世界三大奇塔之一在中國！10.1級地震實驗巋然不動，問鼎全球木質建築最高水平

2017年8月8日21時19分

在四川阿壩州九寨溝縣

（北緯33.20度，東經103.82度）

發生7.0級地震

震源深度20千米

九寨溝縣遭遇地震

當地一建築室內牆上出現裂痕

還有天花板直接整個砸下來的

現場一片狼藉

截止2017年8月9日

早上9點30分

九寨溝7.0級地震

已造成13人死亡，175人受傷

讓我們一起

為九寨溝祈福

自2008「5·12」汶川大地震

到如今九寨溝地震

大量現代建築的倒塌

將受災人員困在廢墟中

或者建築材料掉落

直接將人砸死等報道

刺激著我們的感官細胞

中國是世界上地震

災害程度

最嚴重的國家之一

如何提高建築抗震性能

面對這些突如其來的災害呢?

中國有這樣一座千年木塔

完美的解答了這一問題：

元大德九年四月，大同路發生6.5級強烈地震，有聲如雷，波及木塔，而

木塔無事

；

元順帝時，應州大地震七日，塔旁舍宇皆倒塌，

唯沒見它巋然不動

；

350年前明王朝時,山西靈丘一帶曾發生烈度為9級的強震，房屋倒坍，人死幾千，而

木塔無損

；

1926年，山西軍閥混戰，對塔炮擊200餘發，塔身彈痕累累，不亞於地震，

木塔屹立不倒

；

近代，邢台、唐山、大同、陽高一帶的幾次大地震，均波及應縣，木塔大幅度擺動，風鈴全部震響，持續一分多鐘，過後

木

塔仍巍然屹立······

這座歷經千年風雨而不倒

數十次地震而不塌的木塔

就是

位於山西朔州應縣的

應縣木塔

↓↓↓

這座建築的全名為佛宮寺釋迦塔

建於公元1056年

它是中國現存最高最古老的

純木結構樓閣式建築

2016年9月27日

被世界吉尼斯認定為世界上

現存最高的純木結構建築

與比薩斜塔、埃菲爾鐵塔並稱「世界三大奇塔」

木塔全部用

純木

建成的

塔身整體架構

沒有一根鐵釘

數以萬計的構件

全靠榫卯

互相咬合

固定在一起

塔高67.31米

相當於今天三十層樓的高度

耗材紅松木料

3000立方米、2600多噸

梁思成曾經說道

「今天正式去拜見

佛宮寺塔（應縣木塔）

絕對的Overwhelming(勢不可擋)

好到令人叫絕，喘不出一口氣來半天!」

即便是在現代

在不使用現代工具的情況下、

搭建20多層的樓房

也是難上加難

郭教授大發感慨：

"真讓人難以想像當年的工匠是怎樣做的。"

此塔是"當之無愧的世界建築史奇蹟"

