光杠杆

1991年山西六级地震,让42名德国游客

发布时间:2023/3/28 23:39:23   

20世纪90年代,42名德国游客慕名前往悬空寺,突然山前滚石飞落,悬空寺剧烈摇动,原来遭遇了一场六级地震,浑源县三分之一的房屋都遭到损伤,而悬空寺竟安然无恙地在崖壁之上,42名德国游客毫发无损。

悬空寺在山西大同浑源县,历史十分悠久,距今有多年的时间,始建于北魏年间,期间多次重建,现存建筑是明清时期所建。在初建时北魏孝文帝元宏,提出了“上延宵客,下绝嚣浮”的要求,从建成起就是道佛法三家流派的传教之地,整个寺院建在悬崖之上,被命名为悬空寺。

悬空寺始建时有一段传说佳话,据说当时北魏孝文帝经过恒山时突发奇想,要在没有基础的悬崖间建寺庙,这可难为了底下人,广贴榜文也没人敢揭榜。魏文帝震怒,想将天下工匠全部抓起来。这时,久居恒山的一对师徒挺身而出,他们冥思苦想,从蜘蛛结网的原理中突然顿悟,在悬崖峭壁上凿出眼洞,把飞梁想蜘蛛腿一样深深扎在洞中,由此开始修建楼阁大殿,达到了孝文帝的要求,成为天下闻名的景观。

像前文所说,悬空寺虽然建在悬崖上,却比建在平地上建筑还要稳固,而且作为木质结构,还能做到千年不朽。这是怎么做到的呢?

首先是选址,处于恒山金龙口峡谷的一个小盆地内,整体悬挂于崖壁中间,寺建在西侧向内凹陷的峭壁中。有三个好处,第一个是避免长时间暴晒,对面的主峰挡住了阳光,每天日照平均只有2个小时;第二是避免了雨淋,位于半山腰的一个凹槽处,第三还可以保持干燥,悬空寺下方是唐峪河,但由于峡谷谷口狭窄,大风通过峡口时得到加速,吹走了水气,保持了通风干燥。

其次是选材,该寺体全为木质结构,由质地致密、油性较重的落叶松木建成,防腐木梁选用的木材是当地产的铁杉木,而且都经过桐油浸泡的特殊处理,起到防虫和防风化的效果。所以,直到今天,虽然个别防腐木梁有轻微开裂,却不见腐烂。

最重要的是承重方式,整个寺庙的真正重力在屋顶,悬空寺工匠为了巧妙地分散屋顶的重力,选用三根上悬臂梁,每根上悬臂梁之间用一根顶梁柱撑开,通过框架结构分散屋顶的重力,而最下面横梁的多半依托在岩石上,受力相对稳定。这种原理即近代工程学中的预应力。预应力是近一百年才提出的概念,当时的工匠虽然没有总结出这一原理,但已经在实际建造过程中应用与创新。

在承重悬梁臂设计中,古人还巧妙运用了膨胀螺栓原理与杠杆原理,将27根衡梁置入栈道底部,底部悬梁臂相当于一个杠杆,悬空部分施加的动力与插入部分承受的阻力达到平衡,同时在插入石孔的一端打上楔子,楔子会撑开衡梁卡在石壁上,增强了悬臂梁的稳固性。

在寺院的木质构件的咬合上,则采用了榫卯结构,连接节点都是铰接,类似人的关节,可以允许小的活动,具有良好的抗震性能。在屋顶和柱子的交接处是木制斗拱构件,斗拱是由斗、昂、翘、升、坐斗五种木制小构件叠落而成,和榫卯结构一起组成柔性连接节点,在地震时能层层缓解地震力,支撑结构体系的安全。

悬空寺的建造,从选址、选材到建筑设计,都体现了令人叹服的工匠精神,环环相扣,缺一不可,这才有了千年不朽、地震不倒的悬空寺奇观,可以说是古代建筑智慧的集大成者,比如榫卯结构是河姆渡遗址中就出现的,后来在长期实践中根据不同场景发明了抬梁式结构、穿斗式结构,在悬空寺建设中得到应用。与此同时,悬空寺的科学思维直到今天仍熠熠发光,虽然没有总结成理论,却已经在实践中广泛应用,比如承重中应用的膨胀螺钉原理,是年由英国工程师发明的专利,在现代工业中非常常见。中华文明的博大精神,不得不让人叹为观止。



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