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我要上观网|故宫内外设计均防震 “千龙出水”防被淹

2017-07-26 17:02:20

【观察者网 文/张雅琦】昨天,咱们的故宫又火了一把。这次是因为超强的防震能力。按照1:5的比例制作的故宫模型在10级地震的测试中屹立不倒

鼓掌之余,观网的读者也很热心地解释了背后的原因。

明镜止水解读
中国古建筑之所以采用木质柱梁承力结构,而不同于西方的砖石承力结构,就是因为中国是在地震带上,而欧洲地震则比较少。木质结构最大的特点就是弹性大,可以抗震,经受地震之后可以达到“墙倒屋不塌”的结果。这是古人智慧的结晶。这种测试其实就是显示中国传统古建筑的抗震属性。
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木头本身的韧性和部件之间的缝隙(弹性)可以允许整个结构在较大范围内安全地形变,部件之间的摩擦(阻尼)又可以把一部分能量消耗掉。最重要的是合理地安排部件的质量、弹性系数和阻尼系数是可以控制每一个部件本身的共振频率以及在基座不同频率振动时的振动幅度的,像火箭、飞机、桥梁、楼房之类,现在结构设计普遍要考虑振动控制。
正好上学期学过Mechanical Vibration Control,这是典型的Base Excitation的案例,控制它的振动不仅仅是一个木质材料或者榫卯结构这么简单。了解的越多就越是想赞叹古人设计的精妙。

但是,那么厉害的木结构也是有“天敌”的。

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尺有所短,寸有所长,木榫斗拱,抗震一流,火木天敌,小心烟头。

防火防腐要做好之外,还有同学担心这门好手艺会不会失传。

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快失传了,兄弟,卡榫现在只有老匠人会做了,我妈结婚带来十八格红木雕花大柜子,搬家时,木匠师傅直接看的跪了。600多斤大柜子,8面镂空雕花一根钉子没用,香港苏富比拍了个不如我们这个的,都要700多万。

不过,有同学觉得那就是杞人忧天。

解读
这不算什么,其实还是有所保留的,毕竟不能让老外知道太多中国的秘密。看看《营造法式》吧,里面比这神奇的多得是,只是能看懂的只有中国的国家级建筑师。木质建筑在中国消失主要是因为木材容易着火,而且木材需要砍伐大量的森林,如果未来有能代替木材的便宜纤维材料,那么这些建筑还是会出现的。
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这玩意不会失传,徽州休宁鲁班木工学校。每年都招生,严格要求,成绩优秀者封为匠士,据说毕业产品就是自己单独打个八仙桌,传统工艺。

那个鲁班木工学校是真的存在的。

鲁班木工学校毕业生 图片来源:中国教育报

据中国教育报报道,根据学校课程设置规定,徽州传统木工班的实训时间占全部课时的70%。在实训教学过程中,他们采用“教学做合一”的教学方法,从练习劈、刨、锯、划线、凿眼、拼板等基本功入手,然后学习制作方凳、长条凳、床架、子孙椅等简单家具。最后的“毕业论文”就是自己做出一张八仙桌和两把太师椅。

女学生正在练习木雕 图片来源:中国教育报

老师正在指导学生使用手摇钻 图片来源:中国教育报

故宫强大的防震功能不只在于起到减震器作用的斗拱,没有埋在土里的柱子,也降低了折断的可能性。

有同学想起了自己家的老房子也是这样的。

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家在北京,爷爷的四合院。  小时候,我就疑惑房子的柱子为什么在石墩上,不埋在土里,看了今日的录像我明白了。这是工匠们的智慧之处。

马上就有同学科普了,那个石墩子叫柱础。

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柱础还有防潮防腐的意思。而且柱础上有凹槽,柱子可以卡进去,在重力的作用下很稳当。

御花园柱础 图片来源:故宫博物馆官网

有防震功能的不止是故宫外在建筑,就连内饰也是有抗震设计的。

比如用长长的铁钩钩垂吊着的宫灯。如果发生地震,宫灯摇动幅度会很大吗?会不会有危险?