在建成的近千年的歲月中

應縣木塔曾遭受了多次

極具破壞性的地震

但每一次都能全身而退

僅強度五級以上的地震

就高達十幾次之多

在風雨之中屹立不倒

那應縣木塔到底有什麼神奇之處

可矗立千年而不倒呢？

最近英國第4電視台

推出一系列中國紀錄片

揭露了這一偉大建築奇蹟的秘密

讓一眾外國吃瓜觀眾們全都看傻了眼

為解開其中秘密

故宮專家帶著外國木匠

一起做了個實驗

按照1:5的比例

以中國古建築榫卯和斗拱的結構

複製出一棟微縮古建築模型

並對它進行地震模擬測試

模型依次挑戰

4級、4.5級以及5級地震

每次持續30秒

斗拱結構只是受到拉扯

整個模型輕微晃動

實驗員

接著測驗

7.5級的地震強度

左右兩面的牆

明顯已經支撐不住，

轟然倒塌

實驗強度進入

9.5級的地震強度

這種地震的威力

相當於200萬噸

TNT炸藥

搖晃愈加劇烈

但是木結構的建築模型

也只是晃晃

接下來就是見證奇蹟的時刻

在10.1級的地震強度時

建築模型簡直是岌岌可危

可是

儘管經歷了如此持續

而又劇烈的晃動

模型卻仍穩穩噹噹地立在原地

紅色標記為柱子原先位置

即使經歷了10.1級的地震

建築主體木結構依舊完好無損

只有柱子有輕微的移動

這就是木建築抗震的第一個秘密——

柱子

一般國外建築的柱子

都是深扎在地基里 

一遇到強震就會直接從中折斷

而中國應縣木塔的柱子

高度與柱子的橫斷面之比

用現代方法複核

這一精巧的比例

完全符合現代科學對

木質壓桿的要求

有一定的移動空間

這就避免了因折斷而造成的整棟倒塌

哪怕遇到強烈的震動

只會稍微發生一點位移

第二個秘密就是建築本身的

材料——

木頭

我們先來看一張圖片

↓↓↓

這是2016年

在靜安寺廣場的

一個木質建築裝置

它很好的展現了

木材

很強的可塑性

其柔軟的性質

使得它具有相當的彈性

自我恢復能力

中華民族

自文明伊始就睿智地選擇了

木材作為結構主材

木材本身就具有彈性、

柔性

能夠彎曲出各種柔軟的樣子

當地震發生的時候

木材在地震力的衝擊下

產生一定的變形

能夠很好的削弱地震的衝擊

如果木質建築物倒塌了

會留出很大的生存空間

而且，木質材料重量最小

磚塊和水泥會破碎掉落

造成人員受傷

而木質材料就不會

圖：破碎的混凝土

圖：地震後碎裂的混凝土

而由木材的使用

衍生出來的

榫卯和斗拱

更是精巧的發明

我們的祖先早在七千年前就開始使用

這種不用釘子的構件連接方式

使得中國傳統的木結構

超越了當代的建築排架

榫卯鏈接形成了

「柔性連接」

所有的榫卯的接頭

都是交叉在一起的

本身沒有釘死

有一定的靈活性

當地震來臨

地震的振動帶動斗拱共振

木結構就不會損壞

這跟

斗拱

的作業原理相似

斗拱這一結構精巧的支架

由拱形和方斗形木塊

層層交錯疊加而成

不用一顆釘子、一滴粘合劑

只靠著羅列本身

就能牢固地組裝在一起

圖：應縣木塔上的斗拱

斗拱不僅異常堅固

能承受很大重力

甚至支撐起巨大的屋頂

還因其結構本身的特點

極富靈活性

斗拱結構

就相當於汽車裡的減震器

木塊像十指交叉一樣牢固結合

每層又有鬆動的空間

零件的摩擦和轉動

有效抵消了地震產生的衝擊力

說起來好像很簡單

但是

應縣木塔光斗拱就

60多種

還不算之前的榫卯節點

中國古代工匠的智慧

不容小覷

圖：應縣木塔平面圖

應縣木塔建築平面為八角形

採用

均衡對稱的柱網平面

形成一個具有一定柔性的

整體框架結構體系

比正方形的建築減少5%風壓

有利於建築降低風的阻力

內、外兩圈八邊形立柱

內圈主柱8根

外圈主柱24根

內柱環繞的空間是佛堂

內外柱之間的空間

是通道和樓梯

形成一個中空的

雙層套筒結構

據清華大學建築學院

教授郭黛恆介紹

木塔採用的雙層套筒結構

十分先進

與現代高層建築所採用的

"內外筒體加水平桁架"

的結構體系極為相似

因此郭教授稱其為

"現代高層建築筒體結構之先驅"

應縣木塔一共九層

其中有四個結構暗層

夾在五個明層之間

建築的結構暗層

增加了

斜向的支撐

將上下的斗拱層和直立的柱子

整個連接成一個整體

形成剛性層

圖：剛性層內部照片

這樣的剛性層一共有4個

牢牢地將建築箍在一起

與現代建築中的「圈樑」近似

具有很強的抗震性能

就好像竹子的

竹節

一樣

在脆弱的節點進行加固

這樣建築的抗震性能

就會直線上升

對木塔頗有研究的應縣文管所

原所長馬良先生說

木塔之所以能抗這麼大的地震

現代科學已找到答案

這是因為木塔明層夾暗層

形成了

剛體結構和柔體結構的有機結合

每遇大地震

這種結構便會將巨大的衝擊釋放掉

足見其整體結構的科學合理

中國歷史上還出現過

整個木結構被地震

震得飛出去

但是建築主體毫髮無傷的情況

證實了古代木建築

「牆倒屋不塌」

的功效

圖：梁思成

當年中國對於應縣木塔

最先研究的人是

建築大師梁思成

他見到應縣木塔後

不由感嘆道：

這塔真是個獨一無二的偉大作品！不見此塔，不知木構的可能性到了什麼程度。我佩服極了！佩服建造這塔的時代和那時代里不知名的大建築師、不知名的匠人。

在看過英國第4電視台

推出一系列中國紀錄片之後

外國小夥伴們

一個個看得目瞪口呆

被神秘古老的東方智慧

深深震撼

哇！我們的先人真是偉大的工程師。

宮殿頂部的支撐結構真有意思，我從來沒見過。我猜它們能分散壓力增加靈活性。

古代人可以建成抗震建築，說不定將來我們可以建成防火建築。

中國網友們更是激動不已

民族自豪感爆棚

古人解決建築問題的智慧

即使在今天看來也覺得不可思議

尋找「木塔千年不倒之謎」

的過程

充滿了懸念

但是終極奧義是

包含在

中國古代木建築中的

中華民族

的哲學智慧——

以柔克剛

中國古代建築

尤其是木結構建築

在抗震方面的表現尤為傑出

我國許多古代建築的木結構

都成功地經受過大地震的考驗

遼寧義縣奉國寺大殿

天津薊縣獨樂寺觀音閣

雲南通海聚奎閣等等建築

還有蛋蛋姐本次解析的

應縣木塔

千百年來均經歷過多次地震

仍然傲然屹立……

這些主體為木結構的建築

之所以具有較好的抗震性能

其一在於木材的選用

先天地賦予了它以一定的抗震能力

更重要的是

我們的祖先在一次次成功與失敗中

總結並創造出了

一個個充滿智慧和技巧的構造措施

這些措施有機地結合成了

一個「以柔克剛」的整體

整個建築和諧共生

像大樹一樣從土地里生長出來

用一個一個令外國結構學家

瞠目結舌的

超靜定姿態

來有效地消減地震波

的衝擊

當現代建築設計

將9級地震輕度列為

終極目標時

我國古代

傑出

哲匠們

創造的木結構

卻在無為之中

達到了這個苛刻要求

有人說

西方建築史是「石頭的歷史」

中國建築史是

「木頭的歷史」

西方磚石結構是剛性結構建築體系

中國土木結構是柔性結構建築體系

西方人以剛性的磚石結構抵抗自然災害

中國人以柔性的土木結構防禦地震破壞

前者是「以剛克剛」

後者是

「以柔克剛」

而中國木建築抗震的代價

遠遠小於西方的「剛」

不能不讓人嘆服「柔」的力量

酷玩實驗室整理編輯

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