抗震,民居重建的核心
2009-07-18寸丽香
寸丽香
编者按汶川地震中,导致倒塌房屋的原因很多,北川中学、映秀中学等学校教学楼倒塌除有“豆腐渣工程”等原因作祟外,也有一些其他方面的问题值得研究。比如,当地民居本身的构造。本文作者曾亲历1996年的丽江大地震,仔细研究过唐山地震相关资料,日前又赴四川地震受灾最重的北川县城就房屋进行专题调研。他认为,尽管目前人类对地震这种天灾还无法进行准确预测和采取其他控制措施,但可从改善房屋结构、提高房屋质量等措施来降低甚至彻底消除地震灾害。
三次地震让我们发现了什么
毫无疑问,地震中大量人员伤亡主要是因为包括民居在内的建筑物倒塌造成的。但仔细对比后可发现:发生在下午五点多的丽江地震中,虽然此时正是人们在房屋内进晚餐时间,人员相对集中在民居中但却伤亡不大。而熟睡中的唐山人大多是在民居中因房屋倒塌遭受不幸。此次汶川地震中,据笔者调查,包括大量集中于学校的遇难中小学生和房舍内遇难的人员也是因建筑物倒塌致命的(如下表)。所以,从某种程度上说,房屋结构及建造质量是避免或减少人员伤亡的关键。建有大量白族民居的丽江古城在地震中伤亡并不大,表中事实和详实数据可进一步证明此论。
白族民居常见于云南大理、洱源、剑川、鹤庆等白族聚居区,多为二层楼房,三开间,筒板瓦盖顶,前伸重檐,呈前出廊格局。
白族民居建筑在中国是独树一帜的民居建筑,在创造、发展过程中融合了多个民族的智慧。它从古代起就是云南各族人民喜爱居住的一种住宅形式。近年来,北京、上海、深圳等地先后把白族民居建筑引入风景名胜区,作为人文景观的设施接待,深受游客赞誉。大理地区也因为有白族民居建筑群等而成为全国首批历史文化名城、重点风景区、优秀旅游城市之一等多项桂冠,备受世人称赞。白族民居基本上都是两层,其平面布局和组合形式一般有“一正两耳”、“两房一耳”、“三坊一照壁”、“四合五天井”、“六合同春”和“走马转角楼”等。白族民居多采用上木砖石结构,木屋架用榫卯组合。
在白族民居广为分布的云南,属环太平洋地震带,欧亚地震带的组成部分,处于印度洋板块与欧亚板块碰撞带东侧,是我国破坏性地震较多、受灾特别频繁和严重的省份之一。虽然其上地面积仅占国土的4%,却随和饱经全国破坏性地震平均量的20%,可能发生破坏性地震的地区约占全省土地而积的84%。1970年的通海7.7级地震到2000年间,大约每4年就发生一次七级以上的强烈地震,短短的30年里,仅八次七级以上的地震,就造成18210人死亡,5万人重伤,直接经济损失高达200多亿元人民币。“江96-2-3大地震”中,主震发生后又发生余雀2529次,最大的一次为6级。地震波及范围相当大,而且主要集中在白族民居最为集中的丽江、鹤庆、剑川一带。地震中破坏最严重的是民族土砖木结构房屋,砖砖木结构房屋次之,砖混与木框架结构房屋、且施工质量好的房屋,震后基本完好或仅有轻微破坏。有很多木制结构的房屋框架都没例,部分房屋的土墙即便倒了也是因有木架阻拦而倒向房屋外围,绝不伤及屋中人。伤亡的300多人中,绝大多数是在猪圈、简易茅房等质量较差的建筑被击中而亡的。
白族民居为啥具有较强抗震性能
丽江地震发生时,正值丽江中报联合国“世界文化遗产”的关键时期,一向对中国申报项目审查严格的相关国际组织和和部门,对丽江古城进的审查也不例外。审查结果表明:丽江作为世界级、国家级历史文化名城,其中的大量白族民居因其结实的砖木而经受住宅区了强烈地震而使古城和居民得到很好保护(如下表)。