储秀宫内的宫灯 图片来源:百度百科

据中老年时报报道,地震研究所的专家表示:“没关系,这铁钩上接屋顶上的铁环,下接着宫灯铁环。屋顶摇晃,铁钩由于反作用力会向相反方向摇晃,宫灯又会向铁钩反方向摇晃,左晃右晃,力量相互抵消,不会有大的摇摆。可见我们的祖先为了防风而设置的方法,在抗震中也会有巨大作用。”

故宫的“绝技”可不只是防震,还记得那个永远不会积水的传说吗?

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我听说好像紫禁城不论多大的雨都不会积水的!不知是真的假的?

有同学就解释了,这是因为故宫独特的倒梯形地砖。

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故宫和北海团城的地砖是倒梯形,上面看似严丝合缝,砖的下部有二指宽的空隙,下面有三层,一层沙,一层小碎石,一层大碎石,按地势铺就,雨水顺势而流入大小排水沟,地面无积水。相比现代城市人行道的铺设,古代工匠真是聪明!

这位同学说的就是这种倒梯形青砖,底部有沟槽导水,进入涵洞,以蓄水。

图片来源:中国青年网

据京华时报报道,故宫曾经将大面积的地面铺装改为水泥地面和沥青路面,不利于排水和渗水。但是从2015年开始,已经逐步将全院的水泥地面和沥青路面改为砖石材料的传统建筑材料路面,不仅改善了景观,更提升了排水和渗水功能。

但是倒梯形地砖只是故宫不积水的原因之一。故宫建造之初,就对排水系统进行了精准测量、精密设计和精细施工。

据新华网报道,故宫的地面顺应北京地区地理环境特点,整体走势呈北高南低、中间高两边低,而且略有坡度。其中北门神武门地平标高46.05米,南门午门地平标高44.28米,南北地平高差约2米,这一坡降为自然排水创造了有利条件,使积水能缓慢排泄。

图片来源:京华时报

并且故宫的排水系统十分庞大,保留至今的古代雨水沟的长度超过15公里,其中暗沟长度将近13公里。而故宫内的排水沟渠全部通向内金水河,内金水河又与故宫城墙外侧52米宽的护城河相连,并同周边的外金水河、中南海等水系相通。

故宫内金水河 图片来源:京华时报

故宫外金水河 图片来源:海绵城市

后海 图片来源:海绵城市

故宫雨中排水景象 图片来源:京华时报

这些河渠可用于城市供水,汛情之下也可用于排水,保证不至于大量雨水和山洪流入紫禁城。

此外故宫还有许多的排水孔,比如下雨就能看到的“千龙出水”。

图片来源:京华时报

此外还有各种明沟、明槽、下水口都能快速地将水排出紫禁城。

各种下水口 图片来源:新华网

不过排水功能强大的可不止故宫一处,有同学就提到了赣州古城。

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说到排水系统,赣州古城更神奇。

这位同学说的应该是赣州的“福寿沟”。

“福寿沟” 图片来源:中新网

据新华网报道,福寿沟始建于宋代,它根据街道布局和地形特点,采取分区排水的原则,建成了两个排水干道系统,因为两条沟的走向形似篆体的“福”“寿”二字,故名“福寿沟”。近年来,我国许多城市因暴雨发生内涝,而同遭暴雨袭击的赣州,却“没有一辆汽车泡水”。

“福寿沟”内部 图片来源:新华网官方微博

首先,“福寿沟”利用天然地形的高低之差,采用自然流向的办法,使城市的雨、污水排入江中和濠塘内,免去了今人使用抽水机的麻烦。

其次,“福寿沟”还有12个水窗(即排水口)。水窗的闸门借水力自动启闭,十分巧妙。原闸门均为木闸门,门轴装在上游方向。当江水低于下水道水位时,借下水道水力冲开闸门;江水高于下水道水位时,借江中水力关闭闸门,以防江水倒灌。

最后“福寿沟”与城内三大池塘、几十口小塘连为一体,俨然一个活的水系。遇暴雨,它可调节雨水流量,减轻下水道溢流;江水回灌时,这些池塘又成为天然的蓄水池。

经历了漫长的岁月最终留存到现代的历史遗迹中也饱含了古人的智慧,将这份宝藏真正地继承下来,也是我们的责任。还有什么古人的智慧曾让你惊叹?

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张雅琦

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来源:观察者网 | 责任编辑:张雅琦
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