似绸缎般的质感而得名，产量极为稀少，开采和运输都颇费功夫，因此即使是故宫也只有少数宫殿才有幸用上这种木材。

    故宫之所以选用金丝楠木作为重要宫殿的建筑木材并不仅仅因为它高端美观上档次，彰显皇家尊严。更重要的是它质地坚硬，冬不凉夏不热，不怕虫蛀，抗腐蚀能力极强，据说可抗千年不腐。

  

金丝楠木柱

      即使是皇氏严选的木材，但是木材还是有其自身的弱点——怕潮、怕蛀。水害是木材的主要威胁，潮湿会提高木材含水率，为木腐菌乃至白蚁创造生存条件。

      一方面故宫所在的北京，相较于南方，气候寒冷干燥，使得木材在这里能够更长久地保存，腐蚀木材的虫蚁较少，减缓自然侵蚀速度；另一方面，故宫还在墙体柱根、柱腰设置了“透风”。所谓“透风”，是古人在建筑上留的气孔，用来透风，透气。这种聪明的设计为支撑起故宫的木头们加上了防潮双保险。

故宫墙体的柱根和柱腰都设置了“透风”

故宫"透风"

      不仅如此，营造故宫能工巧匠们会在故宫柱枋、门窗表面做“地仗”，即在木质结构上覆盖一种衬底，包裹在木基层的表面，以防腐防潮，有利于避免木构件遭受日晒、雨淋、虫咬等破坏。故宫采用的地仗是由血料、砖灰、面粉、桐油、麻等材料调制而成的灰浆层层叠加而成，不但保护木料，提高建筑的整体稳固性，还能增加装饰效果。

当然，除了选材之外，结构、施工技术，后期维护等其他众多因素共同铸就了故宫的百年传奇。现今，随着时代的进步，越来越多的专家学者以及社会各界都投入到故宫的保护工作中，共同守护这座中华瑰宝。

  请持续关注《古代建筑的抗震秘籍》系列，我们将会为你一一解密。

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参考资料：

1. 周乾.故宫古建“添加剂” 丹宸永固的小秘密 [N]北京日报2021-05

2. 李诏宇.自然灾害中，如何护古建筑“周全” [N] 科技日报 2023-02

3. 炳文.中国传统建筑的先进性 [J] 古代园林建筑 2020-02

4. 曹佳佳.中国近代以来木结构技术的发展变异及困境 [J] 建材发展导向 2023-08

5. 赵玉霞.浅谈建筑材料对建筑抗震的影响[J] 中国包装工业 2015

6. 周乾.故宫古建筑如何抗震？[N]京报网2023-02

图片来自网络

上海市地震局海靓科普创作工作室

编辑：林佳思、杜励

校对：杜励

审核：刘子一