砖木结构白族民居在地震中有什么优势呢?砖木结构的优势在于其韧性大,且因砖木结构别墅的箱式结构将力均分,自身结构轻,又有很强的弹性回复性,对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏有很强的抵抗能力,在火地震中吸收的地震力小,结构在基础发生位移时可由自身的弹性复位而不至于发生倒塌。例如,同样是世界地震多发的日本在神户大地震中,砖木结构房屋基本不倒塌。由此证明了砖木结构房屋在各种极端的负荷条件下,其结构的抗地震稳定性能和结构的完整性。因此,日本政府在神户大地震后,明令所有的民用住宅必须采用北美的砖木结构房屋。
与族民居类似的其他中国古代建筑,数千年来就形成了以砖小结构为主的建筑体系,用木柱,木梁、木屋架来搭建成遮雨避风防日晒的房屋。小到每家每户的住房,大到皇帝的宫殿楼阁,甚至高塔都是完全用木头建造的。因为过去古代中国到处是茂密的森林,取材很容易,但另一个重要原因就是中国这块地方是多地震地区,经常发生地震,地震来,山崩地裂,人们无法抗拒。中国古人经过长期的实践,从血的经验中,创造出这种木构体系的建筑。水材是建筑材料中较为轻巧的,木材也富有弹性,又便于加工。用木材做成的柱、梁、屋架的构架结合都是在木材本身上开挖槽孔,做出榫头,用卯榫相互连接。像大家熟知的山西应县木塔、北京故宫等砖木结构建筑,亦经历数百年。所以,在地震带生活了四五千年的白族人民和白族先民,在其历经几千年上万次地震后总结归纳建造的砖木结构白族民居,确实能给人一种不怕天摇地动、不怕房倒屋垮的安全舒适感。
古代许多砖木结构房屋一根铁钉也不用的。据考证,卯榫结构的样式房屋早在6000年前的浙江宁波河姆渡就有了。这种用木材、卯榫搭建的房屋整体是牢固的,从结构体系上说却是柔性的,而不是刚性的。因为所有构件的节点都是绞结的,就像人的关节,可以允许小的活动。一些大型建筑,柱顶上支撑着一个大屋顶,而这些屋顶的支点都是落在一个个斗拱上,这些斗拱也是用一块块木头做成特殊的构件,巧妙地搭接在一起,托住了巨大厚重的屋顶。发生地震时,这些木构架的柱子和梁架,柱头的斗拱就充分发挥出柔性的作用,可以减弱或抵抗地震的震波。谚语说:墙倒柱不倒,房塌屋不塌,正是科学地说明了这些道理。
1995年11月,丽江申报世界遗产,但1996年2月3日丽江就发生7级大地震,联合国教科文组织就打电话来询问,准备取消这个申请,因为里氏7级是严重破坏性地震,估计丽江可能震得一塌糊涂了。但是丽江古城几乎全是白族民居中最典型的传统砖木结构房屋,木柱梁、木屋架,房屋一排排相互连着,屋顶上都铺的瓦片,地震一来瓦就会有响声,人得了警报就可以逃避,最重要的是砖木结构,能抗震,没有发生毁灭性的破坏。
距今已有千年历史的天津蓟县独乐寺观音阁,经历了多次地震,特别是1976年唐山大地震,依旧巍然不动,只有墙体有些裂缝;山西应县木塔也经历了多次地震,依然完好的耸立着,木塔下面几层的承重的木构件经多年的重压都已经变了型,但整个构架还
是保持着原本的姿态。1976年唐山大地震中,整个城市毁了,被震毁的房屋大都是50年代以后盖的没有防震措施的砖石混合结构的排排房。这种房屋墙用砖块叠砌,上铺混凝土楼板,四层、五层,地震一来砖墙一跨楼板就塌,五层楼一下子全震塌了,压死了三十万居民。而一些砖木结构的农村房屋很多没有塌。川西民居重建可借鉴白族民居构架
