故宫古建筑的梁与柱采用榫卯节点形式连接,梁端做成榫头形式,插入柱顶预留的卯口中。地震作用下,榫头与卯口之间反复开合转动,并产生小量拔榫。拔榫即榫头从卯口拔出,但不是脱榫,榫头始终搭在卯口位置。这种相对转动也是摩擦减震、隔震机理的体现。
柱顶之上为斗拱。斗拱由坐、拱、翘、升等小尺寸构架由下至上层层叠加而成。地震作用下,这些细小构件之间相互挤压、错动,可耗散大量地震能量,并能够延长建筑的晃动周期,产生隔震效果。地震结束后,这些小构件基本能恢复到初始位置,并保持完好。此外,厚重的屋顶犹如一个胖子,在外力作用下晃晃悠悠的往复摇摆,但始终保持稳定不倒,起到了很好的隔震效果。
太和殿梁架
力求真实 建造体现故宫建筑特征模型
太和殿是紫禁城内体量最大、等级最高的建筑物。按英国摄制组最初的设想,他们希望能复制太和殿的模型进行地震测试。
但受试验条件限制,建筑模型将在一个长宽均为3米的震动平台上接受地震考验,这意味着要按1∶20比例缩小建造太和殿模型。“缩小20倍后,太和殿模型中木柱便只有火柴棍大小,会导致试验严重失真。”周乾指出。
为了找到一个既能体现故宫建筑典型构造特征,又能满足试验要求的古建筑,周博士和摄制组导演反复论证研讨。最后,他们决定以故宫南三所大门为原型,按照清工部《工程做法则例》相关规定,对其开间尺寸进行适当调整,加工成缩尺比例约为1∶2的试验模型。
周乾介绍,模型建造过程中,瓦作、木作、石作等所有工序严格按照清工部《工程做法则例》进行施工。《工程做法则例》是清代官方颁布的建筑施工工艺标准。
在试验模型安装过程中,工人有一些不符合复原故宫官式木构古建的施工行为,如对斗拱采用了钉子、柱顶石平面尺寸过小、木材使用了裂纹较大的材料等等。周乾都让他们逐一进行了拆改,原汁原味地再显故宫官式木构古建的施工工艺特征。
“尤其是斗拱,古代斗拱构件间采用暗销及榫卯咬合,不采用钉子。我们希望能最大限度还原?清官式建筑结构特点。”周乾说道。
及时保养 促进古建筑益寿延年
据统计,自紫禁城建成以来,故宫古建筑经受了大大小小至少222次地震的考验,其中不乏像1679年北京平谷发生的8.0级地震和1976年唐山发生的7.8级大地震。
在周乾看来,故宫古建筑之所以能抵御非常罕见的地震,有个非常重要的前提是:这些古建筑在历朝历代得到了很好的维护保养。在古代,皇帝每年都会安排大量经费用于紫禁城建筑的修缮,并有专门的部门负责修缮工作。如明代为工部营缮清吏司,清代为内务府营造司。新中国成立后,故宫博物院先后成立古建部、工程管理处、修缮技艺部来对故宫古建筑进行定期维护和修缮。