川滇土地相连,地形气候相似,由羌人南下与当地各民族融合形成的白族、彝族、纳西族等各民族间也有着难以割合的血脉紧密相联,民居也有些类似。关于汶川地震重建,一方面,用优质钢材、高标号水泥等优质建筑材料和安全合理的设计,花较长时间和巨资开建一批抗震性能强的大楼确实不失为一个办法,但此次地震受灾面积的广泛和需重建房屋的数量,会使这一办法只能在学校或公房等建筑中才能得以实现。对广大受灾户,特别是对人口众多的川西或川北农村群众来说,借鉴白族民居中最为常见的二层砖木结构进行重建,定会在大大节省人力、物力成本的同时,必将尽早拥有自己安全舒适的美观房舍。
以木质梁柱作为承重构架,并辅以其他材料进行围护是中国传统建筑的主要特征,也是白族民居的最重要特征。就其结构形式而言,大致在抬梁、穿半、井干三个类型。其中后两种更具安全性。白族人民因久居中国地震最强烈的横断山脉的高山地区,高适应其防震性能高的要求,在与中国传统的木结构房屋构架基本相同的同时,又往往根据环境和用途不同而进行了适当变化,呈现出典型的白族民居特色。其构架主要有以下几种类型,在地震后重建时可供参考。
以木质梁柱作为承重骨架,并辅以其他材料进行围护是中国传统建筑的主要特征,就其结构形式而言,大致有抬梁、穿斗、井干三个类型。其中抬梁式结构在我国北方应用很广,南方则以穿斗式结构为主,而井下式结构由于耗材量大,一般仅见于产木丰盛的地区。在白族民居中,抬梁、穿斗、井干式三种结构都存有大量实例。从白族民居的结构方法来看,它虽然与我国传统的木结构的构架基本相同,但在运用上却表现得相当灵活,其常见的构架可归为以下几种类型。
走马转角楼简称走马楼或骑马厦,是白族民居中应用较为普遍的一种构造形式,多见于大理、洱源、剑川,鹤庆等地。结构上不带腰檐,在前檐柱与京柱之间有一上一下两个走廊。作为白族高规格的住宅形式,走马楼常多幢组合,用于四台五天井及三坊一照壁的平面布局。由于其楼上走廊相互通达,帮而当地又称之为“走马转角楼”。
带腰厦楼房无走楼,于前檐柱前置厦柱,并以厦插与之相连,构成上下两个重檐式的屋顶。腰檐之下有宽敞的走廊,当地白族称之为“屋檐台”。作为连接住宅内外的中介,屋檐台是白族家居生活的主要活动空间。平时,它是白族人家起居、休闲及从事家务活动的场所;逢年过节,这里又成为宴待贵客的地方。
挑厦楼房与带腰厦楼房一样,也是重檐结构。不同之处在于挑厦楼房不用厦柱,而是将承重引长作为挑头,再于其上置桁以承腰厦。由于出檐有限,挑厦楼房在白族民居中一般不作正房用,除用作厢房外,临街者也常作为店铺使用。在许多村落,用作店铺的挑厦楼房除零售一些日常生活所需的杂货外,还是人们交往闲谈的重要场所。
吊柱楼房又称挑楼,吊柱设于承重挑头之上,下不着地,上端承支前子桁梁,封闭楼层的板窗常移至吊柱处,用以扩展二楼空间。这种结构因楼下缺少宽敞的走廊,故而在平面布局中常用作厢房或耳房,又由于其底层空间较带腰厦楼房狭窄,所以也常见于坡地院落布局。
土库房又称过江楼,这类民居多见于大理七里桥、观音堂及洱源风羽一带。这一带的民居由于靠近山麓,采石便捷,加之附近溪中卵石甚多,故而构架的处理相对简单。其底层除门窗及明间向内略收,形成一浅窄门廊外,自檐口以下皆用条石或卵石垒砌而成,房屋外檐的装修人人简化。这类民居以石为材的建筑,在白族地区的出现较早而普遍,是白族最具民族特色的建筑。
白族民居的构架类型较为丰富,上述仅为几种常见类型,这些楼房结构上虽有些差异,但其整体是建立在同一环境思想和技术方法上的。因此,它们之间在构架的组合、尺度、用材及部件等方面又形成了某些共通而稳定的形制。